12、酶催化反应中的反应器设计与动力学问题解析

酶催化反应中的反应器设计与动力学问题解析

1. 酶催化反应的反应器选择

在酶催化反应中，反应器的选择至关重要，它会影响反应的效率和产物的质量。当一个固定化酶催化高度放热反应，且反应产物均为抑制剂时，不同类型的反应器表现各异。

1.1 不同反应器的分析

• CPBR（连续活塞流反应器） ：虽然固定化酶通常适合连续过程，但在这种高度放热且产物抑制的情况下，CPBR存在热传递问题，难以将催化剂床层的温度维持在所需值，因此不太适用。
• CSTR（连续搅拌釜式反应器） ：从动力学角度看，CSTR不太方便，因为它的底物浓度和产物浓度在整个反应器内均匀分布，不利于反应的进行。
• 膨胀或流化床反应器 ：具有增强的热传递性能，虽然由于一定程度的返混，动力学上不如CPBR有利，但比CSTR好。
• BSTR（间歇搅拌釜式反应器） ：采用顺序操作并在每批反应后回收催化剂时，动力学有利，且高传热速率能使搅拌釜内温度保持在所需值，几乎无变化。

1.2 结论

最佳配置是BSTR，采用顺序操作并在每批反应后回收催化剂。

2. 棉子糖水解反应的相关问题

棉子糖是甜菜汁中的污染物，会阻碍蔗糖结晶，可通过α - 半乳糖苷酶水解。以下是关于棉子糖水解反应的几个关键问题。

2.1 确定间歇反应器的操作曲线和酶浓度

• 已知