生化反应器原理6.ppt

文档介绍：固定化酶、细胞的内扩散效应
在固定化载体内的底物浓度的分布
酶、细胞的反应速度与底物浓度是密切相关的
载体内的底物浓度存在着分布不均的问题
沿着传质的方向有底物、产物的浓度的分布
反应速率因底物浓度的分布而在变化
由于底物在载体内的扩散作用以及酶、细胞的反应
假设条件:
载体为多孔的球体或其他几何形体。
酶或细胞在载体内是均布的。
载体的几何尺寸上的温度梯度不足以影响酶促反应或细胞反应的速率。
固定化酶的催化活力、细胞的生理活性不变。
仅以扩散的形式进行传质,在载体内没有反应液相的对流。
底物、产物的浓度在扩散的方向上变化。
扩散模型以Fick定律表述,且扩散系数De在载体内的任意位置均为常数。
Fick定律为j组分的扩散通量为
式中 Nj——j组分的扩散通量
De——扩散系数
Cj——j组分的浓度
r——扩散距离
在某一微体积元dV中的反应对任意组分的完整的质量平衡关系为
对底物有:
在球形载体中,取一个直径为r,厚度为Δr的壳层为反应体系,
R
⊿r
r
底物在载体内的扩散和反应处于稳定状态,此时微体积元内的底物累积质量为0。
以球形载体的为例,在微体积元内的底物质量平衡为:
当时,有
略去dr2项,整理得
对酶促反应,有
令
无因次半径
无因次浓度
无因次反应级数参比量
类M-M反应Thiele模数
代入有
其边界条件为:
球形载体的中心处
球形载体的表面处
该微分方程可用数值法求解