Биохимический реактор

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтскикСоцивпистическикРеспубпии и 939542 Ъ Тсюва(22)Заявлено 19.06.80 (21) 2942407/28- 13 с присоелинением заявки МС 12 М 1/40 ГеоудерстеквкыА квинтет СССР(088,8) во делан изобретений и открытой(72) Авторы изобретения П И. Николаев и Ю. Б. Игонин Московский ордена Трудового Красного Знамениинститут химического машиностроения(54) БИОХИМИЧЕСКИЙ РЕАКТОР Изобретение относится к устройст-вамдля 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 то промышленностях при производстве ценных органических соедйнений.Известны биохимические реакторы, содержащие цилиндрический корпус3с коаксиально смонтированной мешал- ц кой 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 изза отсутствия направленного потока реакционной среды через слой зерен биокатализатора 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 биоката. лизатором, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором.Устройство выполнено в виде барабана с перфорированной поверхностью, на внутренней стороне которой смонтированы ячейки для зерен биокаталиэа. тора. 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 использовании93912 55 в качестве носителей систем с фер" ментативной 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 тора. Кроме того, в реакторах такого типа отсутствуют барботирующие устройства, необходимые при проведении процессов, требующих насыщения реакционной среды газом, напри мер, при использовании биокатализаторов на основе иммобилиэованныхклеток.Цель изобретения - повышение производительности реактора, 20Для достижения укаэанной целив биохимическом реакторе, содержащем цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для контактирования реакционной среды с биокатализато ром, включающее перфорированные ячейки с биокатализатором, устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором состоит из цилиндро-конической неподвижной З 0 обечайки и расположенной в ней мешалки, при этом перфорированные ячейки с биокаталиэатором размеще" ны в несколько ярусов внутри обечайки, а в нижней части корпуса35 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 ч с штуцерами 5 и 6. Внутри корпуса .1 размещено устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором, состоящее из неподвижно установленной цилиндро-конической обечайки , в полости которой расположена пропеллерная мешалка 8 - побудитель осевого движения реакционной среды, В обечайке 1 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 ч 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 1 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. 1.8 предлагаемом биохимическом реакторе организуется направленное течение реакционной среды, насыщение ее газом и циркуляция через слой биокатализатора. Зерна биокатализатора распределены в ячейках тонким слоем, что обеспечивает эффективный 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 приувеличении 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 поверх" ности зерна и в ядре потока. Применение нескольких перфорированных ячеек, расположенных ярусами, увеличивает количество биокатализатора в реакторе, а, следовательно, и время контакта между реакционной средой и биокатализатором. Промежутки между ярусами способствуют восстановлению5 93954 равномерной структуры потока и поз,воляют избежать каналообразования и байпасирования.Возрастание пороэности зернистого слоя, уменьшение его гидравличес кого сопротивления способствуют повышению объемной скорости реакционной среды проходящей через слой зерен. Это увеличивает разность концентраций на поверхности зерна и в ядре пото В ка за счет удаления продуктов реакции из эоны катализа, скорость реакции и позволяет повысить производительность реактора на 263 по сравнению с известным устройством. 15формула изобретениябиохимический реактор, содержа- в щий цилиндрический корпус и размещенное в нем устройство для контактирования реакционной среды с биокатализатором, включающее перфорированные ячейки с биокатвлизаторомо т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения производительности устройство для,контактированияреакционной среды с биокатализаторомсостоит из цилиндро-конической неподвижной обечайки и расположеннойв ней мешалки, при этом перфорирован.ные ячейки с биокаталиэатором размещены в несколько ярусов внутриобечайки, а в нижней части корпуса установлен барботер для подводагаза.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРМ 565934, кл, С 12 В 1/10, 1977.2; Патент США У 3767535кл. 195/16, 1973.3,. Авторское свидетельство СССРИ 568674, кл. С 12 В 1/10, 1977прототип)939542 тавитель 6 Ред М, Те Игони Корре аказ ал ППП "Патент", г. Ужгород ППП .Патент Зак. ЗЖ О Проектная Редактор Л. Филье ев т ве тт 99/40 Тира ВНИИПИ Государс по делам иэоб 113035, Москва, 505енногоетений35, Рау Подомитета СССРоткрытийская наб., д. 4/