Биохимический реактор Советский патент 1982 года по МПК C12M1/40 

(S) БИОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР

1

Изобретение относится к устройствам для осуществления химических, в частности биохимических процессов с помощью нерастворимых в реакцион ной среде зернистых биокатализаторов, . т.е. иммобилизованных клеток, ферментов, орГанелл.Реакторы для проведения таких процессов находят применение в микробиологической, пищевой, парфюмерной ю промышленностях при производстве ценных органических-соединений.

Известны биохимические реакторы, содержащие цилиндрический корпус с коаксиально смонтированной мешал- ts кой и ячейки с перфорированными стенками для зерен биокатализатора, установленные либо на валу, либо по периферии перемешивающего устройства l 2.20

Недостатком такого типа реакторов является их малая производительность из-за отсутствия направленного потока реакционной с|уеды через слой зерен

биоката/.изатора и, следовательно, неполное удаление продуктов реакции из зоны катализа и наличие застойных зон.

Наиболее близким к предлагаемому является биохимический реактор, содержащий цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для контактирования реакционной среды с биокатализаторрм, включающее перфорированHbie ячейки с биокатализатором. . Устройство выполнено в виде барабана с перфорированной поверхностью, на внутренней стороне которой смонтированы ячейки для зерен биокатализатора. Барабан снабжен торцовыми стенками с отверстиями и валом 3j

В известном реакторе организовано направленное течение реакционной среды через слой биока.тализатора. Однако вследствие действия центробеж-. ных сил происходит уплотнение зерен на перфорированной поверхности барабана, особенно при использовании 5 в качестве носителей систем с ферментативной активностью-полиакрила да, агар-агара, желатина и других носителей, имеющих малую жесткость В результате ухудшается прохождени реакционной среды через слой зерен не полностью удаляются продукты реакции из зоны катализа и снижает ся скорость реакции. Это приводит к снижению производительности реак тора. Кроме того, в реакторах тако го типа отсутствуют барботирующие устройства, необходимые при проведении процессов, требующих насыщения реакционной среды газом, напри мер, при использовании биокатализаторов на основе иммобилизованных клеток. Цель изобретения - повышение производительности реактора. Для достижения указанной цели в биохимическом реакторе, содержащ цилиндрический корпус и размещенно в нем устройство для контактирован реакционной среды с биокатализатором, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором, устройс во для контактирования реакционной средь с биокатализатором состоит из цйлиндро-конической неподвижной обечайки и расположенной в ней мешалки, при этом перфорированные ячейки с биокатализатором размещены в несколько ярусов внутри обечайки, а в нижней части корпуса установлен барботер для подвода га за. На фиг. 1 изображен биохимическ реактор, продольный разрез на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Биохимический реактор содержит цилиндрический корпус 1 с штуцерами 2 и 3 который закрывается крыш кой 4 с штуцерами 5 и 6. Внутри корпуса 1 размещено устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором, состоящее из неподвижно установленной ци линдро-конической обечайки 7, в полости которой расположена пропел лерная мешалка 8 - побудитель осевого движения реакционной среды. В обечайке 7 ярусами размещены перфорированные ячейки 9 с зернами биокатализатора 10. Кольцевой барботер 11 установлен на некотором расстоянии от дна реактора по его периферии. Биохимический реактор работает следующим образом. При открытой крышке i загружают биокатаяизатор 10. Затем закрывают крышку, и через штуцер 5 заполняют реактор реакционной средой. При вращении пропеллерной мешалки 8 в полости обечайки 7 создается давление, под действием которого реакционная среда проходит через перфорированные ячейки 9 с биркатализатором 10.-Затем реакционная среда движется в кольцевом пространстве между корпусом 1 и обечайкой 7 в противотоке с газом, поступающим через штуцер 2 в барботер 11. Реакционная среда, насыщенная газом, снова засасывается в полость обечайки 7. а отработанный газ выходит через штуцер 6. Целевой продукт (;ливают через штуцер 3. Направление движения реакционной среды показано стрелками на фиг. 1. В предлагаемом биохимическом реакторе организуется направленное течение реакционной среды, насыщение ее газом и циркуляция через слой биокатализатора. Зерна биокатализатора распределены в ячейках тонким слоем, что обеспечивает эффективный контакт среды с ним. Восходящий поток среды поддерживает зерна во взвешенном состоянии, что увеличивает порозность слоя, уменьшает гидравлическое сопротивление и тем самым увеличивает объемную скорость реакционной среды, проходящей через биокатализатор. Возрастание объемной скорости ведет к повышению производительности реактора, т.е. позволяет увеличить количество целевого продукта, получаемого с единицы объема катализатора в единицу времени. Это объясняется тем, что приувеличении скорости потока реагирующая система в большой мере удалена от состояния насыщения зоны катализа целевым продуктом. Поэтому процесс протекает в области высоких скоростей реакции за счет большой движущей силы, обусловленной разностью концентраций на поверх- , ности зернами в ядре потока. Применение нескольких перфорированных ячеек, расположенных ярусами, увеличивает количество биокатализатора в реакторе, а, следовательно, и время контакта между реакционной средой и биокатализатором. Промежутки между ярусами способствуют восстановлению равномерной структуры потока и поз,воляют избежать каналообразования и байпасирования. Возрастание порозности зернистого слоя, уменьшение его гидравлического сопротивления способствуют повы шению объемной скорости реакционной среды, проходящей через слой зерен. Это увеличивает разность концентраци на поверхности зерна и в ядре потока за счет удаления продуктов реакции из зоны катализа, скорость реакции и позволяет повысить производительность реактора на 26% по сравнению с известным устройством. Формула изобретения Биохимический реактор, содержащий цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для кон-тактирования реакционной среды с био катализатором, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором отличающийся тем, что, с целью повышения производительности устройство для .контактирования реакционной среды с биокатализатором состоит из цилиндро-конической неподвижной обечайки и расположенной в ней мешалки, при этом перфорированные ячейки с биокатализатором размещены в несколько ярусов внутри обечайки, а в нижней части корпуса установлен барботер для подвода газа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 56593, кл. С 12 В 1/10, 1977. 2.Патент США Н 3767535, кл. 195/116, 1973. 3.Авторское свидетельство СССР № 56867, кл. С 12 В 1/10, 1977 прототип).

1