ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
ции ниже нами приведены распределения концентраций субстрата, продукта метаболизма и микроорга-
низмов по длине реактора (рис. 4.9 – 4.12) для различных временных интервалов.
4.3 Математическое моделирование процессов биотрансформации и биокатализа
Биокатализ и биотрансформация являются процессами химического превращения одного или бо-
лее веществ, протекающими под действием катализаторов-ферментов, применяемых в очищенном виде
или в составе клеток микроорганизмов либо изолированных животных или растительных клеток.
При этом биотрансформация – это относительно неглубокое химическое превращение уже в ос-
новном сформированного химического соединения под влиянием ферментов. При биокатализе же воз-
можен синтез нового вещества из различных по структуре реагентов или разложение сложного вещест-
ва под воздействием ферментов.
Рис. 4.13 Схема биореактора с неподвижной насадкой гранул биокатализатора
Обычно в процессе биотрансформации, даже если они осуществляются живыми клетками микроор-
ганизмов, целевым продуктом является не биомасса, а продукт биотрансформации.
Наилучшим способом при этом является непрерывный процесс, в котором через аппарат протекает
жидкость, а пространство аппарата заполнено иммобилизованным катализатором, который остается в
аппарате в течение довольно продолжительного времени.
Наиболее традиционная схема аппаратурной реализации процесса биотрансформации представлена
на рис. 4.13.
Особенность решения данной задачи заключается в том, что в рассматриваемом реакторе имеется
две независимых пористых структуры. Первая из них является макропористой структурой, поры кото-
рой имеют характерный размер, измеряемый от нескольких миллиметров до долей миллиметров, и об-
разованна эта структура пустотами между гранулами биокатализатора. Вторая структура является мик-
ропористой, поры ее имеют характерный размер от нескольких десятков микрон до нескольких ангст-
рем. Формирование этой структуры обусловлено строением самих гранул биокатализатора.
Материальный баланс для макроструктуры с учетом протекающего процесса биотрансформации мо-
жет быть представлен простым уравнением, включающим в себя диффузионный и конвективный перенос
и расход – приток вещества за счет реакции биотрансформации:
SSS
R
x
S
w
x
S
D
S
−
∂
∂
−
∂
∂
=
τ∂
∂
2
2
; (4.41)
CCC
R
x
C
w
x
C
D
С
+
∂
∂
−
∂
∂
=
τ∂
∂
2
2
. (4.42)
На первый взгляд, эти уравнения являются достаточно простыми для решения. Однако в обоих
уравнениях присутствует скорость реакции биотрансформации, которая зависит не только от химиче-
ской кинетики протекающих ферментативных реакций, но и от массопроводности по микропористой
структуре гранулы биокатализатора. Таким образом, это подразумевает формулировку уравнений мас-
сового баланса для микроструктуры гранул биокатализатора в виде
Реактор с насадкой гранул
биокатализатора
Гранула
биокатализатора
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 40
- 41
- 42
- 43
- 44
- …
- следующая ›
- последняя »
