第五章酶反应动力学课件.ppt

1、第五章酶反应动力学第一节 M-M方程maxSSSmSCrrKC,max/.)/./SSSmrg Lhrg LhCg LK酶对底物反应速率，(。酶的最大反应速率，（）。底物浓度，（）。常数，（g/h)一、一、对对M-MM-M方程讨论方程讨论：当当CSKm时时，是零级反应，反应速率与底物浓度无关，其反应式：当CSKm时，是一级反应，反应速率与底物浓度成正比，其反应式：,maxSSrrmaxSSSmrrCK反应最大速率：K+2反应常数。E0酶总浓度。,max,20SrK E二、反应时间计算二、反应时间计算 1、间歇操作反应器（BSTR)对间歇搅拌反应器，可对整个反应器做反应组分的物料衡算为:反应组分

2、的转化速率=反应组分的累积速率SR SdnV rdt 反应器有效体积()11SRSSRRdnd V CrVdtVdt RVSn 组分S的数量Sc 组分S的浓度 反应器有效体积 RV 对液相反应，如反应器有效体积不随时间发生变化，则有SSdcrdt 若反应开始组分S的初始浓度以 ，终了浓度用CS表示，XS表示转化率，分离变量并积分可得:0Sc0SScSrcSdctr 00SSSSccXc00SSXXrSSdtCr对均相酶反应对均相酶反应 如酶反应为单底物无抑制反应，且动力学关系符合M-M方程，则有00maxSSXXrSSmSdtccrKc00max1SSXSmXScKdrc积分结果：max01l

3、n1rSSmSrtcXKX0max0lnSSrSSmSCrtccKC 利用以上积分表达式，对符合利用以上积分表达式，对符合M-MM-M方程的方程的酶反应，由最大反应速率和米氏常数，根酶反应，由最大反应速率和米氏常数，根据反应初始浓度及终了浓度（或转率），据反应初始浓度及终了浓度（或转率），就可计算出反应时间。就可计算出反应时间。零级反应：一级反应：max00rSSSSrtCXCC0max1lnln1SSrmmSSCrtKKXC间歇操作全混合反应器（间歇操作全混合反应器（SBTR)SBTR)特点：特点：反应器内物料浓度、温度均一，物料反应反反应器内物料浓度、温度均一，物料反应反应组分随时间变化应

4、组分随时间变化。2、连续操作反应器、连续操作反应器（1）全混合式反应器（CSTR）对底物的物料衡算式有：VdcVrcVcVRSRSSSdt000V0物料流量 ccSS、0进料、反应器中的底物浓度VR反应器有效体积在连续稳态时，并由上式可得：均相酶反应，符合M-M方程反应：0dtdcSrccVVSSSR00mcccKccrSSSmSSm00max)(（1 1）平推流式反应器（）平推流式反应器（CPFR)CPFR)dVdcdVrdccVcVRSRSSSSdt)(00连续稳态操作时，0dtdcS,于是dVrdcVRSS0 对整个反应器有，有dVrdcRSSVVccRSfS01000SStCSRPCS

5、dCVVr对符合M-M方程的反应，积分：0max000maxln1ln1SPSSmSSSSSPSoSmSCrCCKCCCXCrC XKX 由以上积分式可知，平推流式反应器由以上积分式可知，平推流式反应器（CPFR)CPFR)与间歇操作全混合反应（与间歇操作全混合反应（BSTRBSTR），），其反应时间相同，不同之处是，一个是反应其反应时间相同，不同之处是，一个是反应浓度随着反应时间而变化，一个是随着反应浓度随着反应时间而变化，一个是随着反应器的位移而变化。器的位移而变化。连续操作反应器的特点：连续操作反应器的特点：CSTRCSTR：反应器浓度均一，浓度不随时间变反应器浓度均一，浓度不随时间变

6、化，流出的物料浓度与反应器内物料浓度化，流出的物料浓度与反应器内物料浓度相同。相同。CPFRCPFR：物料浓度在横截面上浓度均一，随着：物料浓度在横截面上浓度均一，随着在反应器内位移而发生变化。在反应器内位移而发生变化。第二节影响酶反应速率的因素第二节影响酶反应速率的因素1、酶浓度 2、温度3、PHmax20SErK C第三节CSTR与SPFR选择与结合 酶反应过程，首先以单底物、无抑制的均相酶反应动力学为例对CSTR和CPFR作比较与选择。,0,0()11ln1mSSR CSTRsSmR CPFRSsSKXXVcXKVXcXl 达到同一转化率时，达到同一转化率时，CSTRCSTR所需体积要比

7、所需体积要比CPFRCPFR所需体积大，或需要更多的酶。并且所需体积大，或需要更多的酶。并且转化率愈高，两者比值愈大。这表明，转转化率愈高，两者比值愈大。这表明，转化率愈高，返混对反应影响程度愈大。化率愈高，返混对反应影响程度愈大。l 随着随着Km/CKm/Cs0s0值从零到最大，反应速率与底值从零到最大，反应速率与底物浓度的关系由零级升为一级，两种反应物浓度的关系由零级升为一级，两种反应器的体积比随之增大。这表明，随着反应器的体积比随之增大。这表明，随着反应级数提高，返混的影响亦在增大。级数提高，返混的影响亦在增大。l 对底物抑制的酶反应，由于在对底物抑制的酶反应，由于在CPFRCPFR中维

8、持了比中维持了比CSTRCSTR中更高的底物浓度，因而在中更高的底物浓度，因而在CPFRCPFR中底物的抑中底物的抑制作用更强烈，此时显然采用制作用更强烈，此时显然采用CSTRCSTR更为有利。若更为有利。若为使反应器体积最小，可以采用一个为使反应器体积最小，可以采用一个CSTRCSTR与一个与一个CPFRCPFR的串联设计方案，底物在的串联设计方案，底物在CSTRCSTR中的浓度可保中的浓度可保持在反应速率最大时的浓度。也可采用循环式持在反应速率最大时的浓度。也可采用循环式CPFRCPFR的设计。的设计。l 对产物抑制酶反应，由于在对产物抑制酶反应，由于在CSTRCSTR中维持了比中维持了比

9、CPFRCPFR中较高的产物浓度，因而在中较高的产物浓度，因而在CSTRCSTR中产物的抑制作中产物的抑制作用较大，此时显然应采用用较大，此时显然应采用CPFR CPFR 更为有利于。更为有利于。第四节酶反应生产实例第四节酶反应生产实例一、酒精生产蒸煮（液化）与糖化一、酒精生产蒸煮（液化）与糖化二、淀粉糖生产液化与糖化二、淀粉糖生产液化与糖化二次蒸汽高温维持设备（又称蒸煮锅、后熟器）加热器蒸汽糊化醪（液化醪）粉浆汽液分离器压力表安全阀酒精蒸煮设备流程糊化醪冷却设备流程：糊化醪冷却设备流程：冷却方式：真空冷却、空气冷却、糖化罐内冷却汽液分离器真空冷却器喷射泵水泵酒精生产糖化设备酒精生产糖化设备 按操作分为间歇糖化和连续糖化，设备结构没有区别。味精生产淀粉糖的喷射液化与糖化设备味精生产淀粉糖的喷射液化与糖化设备 调浆罐 泵 缓冲罐 停留罐 （维持罐）暂存罐 泵 喷射加热器汽液分离器淀粉糖生产的糖化罐淀粉糖生产的糖化罐螺旋板换热器螺旋板换热器 糖化罐糖化罐无菌空气无菌空气