生物反應(yīng)器比擬放大(編輯修改稿)
2025-02-12 15:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CSTR continuousflow stirred tank reactor），為攪拌罐。反應(yīng)速度僅隨時(shí)間變化 ? 全混式流動(dòng)： 指反應(yīng)器混合足夠強(qiáng)烈，因而反應(yīng)器內(nèi)濃度分布均勻，且不隨時(shí)間而變化。 （ 2）非理想型 具有返混的管型反應(yīng)器等 二、 酶反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作的參數(shù) 停留時(shí)間 τ ? 停留時(shí)間 τ： 指反應(yīng)物料進(jìn)入反應(yīng)器至離開(kāi)反應(yīng)器止所經(jīng)歷的時(shí)間 ? 對(duì)于 CSTR， 常用平均停留時(shí)間 =反應(yīng)器容積 /物料的體積流量 /VFτ ＝ 轉(zhuǎn)化率 χ ? 轉(zhuǎn)化率 χ： 表明供給反應(yīng)器的底物發(fā)生轉(zhuǎn)變的分量 ? 分批式操作中： （初始底物濃度 t時(shí)間底物濃度） /初始底物濃度 0[]tPSPtt???? 連續(xù)操作中 ： （流入底物濃度 流出底物濃度） /流入底物濃度 [ ] [ ][]in o u tinSSS??? 生產(chǎn)能力 Pr ? 生產(chǎn)能力 Pr： 單位時(shí)間、單位反應(yīng)器體積內(nèi)的產(chǎn)物量。 ? 分批式操作中： Pt ： t時(shí)間單位反應(yīng)液體積中產(chǎn)物的生成量 0r[]P tPStt???? 連續(xù)操作中 ： Pout： 單位體積流出液中的產(chǎn)物量 r[]P o u t inPS ????? 選擇性 [S]P ? 選擇性 [S]P： 表明整個(gè)反應(yīng)的平均選擇性，指從 1mol底物 S中所得到產(chǎn)物 P的摩爾數(shù)，由反應(yīng)的量論關(guān)系而決定的。 ? 平均選擇性 ? 瞬時(shí)或局部選擇性為 rp 主反應(yīng)速度 rs副反應(yīng)速度 0[] ( [ ] [ ] )pspPSa S S? ?[] pppsrSrr? ?三、理想的酶反應(yīng)器 CPFR型酶反應(yīng)器 ? CPFR具備的特點(diǎn)：在正常的連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作情況下，在反應(yīng)器的各個(gè)截面上，物料濃度不隨時(shí)間而變化；由于徑向有嚴(yán)格均勻的速度分布，故反應(yīng)速率隨空間位置的變化只限于軸向 。 ． 對(duì) CPFR進(jìn)行物料衡算，沿反應(yīng)器軸向任意切出長(zhǎng)度為 dl的一個(gè)微元管段作為反應(yīng)器微元，該微元的體積記為ｄ V＝Adl， 對(duì)于其他各級(jí)反應(yīng)可得到一般的關(guān)系式 : []sdsr? ???? （ 1） CSTR型酶反應(yīng)器 ? 在穩(wěn)定狀態(tài)下， CSTR型酶反應(yīng)器內(nèi)各處的濃度和溫度均不隨空間位置和時(shí)間而變化，因而反應(yīng)器內(nèi)各處的反應(yīng)速率相等，所以可對(duì)整個(gè)反應(yīng)進(jìn)行物料衡算，一級(jí)反應(yīng)條件下，對(duì)組分 S（單位時(shí)間內(nèi)）有： ? 流入量 = 流出量 + 反應(yīng)量 + 積累量 ? F[S]0 F[S]t （ — rs） V 0 ? F（ F[S]0— F[S]t） =（ — rs） V 將上式變?yōu)橐话慊年P(guān)系式 將米式方程代入上式，得操作方程： F[S]0 F[S]t 也可寫(xiě)為 (2) 式 總體積 ? ? ? ?? ?0 tSSkS???? ? ? ?0 tsSSr????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ?? ?00m a xmsS S K SSSVF r r S????? ? ??? ? 200 1mS K k E??? ? ??? ? （ 2） CSTR型與 CPFR型反應(yīng)器性能的比較 （ 1）停留時(shí)間的比較 將（ 1）（ 2）的結(jié)果繪于右圖中 橫坐標(biāo)為組分 S的轉(zhuǎn)化率 X，縱坐標(biāo)為反應(yīng)速的倒數(shù) 1/（ — rs）。 在相同的工藝條件下進(jìn)行同一反應(yīng)，達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率時(shí)，所需的停留時(shí)間不同。 CSTR型的停留時(shí)間比 CPFR型反應(yīng)器的長(zhǎng)，即前者所需的反應(yīng)器體積比后者大。圖中向右斜的線(xiàn)所圍的面積相當(dāng)于 CSTR型反應(yīng)器達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)化率所需的時(shí)間，向左斜的線(xiàn)所圍的面積為 CPFR型反應(yīng)器達(dá)到相同轉(zhuǎn)化率所需的時(shí)間。最終轉(zhuǎn)化率越高，兩者的差距越大。 （ 2）酶需求量的比較 ? 當(dāng) Km遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 [s]0時(shí)，反應(yīng)速率可用一級(jí)動(dòng)力學(xué)來(lái)描述，于是，（ 1）（ 2）式可簡(jiǎn)化成如下式子： ? 其中常數(shù) 可認(rèn)為是擬一級(jí)速率常數(shù) Kf ? CSTR中所需酶的量與 CPFR中所需的酶的量之比，可
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