反应器制造技术

本实用新型专利技术公开一种反应器，包括至少一个反应罐，所述反应罐包括罐体以及安装于罐体内可转动的转轴，所述转轴上固定有固相催化剂，所述固相催化剂具有可通透反应液和气体的孔，该固相催化剂在随着转轴转动时还充当搅拌器的作用。本实用新型专利技术提供的反应器能够防止催化剂活力降低、延长催化剂的寿命，并具有交换效率高、反应充分以及应用范围广的特点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种反应器，特别涉及一种使用固相催化剂促进反应的反应器。
技术介绍
在医药工业、食品工业、环保、农业、轻纺工业、化学工业等领域，往往借助于反应器来进行各种反应，其中所述的各种反应大都需要催化剂进行反应。对于在液态介质中进行的反应，为了提高反应效率，反应物和催化剂必须进行有效的接触。催化剂为固体时尤为如此。在生物、医药工业、食品工业、环保、农业等领域中，酶或含酶的细胞是众多催化剂中比较引人注目的一类催化剂。而且，目前酶或含酶的细胞等多以固定化的形式使用，这是因为固定化酶/固定化细胞通常比溶液酶稳定且可从产品中分离回收、重复使用(生物催化工艺学，孙志浩主编，化学工业出版社，北京，2005年)，从而其成本可大幅降低。但大多数包括固定化酶和/或固定化细胞的固相催化剂的催化活力则较相应的溶液酶低。目前，使用固相催化剂的反应器主要有两种即填充床反应器和搅拌式反应器。一般而言，填充床反应器操作较为简单，其工作方式是预先将颗粒状或片状固相催化剂填充到填充床反应器中，反应时底物溶液流经填充床而使得固相催化剂与底物混合以使反应物和催化剂进行有效接触。搅拌式反应器含有反应罐，该反应罐包括罐体、罐体内的转轴和诸如搅拌桨等搅拌器。该搅拌式反应器的工作方式是先将颗粒状或块状的固相催化剂悬浮在反应罐内的底物溶液中，然后在反应时通过搅拌器进行搅拌或借助于气泡流动而使固相催化剂与底物充分混合以使反应物和催化剂进行有效接触。尽管上述两种反应器均能实现固相催化剂与底物的混合而使反应物和催化剂进行有效接触，但在实际应用中不可避免地存在下述问题就填充床反应器而言，其存在的问题是[1]底物与固相催化剂之间的交换效率较低；[2]反应过程不易补料和通气体，也不易调节pH值及温度等；[3]不适于粘性或不溶性底物；[4]使用颗粒较小的固相催化剂时，床层压降大，这导致容易出现阻塞。就搅拌式反应器而言，尽管其可根据需要来调节各种反应条件，但是在搅拌器进行搅拌的过程中，由于固相催化剂悬浮在反应罐内的底物溶液中，因此在固相催化剂颗粒之间、固相催化剂颗粒与搅拌器之间以及固相催化剂颗粒与反应罐罐壁之间均会发生强烈碰撞(酶学，陈石根和周润琦编，复旦大学出版社，上海，2001年；生物反应工程，戚以政和夏杰编着，化学工业出版社，北京，2004年)，因而导致固相催化剂颗粒因碰撞而碎裂和磨损，从而使得固相催化剂活力下降、使用寿命变短，并且固相催化剂因碎裂和磨损会产生碎片或粉渣，而这些碎片或粉渣随反应的进行会流失，这会妨碍反应液的后续处理，如产品的过滤和纯化等。而且，众所周知，悬浮在溶液中的固相催化剂颗粒的密度越大、运动(转速)越快，反应的效率就越高；但与此同时，颗粒受碰撞的强度也随之增大，固相催化剂也就越容易碎裂，其活力的下降也越快。因而，搅拌式反应器的应用范围受到局限，尤为不适用于本身就易碎的固相催化剂颗粒。
技术实现思路
为克服现有反应器存在的上述缺陷，本技术提供了这样一种反应器其能够防止催化剂活力降低、延长催化剂的寿命，并具有交换效率高、反应充分以及应用范围广的特点。本技术提供的技术方案为提供一种反应器，其包括至少一个反应罐，所述反应罐包括罐体以及可转动地安装于罐体内的转轴，所述转轴上固定有固相催化剂，所述固相催化剂具有可通透反应液和气体的孔，该固相催化剂在随着转轴转动时还充当搅拌器的作用。在本技术的一个具体的实施方式中，所述固相催化剂为柱体形式，该柱体可由整个的片材卷绕而成，该柱体也可是中空的柱体，例如一种在其轴线附近设有用于安装转轴的空腔的柱体。该中空柱体套在所述的转轴上。可以采用捆绑方式将所述固相催化剂直接固定到所述的转轴。根据反应的需要，所述固相催化剂的体积与反应罐的体积之比在1％至95％之间。该体积之比因不同的催化反应和需要而定。一般而言，该体积之比越高，反应进行得越快，故适用于不稳定或易降解的底物和/或产物。但该体积之比过高则会导致催化効率下降；另一方面，该体积之比过小(如少于5％)则降低搅拌効率，从而影响反应速率。所述转轴具有与罐体内外相通的用于输送液体和/或气体的孔道。所述反应罐可以以直立式或卧式或其它方式安置。在本技术的一个更为具体的实施方案中，所述固相催化剂是固定化酶/固定化细胞。优选的是，所述固定化酶或细胞由酶或表达酶的细胞与作为固定化载体的开孔的多孔有机泡沫材料制成的，所述有机泡沫材料包括木浆海绵、聚乙烯醇海绵或三聚氰胺海绵。相对于现有技术，本技术的有益效果是第一，本技术的反应器无需使用单独的搅拌器，在使用固相催化剂的反应器中，由于整块/整片的固相催化剂具有离心搅拌功能，所谓离心搅拌是在离心作用下使反应液和气体与固相催化剂接触，就此而言，其效果类似于搅拌桨等搅拌器的搅拌动作所产生的效果，因此本技术提供的反应器无需采用搅拌器。第二，由于本技术提供的反应器中不存在固相催化剂彼此之间、固相催化剂与搅拌器之间以及固相催化剂与反应罐罐壁之间的碰撞，因而，可以避免固相催化剂因碰撞而碎裂和磨损，从而可以避免固相催化剂因碎裂和磨损而导致酶的活力下降和其寿命降低的问题。第三，本技术反应器还可以避免固相催化剂因碎裂和磨损而产生碎片或粉渣，这样也就不会因存在碎片或粉渣而影响反应液的后续处理。第四，本技术的反应器的应用范围广泛。根据不同的应用场合，本技术的反应器以及其中整块/整片的固相催化剂可以采取各种式样，其外形可以是例如圆筒状、球状、棱柱状、方块状等规则形状，也可以是螺旋状、阶梯状等不规则形状。第五，在使用整块/整片的固相催化剂的反应器中，由于本技术采用整块/整片的固相催化剂，反应罐内固相催化剂的密度可远远超过现有的搅拌式反应器，达到罐体总容量的95％或以上，反应速度可因之提高，反应时间则相应缩短。这对容易降解的底物或产物尤为有利。而且，高密度的固相催化剂用量更可提高反应时底物的浓度，进而加快反应速度，有助于产物的纯化、结晶等以及提高产率。第六，在整块/整片的固相催化剂随转轴旋转时，进入整块/整片的固相催化剂内的反应液在离心作用下贯穿整块/整片的固相催化剂并被甩出，而被甩出的反应液则循负压再度流经整块/整片的固相催化剂，如此形成循环回流，从而提高了交换效率。而且，离心作用的旋转使得反应液与固相催化剂表面之间的传质加快，因此相对于填充床反应器，本技术提供的反应器的反应催化效率大大提升。另外，由于反应器中整块/整片的固相催化剂具有孔，因而使反应液可以直接经由该孔贯穿整块/整片的固相催化剂而与催化剂充分接触，进而也提高了交换效率。第七，本技术的反应器便于反应过程中的补料、通气、pH调节及温度调节等操作，从而克服了填充床反应器在此方面的缺陷及应用障碍。以下结合附图具体实施方式以及应用实例对本技术进行详细说明。附图说明图1是本技术的反应器的一种结构的示意图；图2是本技术的反应器的另一种结构的示意图，以及图3是图1所示反应器的一个具体实施方式的结构示意图。图4是表达D-氨基酸氧化酶的载体pHS-GHA的核苷酸序列。具体实施方式请参阅图1，本技术的反应器包括至少一个反应罐，该反应罐包括罐体51、转轴21和固相催化剂20。该固相催化剂20指的是整块/整片的固相催化剂。转轴21安装于罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应器，包括至少一个反应罐，所述反应罐包括罐体以及安装于罐体内可转动的转轴，其特征在于：所述转轴上固定有固相催化剂，所述固相催化剂具有可通透反应液和气体的孔，该固相催化剂在随着转轴转动时还充当搅拌器的作用。

【技术特征摘要】
1.一种反应器，包括至少一个反应罐，所述反应罐包括罐体以及安装于罐体内可转动的转轴，其特征在于所述转轴上固定有固相催化剂，所述固相催化剂具有可通透反应液和气体的孔，该固相催化剂在随着转轴转动时还充当搅拌器的作用。2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于所述固相催化剂为柱体形式。3.根据权利要求2所述的反应器，其特征在于所述的柱体是由片材卷绕而成的。4.根据权利要求3所述的反应器，其特征在于所述的柱体是中空柱体，在该柱体的轴线附近设有用于安装转轴的空腔。5.根据权利要求4所述的的反应器，其特征在于所述的中空柱体套在所述的转轴上。6.根据权利要求1至3中任意一项所述的反应器，其特征在于所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：王骏，金彩科，
申请(专利权)人：百瑞全球有限公司，
类型：实用新型
国别省市：VG[英属维尔京群岛]