本實用新型涉及一種酶反應器,特別是一種多級酶反應器,屬于氣液固三相酶催化反應裝置。
背景技術：
酶反應器是根據酶的催化特性而設計的反應設備。其設計的目標是為了使生產效率提高、成本降低、耗能少、污染少，以獲得最好的經濟效益和社會效益。酶反應器的種類有：常用于飲料和食品加工工業的攪拌罐型酶反應器，使用最廣泛的固定化酶反應器的固定床型酶反應器，適合于生化反應的膜式反應器等。上述酶反應器在反應過程中均存在反應時間長，副反應多，導致產品雜質含量高，產品品質下降；酶的消耗高，生產成本高；為了提高反應效率，反應器通常較大，設備投資高；攪拌罐型酶反應器和固定床型酶反應器還需將反應物料輸出反應器外再進行物料的分離，能耗高，且物料容易泄露，造成損失。為了解決上述問題，需要對傳統的酶反應器進行改進。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種多級酶反應器，克服傳統酶反應器存在的反應時間長、酶耗高、設備投資高、分離時間長等缺點，提高反應效率，降低酶耗和生產成本，縮短分離時間和生產周期。
本實用新型解決其技術問題采取的技術方案是這樣的。一種多級酶反應器，包括反應器罐體，反應器罐體內設有過濾膜板，過濾膜板將反應器分隔為原料區、一級反應區、二級反應區、三級反應區…n級反應區、清液區，通常n為2～5。在上封頭上設有清液出口、排氣口，在反應區的反應器罐體 上設有酶加入口、原料B進口、pH計口、溫度計口、酶出口；在下封頭上設有氣體進口、原料A進口。
本實用新型，反應器罐體柱體及下封頭外側設有夾套，夾套上設有循環水進出口。
本實用新型，n取3時，一級反應區酶進口和二級反應區酶出口之間管路上設有一級酶開關閥，二級反應區酶進口和三級反應區酶出口之間管路上設有二級酶開關閥。
本實用新型，反應器內的過濾膜板通過支撐固定在反應器內，過濾模板的過濾精度為1～150μm；
本實用新型，反應所需的氣體為空氣或氮氣，從上封頭排出的氣體可循環回下封頭的氣體入口循環使用，氣體的主要作用為攪拌，與機械攪拌相比可顯著減少酶的破碎。
本實用新型，多級酶反應器內的過濾膜板具有導流功能，可以有效改善酶在反應區的分布，并提高原料B與A的混合效果。
本實用新型的工作原理如下：以n取3，三級反應區為例，在三級反應區的酶加入口加入酶催化劑至各反應區，從下封頭的原料A進口連續加入液體原料A進原料區，從氣體進口連續加入氣體進入原料區，原料區的原料A和氣體經過濾膜板進入各反應區，使各反應區內的酶催化劑和原料處于懸浮狀態，壓力為0～0.1MPa，此時從一級反應區原料B進口、二級反應區原料B進口、三級反應區原料B進口分別連續加入原料B至各反應區，原料B和原料A在各反應區在酶催化劑的作用下進行反應，通過向多級酶反應器夾套內加入循環水冷卻，控制多級酶反應器內的溫度為10～40℃，控制原料A的流速，使原料A從原料區流經各反應器區至清液區的時間為10～120min，在壓力的作用下，反應物料經過濾膜板過濾，從清液區的清液出口排出，多余的氣體從上封頭的排氣口排出。
在反應過程中可通過調整氣體、原料A的進料的比例和速度，控制酶在反應區的分布及料液在反應器內的停留時間，從而達到最佳反應效果。
在反應和分離過程中，清液排出的質量和從排氣口排出的氣體質量之和與加入的氣體、原料A、原料B的質量之和相同，以保證反應分離過程的連續性。
在反應7～15天后，由于反應從下向上進行，一級反應區的酶會首先失活，二級反應區的酶失活率相對較低，三級反應區的酶失活的更少，此時停機，將一級反應區的酶排放掉，打開一級酶開關閥門，將二級反應區的酶從二級反應區酶排放口排出經一級反應區酶進口進入一級反應區，關閉一級酶開關閥門，打開二級酶開關閥門，將三級反應區的酶從三級反應區酶排放口排出經二級反應區酶進口進入二級反應區，關閉二級酶開關閥門，從三級反應區的酶加入口加新鮮的酶催化劑至三級反應區，繼續加料進行反應，至一級反應區的酶再次失活后，再將一級反應區的酶排放，重復上述步驟，實現反應與分離的長期連續。
本實用新型取得的有益效果是：
1、采用將一個反應器內分割成多個酶反應區，由于反應時間的先后不同，酶的失活程度不同，實現多級連續反應；2、與傳統的酶反應器相比，多級酶反應器可將失活的酶及時采出，同時補充新鮮的酶催化劑，實現酶反應一直處于酶活性較高的情況下進行，提高了酶的效率，降低酶的消耗量，降低生產成本；酶的效率提高，反應時間縮短，減少副反應的產生，產品品質提高，同時降低后續精制工藝的壓力；3、同樣的生產量，多級酶反應器的體積比傳統的酶反應器的體積小，設備投資低；4、多級酶反應器內設有過濾膜板，可實現酶催化反應與分離的耦合進行，不需將反應物料送出反應器外進行過濾，降低能耗，避免產品泄露的風險，生產過程安全穩定。5、多級酶反應器內的過濾膜板具有導流功能，可以有效改善酶在反應區的分布，并 提高原料B與A的混合效果。6、本實用新型中加入氣體的主要作用為攪拌，可顯著減少酶破碎造成的損耗。
附圖說明
圖1為本實用新型的結構示意圖。
圖中標號含義如下：
1、反應器罐體 2、二級反應區 3、二級反應區原料B進口 4、二級反應區溫度計口 5、二級反應區pH計口 6、三級反應區 7、過濾膜板 8、二級反應區原料B進口 9、酶加入口 10、清液出口 11、上封頭 12、清液區13、排氣口 14、夾套循環水出口 15、三級反應區pH計口 16、三級反應區溫度計口 17、三級反應區酶出口 18、二級酶開關閥門 19、二級反應區酶進口20、二級反應區酶排出口 21、一級酶開關閥 22、一級反應區酶進口 23、一級反應區原料B進口 24、夾套 25、原料區 26、氣體進口 27、原料A進口 28、夾套循環水進口 29、下封頭 30、酶加入口 31、一級反應區 32、一級反應區溫度計口 33、一級反應區pH計口 34、支撐。
具體實施方式
下面結合附圖以及附圖給出的具體實施例對本實用新型作進一步描述。
如圖1所示，一種多級酶反應器,包括反應器罐體1，反應器罐體內設有4個過濾膜板7，通過支撐34固定在反應器罐體內，過濾模板7的過濾精度為1～150μm，過濾膜板7將反應器分隔為原料區25、一級反應區31、二級反應區2、三級反應區6、清液區12。在上封頭11上設有清液出口10、排氣口13；在三級反應區6的反應器罐體上設有酶加入口9、三級反應區原料B進口8、三級反應區pH計口15、三級反應區溫度計口16、三級反應區酶出口17；在二級反應區2的反應器罐體上設有二級反應區pH計口5、二級反應區溫度計口4、二級反應區原料B進口3、二級反應區酶進口19、二級反應區酶排出口20；在一級反應區31的反應器罐體上設有一級反應區pH計 口33、一級反應區溫度計口32、一級反應區酶進口22、一級反應區原料B進口23、酶排放口30；在下封頭29上設有氣體進口26、原料A進口27。反應器罐體柱體及下封頭外側設有夾套24，夾套上設有夾套循環水進口28、夾套循環水出口14。一級反應區酶進口22和二級反應區酶出口20之間管路上設有一級酶開關閥21，二級反應區酶進口19和三級反應區酶出口17之間管路上設有二級酶開關閥18；
其工作原理如下：在三級反應區6的酶加入口9加入酶催化劑至各反應區，從下封頭29的原料A進口27連續加入液體原料A進原料區25，從氣體進口26連續加入氣體進入原料區25，原料區25的原料A和氣體經過濾膜板進入各反應區，使各反應區內的酶催化劑和原料處于懸浮狀態，壓力為0～0.1MPa，此時從一級反應區原料B進口23、二級反應區原料B進口3、三級反應區原料B進口8分別連續加入原料B至各反應區，原料B和原料A在各反應區在酶催化劑的作用下進行反應，通過向多級酶反應器夾套24內加入循環水冷卻，控制多級酶反應器內的溫度為10～40℃，控制原料A的流速，使原料A從原料區25流經各反應器區至清液區12的時間為10～120min，在壓力的作用下，反應物料經過濾膜板7過濾，從清液區12的清液出口10排出，多余的氣體從上封頭11的排氣口13排出。
在反應和分離過程中，清液排出的質量和從排氣口排出的氣體質量之和與加入的氣體、原料A、原料B的質量之和相同，以保證反應分離過程的連續性。
在反應7～15天后，由于反應從下向上進行，一級反應區31的酶會首先失活，二級反應區2的酶失活率相對較低，三級反應區6的酶失活的更少，此時停機，將一級反應區31的酶排放掉，打開一級酶開關閥門21，將二級反應區2的酶從二級反應區酶排放口20排出經一級反應區酶進口22進入一級反應區31，關閉一級酶開關閥門21，打開二級酶開關閥門18，將三級反 應區6的酶從三級反應區酶排放口17排出經二級反應區酶進口19進入二級反應區2，關閉二級酶開關閥門18，從三級反應區6的酶加入口9加新鮮的酶催化劑至三級反應區6，繼續加料進行反應，至一級反應區31的酶再次失活后，再將一級反應區31的酶排放，重復上述步驟，實現反應與分離的長期連續。