固定化生物催化剂反应过程动力学作业参考.ppt

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3.固定化生物催化剂反应过程动力学1、简述影响固定化酶动力学的因素？

、简述影响固定化酶动力学的因素？

（1）空间效应空间效应构象效应：

构象效应：

在固定化过程中，由于存在着酶和载在固定化过程中，由于存在着酶和载体的相互作用从而引起酶的活性部位发生某种扭体的相互作用从而引起酶的活性部位发生某种扭曲变形，改变了酶活性部位的三维结构，减弱了曲变形，改变了酶活性部位的三维结构，减弱了酶与底物的结合能力。

酶与底物的结合能力。

位阻效应：

位阻效应：

载体的存在又可产生屏蔽效应载体的存在又可产生屏蔽效应

（2）分配效应（微环境效应）：

分配效应（微环境效应）：

当固定化酶处当固定化酶处在反应体系的主体溶液中时，反应体系成为固液非在反应体系的主体溶液中时，反应体系成为固液非均相体系。

由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电均相体系。

由于固定化酶的亲水性、疏水性及静电作用等引起固定化酶载体内部底物或产物浓度与溶作用等引起固定化酶载体内部底物或产物浓度与溶液主体浓度不同。

液主体浓度不同。

（3）扩散效应扩散效应由于扩散限制效应的存在，底物浓度从液相主体到固定化酶外由于扩散限制效应的存在，底物浓度从液相主体到固定化酶外表面，再到内表面是依次降低的，表面，再到内表面是依次降低的，而产物浓度分布则与此相反。

而产物浓度分布则与此相反。

2、外扩散有效因子的定义、内扩散有效因子的定义。

、外扩散有效因子的定义、内扩散有效因子的定义。

3、什么是丹克莱尔数（、什么是丹克莱尔数（Da）、梯勒模数（）、梯勒模数（）、）、Biot数数.并简述其对外、内扩散总反应速率的影并简述其对外、内扩散总反应速率的影响。

响。

4、计算题：

、计算题：

p128习题习题1，3，5,153-1某酶固定在无微孔的膜状载体上，已知该酶催化反应的本征参数为rmax=610-2mol/（ls）,Km=310-2mol/l该反应底物在液相主体中的浓度为110-2mol/l，在反应条件下，流体的传质系数为410-1/s。

试求：

（1）底物在固定化酶外表面上的反应速率为多少？

（2）该反应的外扩散有效因子为多少？

解：

根据3.3蔗糖酶催化下述反应C12H22O11+H2OC6H12O6+C6H12O6（蔗糖）（葡萄糖）（果糖）蔗糖酶固定在直径为1.6mm有微孔球形树脂颗粒上，其密度为0.1mol酶/g颗粒，蔗糖水溶液在树脂中有效扩散系数为1.310-11m2/s,该反应在一篮式离心反应器内进行，外扩散限制影响可消除。

蔗糖浓度为0.85kg/m3。

反应的表观速率为1.2510-3kg/（sm3树脂），Km=3.5mg/m3。

试求

（1）内扩散有效因子是多少？

（2）本征一级反应速率常数为多少？

图图3.21固定化酶与的关系曲线固定化酶与的关系曲线书上图3-21,P113注意P113与P103进行比较Weisz判据：

判据：

l3时，内扩散影响变得非常明显时，内扩散影响变得非常明显l10时，对一级动力学有时，对一级动力学有11/；对；对零级动力学有零级动力学有02/密度主要用于求酶的初始浓度的，求得初始浓度后根据最大反应速率求得反应速率常数3-5在一球形固定化酶颗粒上进行底物的分解反应，已知在颗粒半径为R1=0.3cm时，已消除了内扩散影响，并测得其本征动力学参数为rmax=20mol/（cm3s），Km=5mol/cm3为了减少反应器床层压力降，将固定化酶颗粒度增大到R2=3cm，并在同样条件下进行反应。

若该反应可按一级不可逆反应处理，试求此时固定化酶的有效因子是多少？

3-15黑曲霉能形成平均直径为5mm的团粒。

氧在该团粒中的有效扩散系数为1.7510-9m2/s。

在一固定床反应器，氧在液相主体浓度为810-3kg/m3时，其消耗速率时8.710-5kg/（sm3生物质），氧的消耗遵循零级动力学。

液固间传质系数为3.810-5m/s试求：

（1）氧的消耗是否受到外扩散的影响？

（2）外扩散有效因子是多少？

（3）如果内外扩散阻力均消除，其速率是多少？

（4）如果仅外扩散阻力被消除，其速率又是多少？

解：

由题意可得如果仅外扩散阻力被消除，其速率则为：