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P195
6-1 在一定的酶浓度下,液相底物S分解为产物P,该反应器仅有底物S影响其反应速率,其动力学数据如下:
cS /(mol/L) 1 2 3 4 5 6 8 10 rS/[mol/(L·min)] 1 2 3 4 4.7 4.9 5 5
现在CSTR中进行此分解反应,保持相同的酶浓度和其操作条件。试求:
当VR=250L,cS0=10mol/L,XS=0.80时,进料体积流量V0应为多少?
当V0=100L/min, ,cS0=15mol/L,XS=0.80时,反应器有效体积VR为多少?
当VR=3m3 ,V0=1 m3/min,cS0=8mol/L,反应器出口底物浓度和反应器内底物浓度各为多少?
当VR=1m3 ,V0=1 m3/min,cS0=15mol/L,其出口底物浓度为多少?
解:
(1)有=XS 则cS=2 mol/L rS=2 mol/(L·min)
有 VR rS= V0(cS0-cS)
250×2= V0(10-2)
V0=62.5L/min
(2) 有=XS cS=cS0(1-0.8)=3 mol/L rS=3 mol/(L·min)
VR rS= V0(cS0-cS)
VR×3=100×(15-3) VR=400L
VR rS= V0(cS0-cS)
3×rS=1×(8-cS) 当rS=2时,cS=2
在一5m3CSTR中进行连续发酵,加料中底物浓度为20kg/m3,该反应器的有关参数为:max=0.45h-1 ,KS=0.8 kg/m3,YX/S=0.55。试求:
当底物达到90%转化时,所要求的加料速率是多少?
如果要求其细胞产率达到最大,加料速率为多少?细胞最大产率是多少?
解:
(1) cS= cS0(1-90%)=2 kg/m3
D==max=
V0=1.61 m3/h
(2) =max( 1-)=0.362h-1
=3.29kg/m3
=0.55×(20-3.29)=9.2 kg/m3
0.362×9.2=3.33 kg/(m3·h)
V0=5×0.362=1.8m3/h
6-10 某液相酶反应具有下列动力学数据
已知:cS0=10mol/L,V0=100L/min,XS=0.90
cS /(mol/L) 1 2 4 6 8 10 rS/[mol/(L·min)] 0.125 0.333 1 1 0.25 0.1
(1)若采用带循环的CPFR,试求其最佳循环比及相应的反应器有效体积?
(2)若要使反应器体积最小,如何设计最佳反应器方案?指出每个反应器的有效体积大小?
解:(1)由题意知,出口浓度为1mol/L。
假若CPFR进口浓度(循环混合后)为CS=4mol/L时:
=2V0L/min (循环比R=2)
出口浓度为CS=6mol/L 时:
(循环比R=4/5)
出口浓度为CS=8mol/L 时:
(循环R=1/7)
不循环时(循环比R=0):
循环比R(Vr/V0) 2 4/5 1/7 0 VR (L) 2210 1686 1376 2537
(2) CSTR与CPFR结合
假若CSTR出口浓度为CS=4mol/L 时
CSTR
CFPR =7.368min
两反应器体积共1337(L)
假若CSTR出口浓度为CS=6mol/L 时
CSTR:
CFPR =9.368min
=9.368×100=937(L)
两反应器体积共:400+937=1337L
6-11 工业污水中含有有害物质S,在一特殊酶作用下,S会降解为一无害化合物,反应系统为液相,反应速率仅取决于cS值的变化。
cS /(μmol/L) 1 2 3 4 5 7 8 10 12 20 rS/[μmol/(L.min)] 0.1 0.25 0.6 1.25 2 0.8 0.5 0.3 0.25 0.2
现处理物料中,cS0=10mol/L,V0=100L/min,XS=0.90。
若采用CPFR,VR=?
若采用带循环CPFR(无提浓装置),其循环量为多大?
若采用一个CSTR,VR=?
如何组织使VR为最小?并求其VR=?
解:
(1)有VR rS= V0(cS0-cS)
﹒﹒﹒﹒+=17.725min
VR= V0=17.725×100=1772.5L
(2)
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