本实用新型涉及一种酶反应器,特别是一种多级酶反应器,属于气液固三相酶催化反应装置。
背景技术：
酶反应器是根据酶的催化特性而设计的反应设备。其设计的目标是为了使生产效率提高、成本降低、耗能少、污染少，以获得最好的经济效益和社会效益。酶反应器的种类有：常用于饮料和食品加工工业的搅拌罐型酶反应器，使用最广泛的固定化酶反应器的固定床型酶反应器，适合于生化反应的膜式反应器等。上述酶反应器在反应过程中均存在反应时间长，副反应多，导致产品杂质含量高，产品品质下降；酶的消耗高，生产成本高；为了提高反应效率，反应器通常较大，设备投资高；搅拌罐型酶反应器和固定床型酶反应器还需将反应物料输出反应器外再进行物料的分离，能耗高，且物料容易泄露，造成损失。为了解决上述问题，需要对传统的酶反应器进行改进。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种多级酶反应器，克服传统酶反应器存在的反应时间长、酶耗高、设备投资高、分离时间长等缺点，提高反应效率，降低酶耗和生产成本，缩短分离时间和生产周期。
本实用新型解决其技术问题采取的技术方案是这样的。一种多级酶反应器，包括反应器罐体，反应器罐体内设有过滤膜板，过滤膜板将反应器分隔为原料区、一级反应区、二级反应区、三级反应区…n级反应区、清液区，通常n为2～5。在上封头上设有清液出口、排气口，在反应区的反应器罐体 上设有酶加入口、原料B进口、pH计口、温度计口、酶出口；在下封头上设有气体进口、原料A进口。
本实用新型，反应器罐体柱体及下封头外侧设有夹套，夹套上设有循环水进出口。
本实用新型，n取3时，一级反应区酶进口和二级反应区酶出口之间管路上设有一级酶开关阀，二级反应区酶进口和三级反应区酶出口之间管路上设有二级酶开关阀。
本实用新型，反应器内的过滤膜板通过支撑固定在反应器内，过滤模板的过滤精度为1～150μm；
本实用新型，反应所需的气体为空气或氮气，从上封头排出的气体可循环回下封头的气体入口循环使用，气体的主要作用为搅拌，与机械搅拌相比可显著减少酶的破碎。
本实用新型，多级酶反应器内的过滤膜板具有导流功能，可以有效改善酶在反应区的分布，并提高原料B与A的混合效果。
本实用新型的工作原理如下：以n取3，三级反应区为例，在三级反应区的酶加入口加入酶催化剂至各反应区，从下封头的原料A进口连续加入液体原料A进原料区，从气体进口连续加入气体进入原料区，原料区的原料A和气体经过滤膜板进入各反应区，使各反应区内的酶催化剂和原料处于悬浮状态，压力为0～0.1MPa，此时从一级反应区原料B进口、二级反应区原料B进口、三级反应区原料B进口分别连续加入原料B至各反应区，原料B和原料A在各反应区在酶催化剂的作用下进行反应，通过向多级酶反应器夹套内加入循环水冷却，控制多级酶反应器内的温度为10～40℃，控制原料A的流速，使原料A从原料区流经各反应器区至清液区的时间为10～120min，在压力的作用下，反应物料经过滤膜板过滤，从清液区的清液出口排出，多余的气体从上封头的排气口排出。
在反应过程中可通过调整气体、原料A的进料的比例和速度，控制酶在反应区的分布及料液在反应器内的停留时间，从而达到最佳反应效果。
在反应和分离过程中，清液排出的质量和从排气口排出的气体质量之和与加入的气体、原料A、原料B的质量之和相同，以保证反应分离过程的连续性。
在反应7～15天后，由于反应从下向上进行，一级反应区的酶会首先失活，二级反应区的酶失活率相对较低，三级反应区的酶失活的更少，此时停机，将一级反应区的酶排放掉，打开一级酶开关阀门，将二级反应区的酶从二级反应区酶排放口排出经一级反应区酶进口进入一级反应区，关闭一级酶开关阀门，打开二级酶开关阀门，将三级反应区的酶从三级反应区酶排放口排出经二级反应区酶进口进入二级反应区，关闭二级酶开关阀门，从三级反应区的酶加入口加新鲜的酶催化剂至三级反应区，继续加料进行反应，至一级反应区的酶再次失活后，再将一级反应区的酶排放，重复上述步骤，实现反应与分离的长期连续。
本实用新型取得的有益效果是：
1、采用将一个反应器内分割成多个酶反应区，由于反应时间的先后不同，酶的失活程度不同，实现多级连续反应；2、与传统的酶反应器相比，多级酶反应器可将失活的酶及时采出，同时补充新鲜的酶催化剂，实现酶反应一直处于酶活性较高的情况下进行，提高了酶的效率，降低酶的消耗量，降低生产成本；酶的效率提高，反应时间缩短，减少副反应的产生，产品品质提高，同时降低后续精制工艺的压力；3、同样的生产量，多级酶反应器的体积比传统的酶反应器的体积小，设备投资低；4、多级酶反应器内设有过滤膜板，可实现酶催化反应与分离的耦合进行，不需将反应物料送出反应器外进行过滤，降低能耗，避免产品泄露的风险，生产过程安全稳定。5、多级酶反应器内的过滤膜板具有导流功能，可以有效改善酶在反应区的分布，并 提高原料B与A的混合效果。6、本实用新型中加入气体的主要作用为搅拌，可显著减少酶破碎造成的损耗。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图中标号含义如下：
1、反应器罐体 2、二级反应区 3、二级反应区原料B进口 4、二级反应区温度计口 5、二级反应区pH计口 6、三级反应区 7、过滤膜板 8、二级反应区原料B进口 9、酶加入口 10、清液出口 11、上封头 12、清液区13、排气口 14、夹套循环水出口 15、三级反应区pH计口 16、三级反应区温度计口 17、三级反应区酶出口 18、二级酶开关阀门 19、二级反应区酶进口20、二级反应区酶排出口 21、一级酶开关阀 22、一级反应区酶进口 23、一级反应区原料B进口 24、夹套 25、原料区 26、气体进口 27、原料A进口 28、夹套循环水进口 29、下封头 30、酶加入口 31、一级反应区 32、一级反应区温度计口 33、一级反应区pH计口 34、支撑。
具体实施方式
下面结合附图以及附图给出的具体实施例对本实用新型作进一步描述。
如图1所示，一种多级酶反应器,包括反应器罐体1，反应器罐体内设有4个过滤膜板7，通过支撑34固定在反应器罐体内，过滤模板7的过滤精度为1～150μm，过滤膜板7将反应器分隔为原料区25、一级反应区31、二级反应区2、三级反应区6、清液区12。在上封头11上设有清液出口10、排气口13；在三级反应区6的反应器罐体上设有酶加入口9、三级反应区原料B进口8、三级反应区pH计口15、三级反应区温度计口16、三级反应区酶出口17；在二级反应区2的反应器罐体上设有二级反应区pH计口5、二级反应区温度计口4、二级反应区原料B进口3、二级反应区酶进口19、二级反应区酶排出口20；在一级反应区31的反应器罐体上设有一级反应区pH计 口33、一级反应区温度计口32、一级反应区酶进口22、一级反应区原料B进口23、酶排放口30；在下封头29上设有气体进口26、原料A进口27。反应器罐体柱体及下封头外侧设有夹套24，夹套上设有夹套循环水进口28、夹套循环水出口14。一级反应区酶进口22和二级反应区酶出口20之间管路上设有一级酶开关阀21，二级反应区酶进口19和三级反应区酶出口17之间管路上设有二级酶开关阀18；
其工作原理如下：在三级反应区6的酶加入口9加入酶催化剂至各反应区，从下封头29的原料A进口27连续加入液体原料A进原料区25，从气体进口26连续加入气体进入原料区25，原料区25的原料A和气体经过滤膜板进入各反应区，使各反应区内的酶催化剂和原料处于悬浮状态，压力为0～0.1MPa，此时从一级反应区原料B进口23、二级反应区原料B进口3、三级反应区原料B进口8分别连续加入原料B至各反应区，原料B和原料A在各反应区在酶催化剂的作用下进行反应，通过向多级酶反应器夹套24内加入循环水冷却，控制多级酶反应器内的温度为10～40℃，控制原料A的流速，使原料A从原料区25流经各反应器区至清液区12的时间为10～120min，在压力的作用下，反应物料经过滤膜板7过滤，从清液区12的清液出口10排出，多余的气体从上封头11的排气口13排出。
在反应和分离过程中，清液排出的质量和从排气口排出的气体质量之和与加入的气体、原料A、原料B的质量之和相同，以保证反应分离过程的连续性。
在反应7～15天后，由于反应从下向上进行，一级反应区31的酶会首先失活，二级反应区2的酶失活率相对较低，三级反应区6的酶失活的更少，此时停机，将一级反应区31的酶排放掉，打开一级酶开关阀门21，将二级反应区2的酶从二级反应区酶排放口20排出经一级反应区酶进口22进入一级反应区31，关闭一级酶开关阀门21，打开二级酶开关阀门18，将三级反 应区6的酶从三级反应区酶排放口17排出经二级反应区酶进口19进入二级反应区2，关闭二级酶开关阀门18，从三级反应区6的酶加入口9加新鲜的酶催化剂至三级反应区6，继续加料进行反应，至一级反应区31的酶再次失活后，再将一级反应区31的酶排放，重复上述步骤，实现反应与分离的长期连续。