固定化生物催化剂反应器
专利汇可以提供固定化生物催化剂反应器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种固定化酶或细胞为催化剂的喷射环流反应器，该反应器的长径比H/D为2/1—5/1， 导管 直径为(1/5—4/5)D，底部为球形。该反应器上部设有网、布、膜类过滤物制成的环形分离部件。本实用新型的反应器可形成固定化粒子较密集均匀分布的状态，在循环流动过程中强化传质和排气能 力 ，在导管作用下循环流动具有较好的定向性和 稳定性 ，易于放大。该反应器结构简单，与现有工业生产用设备外形相近，易于利用现有设备、厂房进行技术改造。，下面是固定化生物催化剂反应器专利的具体信息内容。
1、一种酶学或微生物学用装置，该装置的特征是：反应罐体的长径比H/D为2/1-5/1、导管直径为(1/5-4/5)D，导管长度为(2/5-4/5)H，反应罐上部为分离装置，下部为设有液体喷咀的球形底或椭球形底。
2、根据权利要求1的分离装置，其特征是：该装置由网、布、膜类过滤物制成，分离面在反应器内呈环带状。该环带状分离带在罐内有以下三种形式：分离带的下边缘与反应器壁封闭，不加盖时分离面呈圆台侧面形，加盖时呈无下底面的圆台表面形；分离面呈圆柱侧面形或无下底圆柱表面形，粒子不能进入的区域是分离面与反应罐壁之间；分离面呈圆柱测面形，分离面与反应罐壁贴紧，贴紧处有孔，粒子不能进入的区域在罐体外。
3、根据权利要求1的液体喷咀，其特征是：喷咀直径为（0.01－0.05）D。
本实用新型属于酶学或微生物学用的装置。
现在工业上采用的发酵方法大多还是传统的游离菌酶发酵法。该方法菌酶浓度低、生产能力小、且菌酶的损失严重，成本高，又不易实现连续化和自动化生产。固定化菌酶反应器弥补了游离菌酶发酵法的缺点，这些固定化反应器属于固定床、流化床和悬浮床三大类。一般固定床的粒子填充率高，但排气困难，传质较差，流化床则相反，传质较好，排气容易，粒子填充率低。悬浮床处于两者之间。膜片式固定化生物催化剂反应器是改进的固定床形式〔“Chemical Economy & Engineering Review， 15（4）17（1983）〕。该床型的排气性能较好。但难于放大，传质仍不易强化。多段上下圆锥床是一种效果很好的结构形式（“日本 酵工学会大会講演要旨集”，1979年，P15）但结构复杂，与常用设备相差很大。由于用产生的CO2作为推动力，在反应器内气体体积比例较大，当产生的气体不利于反应进行时，该结构的应用更受到限制。Blenk对喷射环流反应器进行了大量研究〔Advance in Biochemistry & Bioengineering”， 13，121（1977）〕，但是对气液过程而进行的。Blenk推荐的结构是H／D为7／1，导管直径 7/10 D（等截面积原则）。本发明者曾将此结构用在固化生物催化过程中，发现固体粒子装填率较低。一般在20％以下，气泡逸出反应物系经过的平均距离长，供气性能好，但排气性能有所减弱。
本实用新型的目的是提供一种新型的固定化酶（或固定化细胞）反应器，使非供气性，尤其是厌氧气类的发酵过程，如乙醇发酵等，能更有效地进行。
本实用新型的设备结构如图1所示。反应罐的罐体1的长径比H／D为5／1以下，甚至可以至搅拌的结构比例，即H／D＝2－3／1。罐内设导流管2，其直径与罐直径之比d／D＝1／5－4／5，高度之比h／H＝2／5－4／5，罐底设喷咀3，内径为 1/100 D－ 5/100 D，喷咀、导管和罐体三者同轴心，导管下端距罐底为 1/4 D－D。此外，还要在适当位置配置液固分离装置6。本实用新型中提出的是环带形的液固分离器。设置在反应罐内的上部。组件6、6.1、6.2是该环形分离带的三种不同结构。
液固分离器6的分离面是圆台侧面的形状。该侧面的下边缘与反应罐壁封闭，并在必要时固定在反应罐壁上。侧面的上边缘，根据需要作三种处理。第一种处理，将上边缘与特定构件封闭，必要时进行固定。该特定构件与罐壁、分离面围成环形空间，液体可经分离面进入该空间而固定化粒子被阻止。该空间连通出口，液体经一个或多个出口流出反应罐进行外循环或流入下一阶段。当该分离面适于在反应器内较高位置时，可将上边缘直接与反应罐壁的上部封闭，形成一环形空间。第二种处理是，上边缘不与罐壁封闭，也不与特定物件封闭，只在必要时进行适当固定，以维持其形状和位置，分离比较容易时，将有相当部分剩余分离面在液面以上，不会有粒子越过分离面，上面两种处理的A向视图如图2所示。第三种处理是将上边缘与另加分离面封闭，形成无下底面的圆台表面形分离面，其A向视图为图3。
图4的6.1是结构与6有所不同的分离器。其分离面为圆柱侧面形。该圆柱侧面的下边缘与特定的构件封闭，必要时固定在该构件上。该构件与反应器壁封闭，其本身不允许固定化粒子通过，圆柱侧面的上边缘也按6的三种处理做类似处理，局部放大图如图5。
图6的6.2是环带形分离器的另一种结构，其分离面也是柱侧面形状，但不同于6.1，该分离面贴紧于罐壁，贴紧处的罐壁开有适当数量大小的孔，并在罐壁外相应位置附加适当宽度的环带，构成与反应器隔分离 面呈半连通一即固体粒子不能通过而液体可通过的夹层，流体经分离面过壁孔流进夹层，然后经出口流出。局部放大图为图7。
上述分离带可有效地限制固定化粒子随液体流出反应器，并具如下优点：结构简单，易于实现；分离面积大，能力强，可做溢流控制；结构的对称性，利于循环流动的均匀；有一定的消泡作用。
本实用新型的工作方式是：流体在泵4的作用下，经喷咀3高速射入反应器罐内，推动导管2内外液体及粒子形成管内向上、环隙部分向下的循环流动；同时，部分液体流出反应罐又重新经缓冲罐5、泵4、喷咀3进入反应罐内，形成另一循环，在两个循环过程作用下，反应器可达到全混状态，过程产生的气体从气体出口7离开罐。
本实用新型与已有同类装置相比，其优点是，在反应器内形成固定化粒子较密集而均匀的分布状态，固定化粒子的装填率可达35－45％，并在循环流动过程中强化了传质及排气能力，在导流管的作用下，循环流动的定向性及稳定性较好，循环强度易于控制，放大比较容易。此外，本实用新型与现有工业生产用设备的外形相近，易于利用现有设备及厂房进行技术改造。
例一：单级反应器实验：
反应器体积51，长径比H／D＝3.5／1，导管直径d＝ 1/2 D，喷咀内径为0.04D。圆台侧面形分离带，上边缘不固定，固定化酵母装填率35％。原料糖浓度150g／l（按糖密的总糖量计），停留时间3.3hr，转化率达75％，乙醇浓度51.5g／l，生产能力15.5g／l.hr。
例二：串级实验：
由两个喷射环流反应器和一个固定床反应器串联。喷射环流反应器设在产气较多的前两级。每个反应器同为51。喷射环流反应器的导管内径为 1/3 D，喷咀直径为0.015D，其余同实例1。固定化粒子装填率为40％。 固定床体积也是51，长径比为8／1。粒子装填率为65％，葡萄糖为原料，原料糖浓度为185g／l，总停留时间4.5hr，转化率98.4％，乙醇浓度80g／l，生产能力为18.0g／l.hr。
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