Биохимический реактор

 

ОП ИСАНИЕ

И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социапистическик

Респубпии (rii 9395/> (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5 l } М. Кл. (22)Заявлено 19.06.80 (21) 2942407/28- 13 с присоелинением заявки J4С 12 И 1/40

Геоудерстекнный коинтет

СССР (23) Приоритет (53) УДК 663.18 (088.8) по делая нзобретеннй и открытой

Опубликовано 30.06.82. Бктллетень № 24

Дата. опубликования описания 30 .06 .82 (72) Авторы изобретения

П.. И. Николаев и l0. Б. Игонин

Московский ордена Трудового Красного Знамени институт химического машиностроения (71) Заявитель (54) БИОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР

Изобретение относится к.устройст- вам для осуществления химических, в частности биохимических процессов с помощью нерастворимых в реакцион ной среде зернистых биокатализаторов, 5 т.е. иммобилизованных клеток, ферментов, органелл.

Реакторы для проведения таких процессов находят применение в микробиологической, пищевой, парфюмерной промышленностях при производстве ценных органических соедйнений.

Известны биохимические реакторы, содержащие цилиндрический корпус с коаксиально смонтированной мешалкой и ячейки с перфорированными стенками для зерен биокатализатора, установленные либо на валу, либо по периферии перемешивающего устройства (1)и 12).

Недостатком такого типа реакторов является их малая производительность из--за отсутствия направленного потока реакционной среды через слой зерен биокатаьиэaтopа 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 биокатализатором, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором.

Устройство выполнено в виде барабана с перфорированной поверхностью, на внутренней стороне которой смонтированы ячейки для зерен биокаталиэатора. Барабан снабжен торцовыми стенками с отверстиями и валом (3).

В известном реакторе организовано направленное течение реакционной среды через слой биокаталиэатора.

Однако вследствие действия центробеж-. ных сил происходит уплотнение зерен на перфорированной поверхности бара- бана, особенно при использовании

939)42

40 в качестве носителей систем с ферментативной активностью-полиакрилами-, да, агар-агара, желатина и других носителей, имеющих малую жесткость., В результате ухудшается прохождение реакционнрй среды через слой зерен, не полностью удаляются продукты реакции из зоны катализа и снижается скорость реакции. Это приводит к снижению производительности реак- 10 тора. Кроме того, в реакторах такого типа отсутствуют барботирующие устройства, необходимые при проведении процессов, требующих насыщения реакционной среды газом, напри- 1 мер, при использовании биокатализаторов на основе иммобилиэованных клеток.

Цель изобретения - повышение производительности реактора. 20

Для достижения укаэанной цели е биохимическом реакторе, содержащем цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для контактирования реакционной среды с биокатализато- 2s ром, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором, устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором состоит из цилиндро-конической неподвижной З0 обечайки и расположенной в ней мешалки, при этом перфорированные ячейки с биокаталиэатором размещены в несколько ярусов внутри обечайки, а в нижней части корпуса

33 установлен барботер для подвода газа.

На фиг. 1 изображен биохимический 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 крышкой 4 с штуцерами 5 и 6. Внутри корпуса .1 размещено устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором, состоящее из неподвижно установленной цилиндро-конической обечайки 7, в полости которой расположена пропеллерная 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 4 загружают биокатализатор 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 перфори. рованные ячейки 9 с биокатализатором 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. Реак(ционная среда, насыщенная газом, снова засасывается в полость обечай. ки 7, а отработанный газ выходит через штуцер б. Целевой продукт сливают 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 обе спечи вает эффе кти вный 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 при увеличении 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 поверхности зерна и в ядре потока. Применение нескольких перфорированных ячеек, расположенных ярусами, увеличивает количествб биокатализатора в реакторе, а, следовательно, и время контакта между реакционной средой и биокатализатором. Промежутки между ярусами способствуют восстановлению

5 93954 равномерной структуры потока и поз,воляют избежать каналообразования и байпасирования.

Возрастание пороэности зернистого слоя, уменьшение его гидравличес- 5

I кого сопротивления способствуют повышению объемной скорости реакционной среды, проходящей через слой зерен.

Это увеличивает разность концентраций на поверхности зерна и в ядре потока за счет удаления продуктов реакции из эоны катализа, скорость реакции и позволяет повысить производительность реактора на 263 по сравнению с известным устройством. 1%

Формула изобретения биохимический реактор, содержащий цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для кон- . тактирования реакционной среды с био катализатором, включающее перфорированные ячейки с биокатвлизатором 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 биокаталиэатором 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

11 565934, кл. C 12 B 1/10, 1977.

2; Патент США У 3767535, кл. 195/116, 1973.

3 . Авторское свидетельство СССР

Й 568674, кл. С 12 В 1/10, 1977

<прототип).

939542

Составитель 10. Б. Игонин

ТехРед М ° Тепе р Корректор H. Шарови, Редактор Л. Филь

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мапл .патент зак. 35А l5

«ев юеююв» °

Заказ 4599/40 Тираж 505 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раушская наб., д. 4/5