酶反应器的设计原则

酶反应器的设计原则

反应器设计的基本要求是通用和简单，为此在设计前应该了解：①底物的酶促反应动力学以及温度、压力、p H值等操作参数对此特性的影响；②反应器的类型和反应器内流体的流动状态及传热特性；③需要的生产量和生产工艺流程。

其次，无论采用什么样的工艺流程和设备系统，我们总希望它在经济、社会、时间和空间上是最优化的，因此必须在综合考虑酶生产流程和相应辅助过程，在反应物的相互作用和结合方式的基础上，对整个工艺流程进行最优化。

反应器的性能评价应尽可能在模拟原生产条件下进行，通过测定活性、稳定性、选择性、达到的产物产量、底物转化率等，来衡量其加工制造质量。测定的主要参数有空时、转化率、生产强度。

空时是指底物在反应器中的停留时间，数值二等于反应器体积与底物体积流速之比，又常称为稀释率。当底物或产物不稳定或容易产生副产物时，应使用高活性酶，并尽可能缩短反应物在反应器内的停留时间。

转化率是指每克底物中有多少被转化为产物。在设计时，应考虑尽可能利用最少的原料得到最多的产物。只要有可能，使用纯酶和纯的底物，以及减少反应器内的非理想流动，均有利于选择性反应。实际上，使用高浓度的反应物对产物的分离也是有利的，特别是当生物催化剂选择性高而反应不可逆时，更加有利——同时还可以使待除的溶剂量大大降低。

酶反应器的生产强度以每小时每升反应器体积所生产的产品充数表示，主要取决于酶的特性、浓度及反应器特性、操作方法等。使用高酶浓度及减小停留时间有利于生产强度的提高，但并不是酶浓度越高、停留时间越短越好，这样会造成浪费，在经济上不合算。总体而言，酶反应器的设计应该是在经济、合理的基础上提高生产强度。此外，由于酶对热是相对不稳定的，设计时还应特别注意质与热的传递，最佳的质与热的转移可获得最大的产率。