一種工業化固定化酶反應設備的制作方法

本實用新型涉及生物反應器，尤其涉及一種工業化固定化酶反應設備。

背景技術：

固定化酶催化反應在工業化生產中應用越來越廣泛，其優勢十分明顯，它可以在較溫和的反應條件下，一步完成靠多步化學反應才能完成的轉化，不僅反應效率高，專一性強，而且反應在一般在水相中完成，不使用有機溶劑，十分環保。但固定化酶一般價格比較昂貴，使用成本較高，因此，十分需要開發一種合適的工業化固定化酶反應設備，既能滿足催化反應條件需要，又能保證對固定化酶的破壞最小，使用壽命最長，以降低使用成本。

技術實現要素：

本實用新型旨在提供一種工業化固定化酶反應設備，既能保證固定化酶和料液充分混合，使酶活發揮最優，又能保證攪拌和設備對酶載體破損最小，反應結束后能夠將料液快速徹底地轉移出來，同時該反應設備方便清洗消，沒有死角。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種工業化固定化酶反應設備，包括罐體，所述罐體包括人孔蓋、筒體和底蓋，還包括攪拌器，所述攪拌器包括攪拌軸和攪拌葉，攪拌軸位于罐體內的軸心位置，攪拌軸下端固定攪拌葉；

所述筒體包括依次軸向連接的上封頭、直筒體和下封頭，所述上封頭上開有補料孔和人孔，所述人孔蓋位于人孔外部開口并與筒體連接，補料孔外部開口上固定有法蘭盤，補料孔內部開口與補料盤管連接，所述補料盤管下側設有帶清洗球的清洗盤管，所述補料盤管和清洗盤管均固定在上封頭的內壁上；

所述直筒體內壁上固定有擋板，直筒體下部側壁上開有側出料口，側出料口內部開口與上層過濾濾芯組件連接，側出料口位于擋板下方；所述下封頭側壁上開有排廢口，下封頭底部開有與底蓋適配的通孔；所述底蓋上開有底部出料口，底部出料口內部開口與底部過濾濾盤組件連接；所述底蓋固定在筒體下部。

還包括動力裝置，所述動力裝置包括減速機、變頻電機、聯軸器和支架，所述變頻電機和減速機通過支架固定在筒體上；攪拌軸上端貫穿筒體頂部通過聯軸器與減速機輸出軸連接。

優選的，所述上層過濾濾芯組件包括出料管、濾芯、濾芯頂端固定螺栓和濾芯前端固定支架，所述濾芯包括濾芯接口、過濾面和濾芯頂端固定螺母；濾芯一端固定在濾芯前端固定支架上，濾芯另一端與出料管連通。

優選的，所述底部過濾濾盤組件包括過濾盤和濾盤支撐輻條，所述濾盤支撐輻條設置在底蓋內壁上，過濾盤通過螺栓固定在底蓋上。

優選的，還包括溫度自控系統，所述溫度自控系統包括直筒體控溫外盤管、下封頭控溫外盤管、控制器、溫度傳感器和兩個調節閥，所述溫度傳感器安裝在距離筒體底部10-30cm位置，兩個調節閥分別位于直筒體控溫外盤管、下封頭控溫外盤管上，溫度傳感器、調節閥均與控制器電連接。

優選的，所述直筒體控溫外盤管安裝在直筒體外壁上，直筒體控溫外盤管進水口位于直筒體控溫外盤管出水口下方；所述下封頭控溫外盤管安裝在下封頭外壁上，下封頭控溫外盤管進水口位于下封頭控溫外盤管出水口下方。

優選的，自控補料系統包括控制器、電磁閥和PH傳感器，所述PH傳感器安裝在距離筒體底部10-30cm位置，電磁閥安裝在補料盤管上，PH傳感器、電磁閥均與控制器電連接。

優選的，所述攪拌器為梅花葉變截面四葉旋槳式攪拌器。

優選的，所述上層過濾濾芯組件包括至少兩組濾芯。

優選的，所述過濾盤為平底濾盤。

攪拌器選用梅花葉變截面四葉旋槳式攪拌器，具有很大的湍流擴散能力和較低的剪切力；可使酶懸浮并均勻地混合到溶液中，充分發揮酶的作用，提高酶的反應能力。

采用變頻器調節攪拌器轉速來控制攪拌效果和剪切力，保證了酶的活性，能使酶的反應能力發揮到最大。

出料過濾裝置采用上層過濾濾芯組件和底部濾盤組件相結合的方式，既可以保證快速出料，又可以保證出料徹底；同時如果反應時需要通入氣體(例如空氣、氧氣等)，濾芯和濾盤還可用作氣體分布器。

上層過濾濾芯組件采用一組或者多組過濾濾芯，保證有足夠的過濾面積，以保證過濾速度。反應設備底部采用平底濾盤過濾，可以保證將反應好料液排放干凈。

反應設備頂部有帶有清洗球的清洗盤管，在清洗液流體的帶動下，清洗球可以進行360°旋轉，保證反應設備內壁清洗干凈，無死角，清洗球個數一般為2～4個。

反應設備頂部設有補料盤管，盤管上均布出料孔，使酶催化反應時需要補加的物料能夠較均勻地落到反應液表面。

反應設備內部直筒段、下封頭以及其內部構件，包括攪拌、擋板、濾芯組件支架等，均進行拋光處理，無鋒利直角邊緣，最大限度降低攪拌反應時設備對固定化酶造成的剪切破壞。

反應設備使用時一般配備有自控補料系統，例如，通過配置的PH自控系統，不斷補入稀酸或稀堿以使反應體系的PH值保持穩定。

反應設備使用時一般配備有溫度自控系統，通過控制外盤管內冷水或熱水的流量來保持反應體系的溫度穩定。

另外，設備上封頭上根據需要設有進料口、進水口(清洗用)、補料進口、排空口、視鏡等功能管口。

濾芯材質可以為不銹鋼燒結網、鈦棒濾芯以及其它可以重復使用過濾介質。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：攪拌器選用梅花葉變截面四葉旋槳式攪拌器，同時采用變頻器調節攪拌器轉速，既能保證有很好的固液混合效果，使固定化酶均勻地懸浮在反應溶液中，充分發揮酶的作用，又能保證有很小剪切，提高酶的使用壽命。反應結束能夠快速徹底地將料液轉移出去。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖

圖2為上層過濾濾芯組件分布示意圖

圖3為上層過濾濾芯組件俯視圖

圖4為上層過濾濾芯示意圖，

圖5為下層過濾組件分布示意圖

圖6為底蓋平面示意圖

圖中：1-變頻電機、2-減速機、3-聯軸器、4-支架、5-人孔、6-補料盤管、7-清洗盤管、8-攪拌軸、9-攪拌葉、10-側出料口、11-直筒體控溫外盤管進水口、12-下封頭控溫外盤管出水口、13-下封頭控溫外盤管進水口、14-通孔、15-排廢口、16-擋板、17-直筒體控溫外盤管出水口、18-出料管、19-濾芯、20-濾芯頂端固定螺栓、21-濾芯前端固定支架、22-濾芯接口、23-過濾面、24-濾芯頂端固定螺母、25-過濾盤、26-底蓋、27-底部出料口、28-人孔蓋、29-濾盤支撐輻條、30-筒體、31-上封頭、32-下封頭、33-直筒體、34-補料孔、35-直筒體控溫外盤管、36-下封頭控溫外盤管。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。

如圖1-6所示，一種工業化固定化酶反應設備，包括罐體，所述罐體包括人孔蓋28、筒體30和底蓋26，還包括攪拌器，所述攪拌器包括攪拌軸8和攪拌葉9，攪拌軸8位于罐體內的軸心位置，攪拌軸8下端固定攪拌葉9；

所述筒體30包括依次軸向連接的上封頭31、直筒體33和下封頭32，所述上封頭31上開有補料孔34和人孔5，所述人孔蓋28位于人孔5外部開口并與筒體30連接，補料孔34外部開口上固定有法蘭盤，補料孔34內部開口與補料盤管6連接，所述補料盤管6下側設有帶清洗球的清洗盤管7，所述補料盤管6和清洗盤管7均固定在上封頭31的內壁上；

所述直筒體33內壁上固定有擋板16，直筒體33下部側壁上開有側出料口10，側出料口10內部開口與上層過濾濾芯組件連接，側出料口10位于擋板16下方；所述下封頭32側壁上開有排廢口15，下封頭32底部開有與底蓋26適配的通孔14；所述底蓋26上開有底部出料口27，底部出料口27內部開口與底部過濾濾盤組件連接；所述底蓋26固定在筒體30下部。

優選的，還包括動力裝置，所述動力裝置包括減速機2、變頻電機1、聯軸器3和支架4，所述變頻電機1和減速機2通過支架4固定在筒體30上；攪拌軸8上端貫穿筒體30頂部通過聯軸器3與減速機2輸出軸連接。

優選的，所述上層過濾濾芯組件包括出料管18、濾芯19、濾芯頂端固定螺栓20和濾芯前端固定支架21，所述濾芯19包括濾芯接口22、過濾面23和濾芯頂端固定螺母24；濾芯19一端固定在濾芯前端固定支架21上，濾芯19另一端與出料管18連通。

優選的，所述底部過濾濾盤組件包括過濾盤25和濾盤支撐輻條29，所述濾盤支撐輻條29設置在底蓋26內壁上，過濾盤25通過螺栓固定在底蓋26上。

優選的，還包括溫度自控系統，所述溫度自控系統包括直筒體控溫外盤管35、下封頭控溫外盤管36、控制器、溫度傳感器和兩個調節閥，所述溫度傳感器安裝在距離筒體30底部10-30cm位置，兩個調節閥分別位于直筒體控溫外盤管35、下封頭控溫外盤管36上，溫度傳感器、調節閥均與控制器電連接。

優選的，所述直筒體控溫外盤管35安裝在直筒體33外壁上，直筒體控溫外盤管進水口11位于直筒體控溫外盤管出水口17下方；所述下封頭控溫外盤管36安裝在下封頭32外壁上，下封頭控溫外盤管進水口12位于下封頭控溫外盤管出水口13下方。

優選的，還包括自控補料系統，自控補料系統包括控制器、電磁閥和PH傳感器，所述PH傳感器安裝在距離筒體底部10-30cm位置，電磁閥安裝在補料盤管6上，PH傳感器、電磁閥均與控制器電連接。所述自控補料系統可以通過補料盤管6不斷補入稀酸或稀堿使反應體系的PH值保持穩定。

優選的，所述攪拌器為梅花葉變截面四葉旋槳式攪拌器。

優選的，所述上層過濾濾芯組件包括至少兩組濾芯19。

優選的，所述過濾盤25為平底濾盤。

攪拌器選用梅花葉變截面四葉旋槳式攪拌器，具有很大的湍流擴散能力和較低的剪切力；可使酶懸浮并均勻地混合到溶液中，充分發揮酶的作用，提高酶的反應能力。

采用變頻器調節攪拌器轉速來控制攪拌效果和剪切力，保證了酶的活性，能使酶的反應能力發揮到最大。

出料過濾裝置采用上層過濾濾芯組件和底部濾盤組件相結合的方式，既可以保證快速出料，又可以保證出料徹底；同時如果反應時需要通入氣體(例如空氣、氧氣等)，濾芯和濾盤還可用作氣體分布器。

上層過濾濾芯組件采用一組或者多組過濾濾芯，保證有足夠的過濾面積，以保證過濾速度。反應設備底部采用平底濾盤過濾，可以保證將反應好料液排放干凈。

反應設備頂部有帶有清洗球的清洗盤管，在清洗液流體的帶動下，清洗球可以進行360°旋轉，保證反應設備內壁清洗干凈，無死角，清洗球個數一般為2～4個。

反應設備頂部設有補料盤管，盤管上均布出料孔，使酶催化反應時需要補加的物料能夠較均勻地落到反應液表面。

反應設備內部直筒段、下封頭以及其內部構件(包括攪拌、擋板、濾芯組件支架等)均進行拋光處理，無鋒利直角邊緣，最大限度降低攪拌反應時設備對固定化酶造成的剪切破壞。

反應設備使用時一般配備有自控補料系統，例如，通過配置的PH自控系統，不斷補入稀酸或稀堿以使反應體系的PH值保持穩定。

反應設備使用時一般配備有溫度自控系統，通過控制外盤管內冷水或熱水的流量來保持反應體系的溫度穩定。

另外，設備上封頭上根據需要設有進料口、進水口(清洗用)、補料進口、排空口、視鏡等功能管口。

濾芯材質可以為不銹鋼燒結網、鈦棒濾芯以及其它可以重復使用過濾介質。

設備工作方法：

步驟1：本設備使用前先用稀酸、稀堿以及純化水清洗干凈，然后再用蒸汽進行滅菌處理后降溫備用。

步驟2：根據工藝要求從人孔投入需要數量的固定化酶，然后用純化水或其它緩沖液將固定化酶清洗干凈后備用。

步驟3：將準備后的底物溶液轉入反應設備內，開啟攪拌，并設定適當的攪拌速度，開啟溫度自控系統，開啟自動補料系統開始補料進行催化反應。

步驟4：根據工藝控制要求，催化反應結束時，關閉自動補料和溫度自控系統，停止攪拌，通過加壓或者輸料泵將反應好的料液轉移出去，轉料起始時，上、下過濾組件同時使用進行出料，當上層濾芯組件漏出時，依次關閉其對應的出料口閥門，直至最后通過罐底過濾組件將料液徹底出干凈。

步驟5：重復進行步驟3和步驟4所要求的操作，達到連續工業化生產的目標。

如果遇到短時間生產間歇，可以在該設備內對固定化酶進行清洗干凈后，使固定化酶集中在設備的底部，通過下封頭控溫盤管進行低溫保存。

當固定化酶的活性低于使用要求時，即可停止使用，通過緊挨底部濾盤的排廢口將廢酶放出。

隨著使用批次的增加，濾芯及濾盤的過濾速度會降低，可以對它們進行在線清洗，必要時可將它們拆卸出來進行加強清洗以恢復通透性。

當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。