固定化酶反應(yīng)器ppt課件(已修改)
2025-01-17 09:15 本頁(yè)面
【正文】 三、固定化酶（細(xì)胞）的反應(yīng)器及應(yīng)用 Immobilized Enzyme （ Cell）Reactor techniques and Its Applications 三、固定化酶（細(xì)胞）的反應(yīng)器 ? 1. 固定化酶反應(yīng)器的類型和特點(diǎn) ? 2. 固定化酶反應(yīng)器的選擇依據(jù) ? 3. 固定化酶反應(yīng)器的性能評(píng)價(jià) ? 4. 固定化酶反應(yīng)器的操作 1. 固定化酶反應(yīng)器的類型和特點(diǎn) ? 反應(yīng)器的形式很多 ， 根據(jù)進(jìn)料和出料的方式 ，可概括分為 間歇式 和 連續(xù)式 兩大類 ， 連續(xù)式 又有兩種基本形式： 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐式反應(yīng)器 和填充床反應(yīng)器 ；還有一些衍生形式： 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐 — 超濾膜反應(yīng)器 、 循環(huán)反應(yīng)器 和 流化床反應(yīng)器 等 。 各種反應(yīng)器的示意圖 間歇式攪拌罐反應(yīng)器 BSTR 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器 CSTR 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐 — 超濾膜反應(yīng)器 CSTR/UF 填充床反應(yīng) 循環(huán)反應(yīng)器 流化床反應(yīng)器 PBR RCR FBR 平推流反應(yīng)器PFR (S為底物、 P為產(chǎn)物 ) ? (a) 間歇式攪拌罐反應(yīng)器 (batch stirred tank reactor，BSTR) ? (b) 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器 (continuous flow stirred tank reactor， CSTR) ? (c) 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐 — 超濾膜反應(yīng)器 (bined CSTR/UF reactor， CSTR/UF) ? (d) 填充床反應(yīng)器或平推流反應(yīng)器 (packed bed reactor， PBR或 plugflow reactor， PFR) ? (e) 循環(huán)反應(yīng)器 (recycle reactor， RCR) ? (f) 流化床反應(yīng)器 (fluidized bed reactor， FBR) 間歇式攪拌罐反應(yīng)器 (BSTR) ? 間歇式攪拌罐反應(yīng)器 也稱為 分批攪拌反應(yīng)器 ，這類反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ， 主要設(shè)有夾套或盤(pán)管裝置 ， 以便加熱或冷卻罐內(nèi)物料 ， 控制反應(yīng)溫度 。 這類反應(yīng)器主要用于 游離酶 (enzyme reactor)反應(yīng) 。 ? 將酶與底物一起加入反應(yīng)器內(nèi) ， 控制反應(yīng)條件 ，待達(dá)到預(yù)期轉(zhuǎn)化率后 ， 隨即放料 。 在這種情況下 ， 一般不回收 游離酶 。 當(dāng)前在食品和飲料工業(yè)中常用這種反應(yīng)器 。 ? 如果把固定化酶用于 間歇反應(yīng)器 ， 則每批反應(yīng)都要從流出液中分離出產(chǎn)物和固定化酶 ， 可以采用過(guò)濾或離心法分開(kāi) 。 由于酶經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)回收 ， 會(huì)失去活性 ， 所以在工業(yè)生產(chǎn)中的 固定化酶很少采用間歇式攪拌罐反應(yīng)器 。 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器（ CSTR ） ? 連續(xù)流動(dòng)攪拌罐反應(yīng)器 在結(jié)構(gòu)上與間歇式反應(yīng)器基本相同 ， 只不過(guò)是連續(xù) 進(jìn)料 、 連續(xù) 出料 。由于它具有攪拌系統(tǒng) ， 反應(yīng)器內(nèi)的各組成成分能得到充分混合 ， 分布均一 ， 并與流出液的組成相一致 。 ? 其缺點(diǎn)是 ， 由于 攪拌漿產(chǎn)生的剪切力較大 ， 容易引起固定化酶的破壞 。 近來(lái)有一種 改良 的CSTR， 是將載有酶的圓片聚合物固定在攪拌軸上或者放置在與攪拌軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬網(wǎng)筐內(nèi) ， 這樣既能保證反應(yīng)液攪拌均勻 ， 又不致?lián)p壞固定化酶 。 填充床反應(yīng)器 (PBR) ? PBR（ Packed bed reactor） 這種反應(yīng)器的使用最普遍 ， 到目前為止 ， 已發(fā)表的固定化酶反應(yīng)器的研究工作主要集中在填充床反應(yīng)器 。固定化酶通?？梢愿鞣N形狀 ， 如球形 、 碎片 、碟形 、 薄片 、 丸粒等填充于床層內(nèi) 。 ? 它所使用的載體有多孔玻璃珠 、 珠狀離子交換樹(shù)脂 、 聚丙烯酰胺凝膠 、 二乙胺乙基葡聚糖凝膠 、 膠原蛋白薄膜片等 。 近年來(lái) ， 球形微囊體也用于填充床 。 ? 在填充床反應(yīng)器內(nèi) 流體的流動(dòng)型態(tài) 接近于平推流 (又稱活塞流 )流型 ， 所以填充床反應(yīng)器可近似認(rèn)為是一種 平推 （ 活塞 ） 流反應(yīng)器 (Plugflow reactor， PFR)。 這種反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) ， 底物按照一定的方向以恒定流速通過(guò)反應(yīng)床 。 ? 根據(jù)底物的流動(dòng)方式 ， 又有 下向流動(dòng) 、 上向流動(dòng)和循環(huán)流動(dòng)之分 。 工業(yè)生產(chǎn)中 ， 液流方向 常用上向方式 ， 這樣可以避免下向流動(dòng)的液壓對(duì)柱床的影響 ， 尤其對(duì)生產(chǎn)氣體的反應(yīng)更為重要 。 PBR或 PFR packed bed reactor，PBR plugflow reactor，PFR ? 在填充床式反應(yīng)器使用過(guò)程中 ， 底層的固定化酶顆粒所受到的壓力較大 ， 容易引起固定化酶顆粒的變形或破碎 ， 為了減少底層固定化酶顆粒所受到的壓力 ， 可以在反應(yīng)器中間用托板分隔 。 ? 填充床式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單 ， 操作方便 ，單位體積反應(yīng)床的固定化酶密度大 。 在工業(yè)生產(chǎn)中普通使用 。 流化床反應(yīng)器 (FBR) ? 在流化床反應(yīng)器 （ FBR） 內(nèi) ， 底物溶液以足夠大的流速向上通過(guò)固定化酶床層 ， 使固體顆粒處于流化狀態(tài) ， 達(dá)到混合的目的 。 流速應(yīng)以能使酶顆粒不下沉 ， 又不致使顆粒溢出反應(yīng)床為宜 。 在 FBR中 ， 由于混合程度高 ， 故傳熱 、 傳質(zhì)情況良好 。 FBR ? FBR可用于 處理粘性強(qiáng) 和 含有固體顆粒 的底物 ，也可用于 需要供應(yīng)氣體或排放氣體 的反應(yīng) 。 對(duì)于停留時(shí)間較短的反應(yīng)也可用 FBR。 流化床反應(yīng)器 ? 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中 ， 要注意 控制好底物溶液和反應(yīng)液的流動(dòng)速度 。 流動(dòng) 速度過(guò)低 時(shí) ， 難于保持固定化酶顆粒的懸浮翻動(dòng)狀態(tài)； 流動(dòng)速度 過(guò)高時(shí) ， 則催化反應(yīng)不完全 ， 甚至?xí)构潭ɑ傅慕Y(jié)構(gòu)受到損壞 。 ? 為了保證一定的流動(dòng)速度 ， 并使催化反應(yīng)更為完全 ， 必要時(shí) 流出的反應(yīng)液可以部分循環(huán)進(jìn)入反應(yīng)器 。 ? 流化床式反應(yīng) 器 具有混合均勻 ， 傳質(zhì)和傳熱效果好 ， 溫度和 pH的調(diào)節(jié)控制比較容易 ， 不易堵塞 ， 對(duì)粘度較大的反應(yīng)液 也可進(jìn)行催化反應(yīng)等特點(diǎn) 。 ? 然而 ， 在這種反應(yīng)器中 ， 由于固定化酶不斷處于懸浮翻動(dòng)狀態(tài) ， 流體流動(dòng)產(chǎn)生的剪切力以及固定化酶的碰撞會(huì)使固定化酶顆粒受到破壞 。此外 ， 流體動(dòng)力學(xué)變化較大 ， 參數(shù)復(fù)雜 ， 故放大反應(yīng)較為困難 。 循環(huán)反應(yīng)器 (RCR) ? RCR這種反應(yīng)器是讓部分反應(yīng)液流出 ， 和新加入的
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