第七章酶反应器酶反应器的特点与类型酶反应器的选择和使用.pptVIP

* * 第七章 酶反应器 酶反应器的特点与类型 酶反应器的选择和使用 第一节 酶反应器的特点与类型 定义：以酶或固定化酶作为催化剂进行酶促反应的装置称为酶反应器(Enzyme reactor)。 作用：以尽可能低的成本，按一定的速度由规定的反应物制备特定的产物。 与化学反应器相比：在低温、低压下发挥作用，反应时的耗能和产能较少。 与发酵反应器相比：不表现自催化方式（即细胞的连续再生）。 一、酶反应器的类型 搅拌罐型反应器 固定床型反应器 流化床型反应器 膜式反应器 鼓泡塔型反应器 （一）搅拌罐型（Stirred Tank Reacter, STR） 有搅拌装置的、传统形式的反应器。由反应罐、搅拌器和保温装置组成。 1. 分类： 1）分批搅拌罐式反应器(Batch Stirred Tank Reactor, BSTR) 适用的酶：游离酶、固定化酶 2）连续流搅拌罐反应器(Continuous Flow Stirred Tank Reactor, CSTR) 适用的酶：固定化酶 2. 适用的操作方式： 分批式、流加分批式、连续式 3.优点： 结构简单，酶与底物混合充分均匀，传质阻力小，反应条件易控制，能处理胶体状底物、不溶性底物。 4. 缺点: 反应效率低，载体易被破坏，搅拌动力消耗大，回收过程酶易损失。 5. 改进： 在反应器出口装上滤器 ,或用尼龙网罩住固定化酶 ,或制成磁性固定化酶，或多个搅拌罐串联。 （二）固定床型（也称填充床，Packed Bed Reactor, PBR ） 把颗粒状或片状等固定化酶填充于固定床内，底物按一定方向以恒定速度通过反应床。 在其横截面上液体流动速度完全相同，沿流动方向底物及产物的浓度逐渐变化，但同一横切面上浓度一致。又称活塞流反应器(Plug Flow Reactor, PFR) 适用于：固定化酶。 优点：可使用高浓度的催化剂 。 与CSTR相比，可减少产物的抑制作用（产物浓度沿反应器长度逐渐增高 ）。 缺点：①温度和pH难以控制； ②底物和产物会产生轴向浓度分布； ③清洗和更换部分固定化酶较麻烦。 ?床内压力降大，底物必须在加压下才能进入。 （三）流化床型(Fludized Bed Reactor, FBR) 装有较小颗粒的垂直塔式反应器(形状可为柱形、锥形等)。底物以一定速度由下向上流过，使固定化酶颗粒在浮动状态下进行反应。流体的混合程度介于CSTR和PFR之间。 适用于：固定化酶。 优点：具有良好的传质及传热性能，pH、温度控制及气体的供给比较容易； 不易堵塞，可适用于处理黏度高的液体； 能处理粉末状底物； 即使应用细颗粒的催化剂，压力降也不会很高。 缺点：需保持一定的流速，运转成本高，难于放大； 由于颗粒酶处于流动状态，易导致颗粒的机械破损； 流化床的空隙体积大，酶的浓度不高； 底物高速流动使酶冲出，降低了转化率。 改进：使底物进行循环，避免催化剂。 使用几个流态化床组成的反应器组，或使用锥形流态化床。 （四）膜式反应器(Membrane Reactor) 将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起的反应器。 适用于：游离酶、固定化酶。 1. 游离酶膜反应器 2. 固定化酶膜反应器 由膜状或板状固定化酶或固定化微生物组装的反应器 。 分类： 1）平板状或螺旋状反应器 2）转盘型反应器 3）空心酶管反应器 4）中空纤维膜反应器 1）平板状或螺旋状反应器 特点： 压力降小； 膜面积清晰； 放大容易 。 单位体积催化剂有效面积小。 2）转盘型反应器 以包埋法为主，制备成固定化酶凝胶薄板（成型为圆盘状或叶片状），然后装配在转轴上，并把整个装置浸在底物溶液中，更换催化剂方便。 有立式和卧式两种，卧式适用于需氧反应或产物有挥发性物，广泛应用于水处理装置。 3）空心酶管反应器 酶固定在细管的内壁上，底物溶液流经细管时，只有与管壁接触的部分进行酶反应。 管内径1mm，管内流动属于层流。多与自动分析仪等组装在一起，用于定量分析。 4）中空纤维膜反应器 由外壳和数以千计的醋酸纤维制成的中空纤维(内径200μm -500μm，外径300μm -900μm)。组成。 内层紧密、光滑，具有一定分子量截流值，可截留大分子物质而允许不同的小分子物质通过。 外层为多孔的海绵状支持层，酶被固定在海绵状支持层中 。 反应器的形状为管式或列管式，中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入内壁与海绵状介质上的酶起反应。 反应器的形状为管式或列管式，中空纤维可承受较大压力，通过正常超滤程序将底物压入内壁与海绵状介质上的酶起反应。 （五）鼓泡塔型反应器 利用从