CN109328102B - 混合和处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于混合和处理材料的旋转滚筒设备，该旋转滚筒设备包括：旋转滚筒(12)，布置成滚筒的长和滚筒的旋转轴沿水平来延伸；位于滚筒(12)上第一点处的入口，用于在混合和/或处理前接收材料；滚筒(12)内的螺旋件(14)，用于将材料混合同时将它们沿滚筒(12)纵向地传送，其中，螺旋件(14)包括沿滚筒(12)的长延伸的螺旋形叶片，螺旋形叶片的外边缘固定到滚筒(12)的内表面上，使得可以在螺旋件叶片(14)的每一转之间的分离的体积(16)中将材料传送并混合；位于沿滚筒第二点处的出口，用于在混合和/或处理后排出材料；和多个混合装置(18)，用于随着材料沿螺旋件(14)传送而在材料的每个分离的体积(16)中促进材料的混合，其中多个混合装置(18)沿螺旋件(14)的叶片间隔开，并且其中对于螺旋件叶片(14)的每一转存在至少一个混合装置(18)。

Description

混合和处理设备及方法

技术领域

本发明涉及用于混合和处理材料的设备和方法，例如用于有机材料的酶处理。

背景技术

在各种工业中都有混合和处理材料的需要，包括必须进行简单的机械混合的情况，例如从包括固体和液体两者的原材料生产浆料或其他混合物，以及用于生物处理材料以改变材料的性质，在诸如发酵和其他微生物处理、水解和其他酶处理步骤中。材料的处理可能包括从动物源(例如从鱼类/贝类)或从蔬菜源(例如从豌豆)提取蛋白质，其中使用酶在具有混合和/或湍流的处理区域溶解原材料。纯粹的化学处理可以以类似的方式使用或用于对原材料的其他修改。类似的处理也可以使用微生物体等进行。

有机分子的酶处理至少包括以下过程：氧化/还原(通过氧化还原酶)，转移官能团例如甲基或磷酸基团(通过转移酶)，水解(通过水解酶)，通过除水解和氧化之外的方式裂解各种键(通过裂解酶)，在单个分子中的异构化改变(通过异构酶)，以及用共价键连接两个分子(连接酶)。有机分子包括大分子，例如存在于各种类型的生物质中的蛋白质、脂质和多糖。

在酶水解中，酶作为反应的催化剂使得分子中的化学键由于水的加入而断裂。为了促进这种反应，反应混合物的各种组分(例如，包括待水解的分子、水和适当的酶的原材料)必须在适当的反应条件下混合在一起。例如，可以通过水解来处理从海洋生物源(例如藻类、甲壳类或鱼类衍生材料)获得的蛋白质以得到肽一直到单个氨基酸的广泛的阵列——取决于所用的酶和处理条件。

不管发生的反应是水解还是其他形式的酶或微生物处理，混合该反应混合物的各种组分都是必要的。因此，虽然水解是下面讨论的焦点，但本技术考虑和发明本身同样适用于更普遍的酶处理。

WO-A-2004/049818公开了一种用于水解含蛋白质的原材料的设施。该设施包括水解区域，该水解区域包括在其中设有旋转螺旋钻的管道以传送并略微混合反应混合物。应该认识到混合必须以受控的方式进行，以控制酶和原材料之间的接触，同时避免形成乳状液(或最小化乳状液形成的程度)。该过程可以作为连续过程或分批过程运行。

EP-B-0566877公开了用于蛋白质的酶水解的设备，其中水解在设有静态混合元件的管中进行。静态混合元件包括相互嵌套于彼此中的金属或塑料支撑件。然而，由于无法使用EP-B-0566877的设备进行连续反应过程，因此这种设备可能无法执行与WO-A-2004/049818中所述的相同的水解反应或提供与之相同的操作优势、一致性或效率的水平。

因此，需要提供替代的技术用于混合材料，诸如微生物处理设施或酶中的试剂，以及诸如用于生物物质预处理的其他材料，例如在食品的生产中使用的植物和动物材料。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了用于混合和处理材料的旋转滚筒设备，该旋转滚筒设备包括：旋转滚筒，布置成具有滚筒的长度以及滚筒的旋转轴沿水平向延伸；在滚筒上第一点处的入口，用于在混合和/或处理前接收材料；滚筒内的螺旋件，用于将材料混合同时将它们沿滚筒纵向地传送，其中，该螺旋件包括沿滚筒的长度延伸的螺旋形叶片(推进翼)，其中螺旋形叶片的外边缘固定到滚筒的内表面上，使得可以将材料传送并混合在螺旋件叶片的每一转之间分离的体积中；在沿滚筒第二点处的出口，用于在混合和/或处理后排出材料；和多个混合装置，用于随着材料沿螺旋件传送而在材料的各自分离开的体积中促进材料的混合，其中多个混合装置沿螺旋件的叶片间隔开，并且其中对于螺旋件叶片的每一转存在至少一个混合装置。

在此设备的布置下，由于滚筒的旋转、螺旋件的叶片的“推动”以沿滚筒纵向地传送材料，以及还由于添加了沿螺旋件的叶片间隔开的混合装置，使得待混合和处理的材料从入口向出口沿螺旋件的转来行进同时进行混合。与在螺旋件的每个转上不包括额外的混合装置的现有技术装置相比，这可以产生更有效的材料混合和处理。通过沿螺旋件间隔开的放置混合装置，且对于螺旋件的每一转存在至少一个混合装置，从而当材料沿螺旋件传送时混合装置会作用于材料的每个体积上。

该旋转滚筒设备可用于例如酶处理，诸如用于水解蛋白质、甘油三酯、纤维素或几丁质等，以及如上所述的其他类型的处理。可替代地，该旋转滚筒设备可用于其他混合和处理应用，诸如用于在食品或肥料的制备中混合原材料，用于浆状物或浆料产物的制造，用于废物处理中的材料分离等。如果在入口和出口处将滚筒制成气密封的，并任选地设置合适的排气口以释放过量的压力，那么它将适合作为连续式生物反应器用于厌氧消化各种类型的生物质，包括废弃材料诸如来自水产业的污泥和粪肥等。根据旋转速度，它甚至可以用于其他类型的生物培养，例如昆虫幼虫的培养。

螺旋形螺旋件叶片在叶片的每一转之间形成一系列封闭的体积。为了使该设备能够使用流体的原材料，优选地采用水密连接将螺旋件叶片在其外边缘处附接到滚筒的内部表面。在这种布置下，螺旋件叶片形成了一列的封闭的腔室，其中可以处理分离开的批次的材料而不与相邻批次的材料直接接触。有利的是，这允许在不同的腔室中使用不同的反应混合物，例如通过引入额外的反应物，随着沿滚筒的长度而传送材料。正如下面所解释的，这在一些实施例中(如优选的实施方式中)可以通过混合装置来实现。

优选地，螺旋件的每一转具有多个混合装置，例如，可能有足够数量的混合装置使得随着材料沿螺旋件传送至少一个混合装置始终与材料接触。应认识到，在这种类型的旋转螺旋件装置中，混合和传送中的材料在螺旋件的转之间形成的腔室中位于装置基底，且在材料的水平面之上存在顶部空间。为了从混合装置获得最佳效果，有利的做法是始终有混合装置位于材料的水平面之下并和材料接触，使得在任何时期材料均受混合装置的作用。例如，如果在正常使用期间，滚筒内材料的水平面可以近似为由对向90°弧的弦形成的圆的一部分(假设为圆柱形滚筒)，那么如果在螺旋件的叶片的每一转上存在四个等间距的混合装置，那么将始终有混合装置与材料接触。螺旋件的叶片的每一转可以有四个或更多的混合装置，任选地五个或更多，或六个或更多。当在正常使用期间滚筒内材料的水平面预计足够低以至需要装置之间的间距更小时，或者当认为在任何时候都有多于一个混合装置与材料接触是有利的时，可以包括更多数量的混合装置。

混合装置可以包括沿螺旋件间隔开的混合轮叶，且螺旋件的每一转有多个轮叶，布置轮叶以促进待处理材料的混合。多个混合装置中的每个都可以包括混合轮叶，或者可替代地，可以有多种类型的混合装置，其中多个混合装置中只有某些包括混合轮叶。优选地，混合轮叶采用安装到螺旋件动的叶片上的元件的形式，其表面具有比螺旋件叶片的表面更大的攻角。因此，混合轮叶可以包括斜坡表面，该斜坡表面具有比螺旋件叶片的表面更大的攻角。每个混合轮叶可以包括具有同样攻角的相同的斜坡表面，或者可替代地，混合轮叶的斜坡表面的角可以不同，例如对于混合轮叶根据其位置沿螺旋件的叶片的范围具有增加的攻角或减少的攻角。在一种实施例中，混合轮叶的斜坡表面是楔形形状的元件的上表面，楔形形状的元件的下表面与螺旋件叶片的表面相邻且或者附接在其上或与其整体成形，例如其可以通过焊接来附接或与螺旋件叶片在铸造过程中一起形成。可以认为混合轮叶在斜坡表面的开始处具有前边缘，在此处在使用中混合轮叶首先进入螺旋件的两个转之间的体积中存装的材料内，且在斜坡表面的端部处具有后边缘，后边缘离螺旋件叶片最远，后边缘是最后遇到螺旋件内存装的材料的边缘。在使用楔形形状的元件的情况下，则后边缘将是楔形形状的元件的位于离螺旋件叶片的表面最远的点处的顶端。也就是说，前边缘是斜坡表面位于楔形的薄端的端，而后边缘是斜坡表面位于楔形的厚端的端。

楔形形状的元件的后端表面从后边缘延伸到螺旋件叶片，这可以以接近垂直的角度与螺旋件叶片的表面相接，例如垂直的20度以内的角度或垂直的10度以内的角度。后端表面可能以约90度的角度与螺旋件叶片表面相接。可替代地，楔形形状的元件的后端表面可以以大于90度或小于90度的角度与螺旋件叶片的表面相接。楔形形状的元件的后端表面也可以与滚筒的内壁相接，即楔形可以位于螺旋件叶片的外边缘处，与滚筒内壁相邻。在这种情况下，后端表面可以以接近垂直的角度与滚筒的内壁相接，例如垂直的20度以内的角度或垂直的10度以内的角度。后端表面可以以约90度的角度与滚筒内壁相接。

有利的是将混合轮叶安装在螺旋件叶片的表面的外侧部分，即与滚筒的内壁相邻。这意味着混合轮叶将影响螺旋件两转之间的体积中的所有材料的混合，包括在这些材料的最深程度处。混合轮叶可以沿螺旋件叶片的表面从滚筒的内壁向滚筒的旋转中心延伸。混合轮叶可以向旋转中心延伸至与螺旋件叶片相比相同的程度或较少的程度。通常，螺旋件叶片会向滚筒的中心延伸足够远，使得其在螺旋件的转之间的每个体积内存装的材料的水平面之上。这避免了任何与来自相邻转的材料的互混。混合轮叶可以向滚筒的中心延伸至与螺旋件叶片相比较少的程度，例如至所需的程度以保证混合轮叶完全浸没在螺旋件两转之间的体积内存装的材料中。混合轮叶通常将在螺旋件两转之间的体积内的材料的最深部分处发挥最大影响，这是因为此处是材料中较大和较重的元素将聚集的地方。

混合轮叶的高度，即混合叶片从滚筒壁向滚筒中心的范围可以是滚筒内材料的预期水平面的至少30％，例如这一水平面的40％或更高。通常，螺旋件叶片可能不会完全穿过滚筒的宽度延伸，且因此在旋转滚筒的中心可能会有沿螺旋件叶片的中心的孔。下面将更详细地讨论螺旋件叶片的范围。混合轮叶的高度可以是螺旋件叶片高度的至少20％，例如螺旋件叶片高度的至少30％。当混合轮叶与滚筒内存装的材料的最深部分一起时，优选地混合轮叶被完全浸没，且因此混合轮叶的高度可能低于液体的预期水平面，诸如为液体高度的80％或更少。对于这时装置中液体的通常水平面，这可能需要轮叶的高度低于螺旋件叶片高度的70％，任选地低于螺旋件叶片高度的60％。下面将更详细地讨论螺旋件叶片的可能的尺寸。

混合装置可以包括流体入口，用于向螺旋件的转之间的每个体积内的混合物添加流体。流体入口的使用允许材料的比例被调整，例如通过向旋转滚筒内的材料加入稀释剂或额外的试剂。优选地，有足够数量并具有适当间距的流体入口，以允许螺旋件的每一转有一个或多个流体入口。在这种情况下，可以在螺旋件的每一转期间将流体添加到初始原材料中，从而与初始原材料的量相比，所添加流体的量随着混合中的材料沿滚筒纵向地传递而增加。多个混合装置中的每个都可以包括流体入口，或者可替代地，可以有多种类型的混合装置，其中多个混合装置中只有某些包括流体入口。有利地，流体入口可以与混合轮叶结合，任选地，在混合轮叶的表面或边缘处具有打开进入滚筒的流体入口。在一种实施例中，每个混合装置包括具有如上所述的斜坡表面的混合轮叶，且该混合轮叶还在斜坡表面的后边缘，即在斜坡离螺旋件叶片最远的点处有一个或多个流体入口。

设备可以布置为将液体通过流体入口引入滚筒内的材料中，例如添加试剂以改变滚筒内材料的特性。试剂可以是酸、碱、水、有机溶剂或者溶液诸如含有例如盐或缓冲剂的水。设备可以布置为将气体通过流体入口引入滚筒内的材料中，例如引入惰性气体以从处理中的材料中移除氧气和其他活性气体。设备可以包括用于引入滚筒内的流体的源，该源因此包括液体或气体(诸如上述的那些)的储存器。

由流体入口引入的流体可能处于与滚筒内材料的温度相比升高或降低的温度。通过这种方式，由流体入口添加流体既可以促进滚筒内材料的混合，也可以调整其温度。例如，可以加入热水来提高温度以促进滚筒设备的后面部分中或后续处理区域中的酶促反应，或者可以鼓入热气体穿过材料，用于同样的目的。可替代地，可以引入冷水或冷气体来降低温度，例如以使酶促反应停止。

设备可以布置为在压力下向流体入口供应流体，使得流体从流体入口喷出进入滚筒内的材料中。这可以帮助材料混合，并促进可能基于流体的引入而意图发生的任何反应。流体入口可以包括在沿螺旋件叶片相间隔的位置处的流体入口组，并且因此每个混合装置可以包括多种流体入口，多种混合装置围绕螺旋件叶片的范围间隔开。在流体入口与混合轮叶结合的实施例中，则在每个混合轮叶上可以有多种流体入口，诸如沿混合轮叶的斜坡表面的后边缘的多个流体入口。

有利的做法是将设备布置成使得流体通过流体入口进入滚筒的供应是可控的。因此，设备可以包括流体流动控制装置，用于控制通过流体入口的流体的流动速度，并特别是用于允许和阻止流动。例如，设备可以包括阀门，用于控制到每个流体入口或到流体入口组的流动。在这种情况下，优选地，将待设置的控制器布置成当流体入口被浸没在混合中的材料内时允许流动通过流体入口，且当流体入口不在混合中的材料内时阻止流动。因此，当流体入口处于滚筒的旋转中的它们的低点处，并在滚筒内混合中的材料的水平面之内时，将使其流动，而当流体入口处于滚筒的旋转期间的较高点，当它们在混合中的材料的水平面之上时，流动将不被允许。在一种实施例中，控制器与传感器相联接，允许对滚筒的旋转进行监视，使得仅当流体入口处于期望浸没在待混合的材料内的位置时才允许流体入口供应流体。可替代地或额外地，控制器可以包括位于滚筒内材料的期望水平面附近的开关装置，使得伴随着各个流体入口通过开关装置以及进入或离开滚筒基底的材料各个流体入口会被激活和停用。

每个流体入口都可以连接到管道系统，用于从流体源向流体入口供应流体。有利地，这种管道系统可以位于接近滚筒的中心，从而将管道系统与在滚筒内处于混合中的材料接触的风险最小化。这可能导致管道系统或滚筒内混合物的腐蚀或污染。可替代地，管道系统可以在滚筒的外部，并任选地可以通过穿过螺旋件叶片的本体内部连接到混合装置，从而避免与滚筒内材料的任何接触。优选地，允许流体通道从流体源进入滚筒的连接部位于旋转滚筒的中心，例如位于滚筒的一端或两端处。通过这种方式，流体可以通过塔式连接部来传递，允许相对旋转，但不需要处理连接部的两部分的平移移动。

可替代地或额外地，混合装置可以包括以下中的一种或多种：在滚筒的壁中的脊或勺状体、轮叶、桨，附接到滚筒或螺旋件叶片上的具有被动或主动移动的移动部件(例如转子)，和/或其他静态或动态混合装置。

螺旋件叶片是螺旋式螺旋件叶片，并因此描述了沿旋转滚筒内部的螺线。螺旋件叶片可以沿滚筒的长度具有恒定的间距，或者螺旋件叶片在入口和出口之间的间距可以有变化。在一种实施例中，螺旋件叶片的间距可以在入口和出口之间增加，使得出口处有比入口处更大的间距。这意味着，在螺旋件叶片的转之间形成的腔室的体积将从入口至出口增加，并且这可以有利地用于补偿随着材料沿滚筒传递而添加到滚筒内材料的流体。

如上所述，优选地，螺旋件叶片从滚筒的外壁的内表面向滚筒的中心延伸，但不完全充满滚筒，即沿滚筒的中心具有开口。这可以允许进行维护以及在生产过程期间进行维护，同时也使得装置的清洗更加容易，这是由于有较少的完全封闭的腔室。螺旋件叶片可以从滚筒壁向内延伸滚筒半径的至少50％，例如滚筒半径的至少60％或约70％。上文已经讨论了混合轮叶的尺寸相对于螺旋件叶片的尺寸。螺旋件叶片的相邻转之间形成的体积可以对位于滚筒中心的孔开放，或者可替代地这些体积可以是封闭的，例如通过将沿滚筒中心的圆柱体，其中该圆柱体固定到螺旋件叶片的内边缘，优选地以水密封的方式。这可以允许存装更大体积的材料，而不会有体积在螺旋件叶片的相邻转之间溢出的风险，以及允许更小的顶部空间和潜在地更大的对顶部空间内气氛的控制。例如，顶部空间可以包括低氧或惰性气氛。

到旋转滚筒的入口和从旋转滚筒的出口可以位于滚筒的纵向端。入口可以包括在滚筒的入口端处的开口，入口管道穿过开口并允许将材料进料到螺旋件的第一和第二转之间形成的腔室中。如果螺旋件叶片在滚筒中心处具有足够大的开口，那么可以将材料从入口进料，而不需要修改螺旋件叶片形状。优选地，滚筒的端的外部部分是封闭的，使得进料到滚筒内的材料不能从滚筒的入口端流出。因此，在圆柱形滚筒的情况下，滚筒的入口端可以包括封闭的外部部分，具有开放的内部部分，因此在圆柱的端上采用圆盘的形式，在圆盘的中心具有孔。中心孔可以接收入口管道，也可以接收用于供应流体到被包括作为混合装置的一部分的流体入口的管道系统。

出口可以包括在滚筒的出口端处的开口，例如滚筒的出口端可以完全地打开。这使得滚筒内的材料一旦从螺旋件叶片的最后一转传递出就离开滚筒。出口可以包括料斗或类似物以接收离开滚筒的材料，并引导材料到下一处理阶段。例如，这可以是酶处理的进一步阶段，或者可替代地，如果离开滚筒的材料是最终产物，那么下一阶段可能是产物的包装。由于滚筒中的材料通过螺旋件叶片传送，因而螺旋形螺旋件叶片的几何结构意味着如果仅仅使叶片终止而不对螺旋件叶片的最后(一个或多个)转的形式进行任何修改，那么材料将不会连续地流出滚筒，而是流率(流动率，流量，流速)将波动。这种不均匀的流动在某些情况下可能不是问题，因为有可能使用料斗或类似物作为缓冲区来聚集材料，并确保可以将连续的流动传递到下一处理阶段。然而，在某些情况下，需要从滚筒的出口提供更均匀的流率。

为了从滚筒的出口提供更均匀的流率，则滚筒和/或螺旋件叶片可以在螺旋件叶片的最后(一个或多个)转中设置出口特征。可以朝向出口端减小螺旋件叶片的尺寸，以允许材料的流动溢出叶片，并因此更均匀地离开滚筒。但是对于材料是非均相的，并例如包括液体物质以及固体颗粒诸如骨，那么这可能导致液体物质均匀地离开滚筒，而固体颗粒将向滚筒的下部部分沉降并因此不会溢出叶片，仍将以不均匀的速度离开。

可替代的方法是使螺旋件叶片的最终转中的滚筒的壁中和/或螺旋件叶片的表面中包括孔，以减少流率的波动。滚筒壁中的孔可能需要复杂的布置以接到来自出口的流，但可能有利于相对非粘性和均相的材料。也可能的是使用滚筒壁中的孔将液体和较小颗粒分开，而较大颗粒从滚筒的端处离开滚筒。通过这种方式旋转滚筒就可以用作分离器。

在一种实施例中，孔设置有通过螺旋件叶片的最终转的开口，以便提供在叶片的最终转和倒数第二转之间形成的体积与旋转滚筒的出口端之间的流体连通。这些孔可以位于接近滚筒壁的螺旋件叶片的外周长处和/或在横穿螺旋件叶片宽度上的间隔开的位置处。例如，可以将这些孔放置在间隔开的位置，覆盖螺旋件叶片的程度与混合轮叶的程度相似。在螺旋件叶片中使用孔可以使流率均匀，同时也确保材料的所有部分都有均匀的流动，即使有例如液体和固体物质的非均相混合物。这是由于接近螺旋件叶片外侧的孔，即最靠近滚筒壁的孔，将允许在重力作用下已沉降的颗粒通过，也允许较小的颗粒和液体通过。当旋转滚筒旨在使用包括固体颗粒的材料时，则应根据颗粒的尺寸设置孔的尺寸，以避免不需要的孔的堵塞。

这些孔可以具有可调整的尺寸，例如使用滑动板或可更换板。这可以允许旋转滚筒适应材料的不同体积、固体颗粒的不同尺寸和混合材料的不同特性，诸如固体/液体比、粘度等。

优选地，孔的总面积应足以允许叶片的最终转和倒数第二转之间形成的腔室中的所有材料都在滚筒的一转中通过螺旋件叶片的最终转而向滚筒的出口端流出。这将允许材料以均匀的流率从滚筒的出口流出。对于典型的应用，这可以通过使滚筒中的材料的预期水平面之下的孔的总面积在40-200cm²的范围内来实现，其可以大致等同于围绕在螺旋件叶片的最终转的圆周上间隔开的180-850cm²的孔，假设最终转开放滚筒90°的周长，并且因此孔遍布在270°的周长上。这类孔的总尺寸可以适用的情况是，滚筒直径在1m至5m的范围内，且整体流率在滚筒每次旋转1000升至6000升的范围内，即螺旋件叶片的每一对转之间存装1000升至6000升体积的材料。

应该理解的是，对滚筒的长和滚筒的旋转轴的水平程度的要求是为了让滚筒内的材料将在重力的作用下聚集在滚筒的下部，以便从而使螺旋件叶片的作用能够沿滚筒的长传送材料，同时也连同混合装置来混合材料。没有必要使滚筒的长和滚筒的旋转轴完全水平，而是需要它们在水平方向延伸。因此，滚筒可以设置在斜面上，以便也在滚筒内竖直向上或向下以及水平地传送材料，前提是斜面倾斜没有大到材料会溢出螺旋件叶片。例如，斜面可以在水平的20度以内。通过这种方式，旋转滚筒设备可以以类似阿基米德螺旋的方式使用，从而竖直地和水平地传送材料以及混合该材料。在滚筒的入口高于滚筒的出口的情况下，那么滚筒中材料的重量可以用来帮助滚筒的旋转。有利地，这可能允许减少用于滚筒旋转的马达或其他驱动装置上的负载。使滚筒的入口高于滚筒的出口可能有助于在重力的影响下通过混合装置中的流体入口添加流体。

旋转滚筒设备可以包括用于推动滚筒旋转的驱动装置，例如通过适当的传动装置附接到滚筒上的马达。旋转滚筒设备可以包括用于保持滚筒并允许滚筒旋转的支撑物，例如合并轴承的支撑物。旋转滚筒可以由支撑其外表面的滚子轴承保持，或者可替代地旋转滚筒可以通过期刊轴承(轴颈轴承)等上报道的轴保持。

有利地，旋转滚筒的主要本体可以为圆柱形形状，但应该理解可以使用其他管形。通常，外周长是圆形时制造简单，且可以容易地被支持用于旋转，例如通过滚子轴承支撑滚筒本身的外表面。圆形滚筒还减少了旋转过程中滚筒本身内部的湍流，且这可有利于某些类型的处理。可替代地，可以使用非圆形滚筒，例如六角形或八角形棱柱。非圆形滚筒在需要较大程度的湍流时的混合方面可能具有优势。

在一种实施例中，布置滚筒以提供每小时5m³或以上的处理容量，例如约每小时7m³，或在其他情况下约每小时30m³或以上。滚筒的直径可以为至少2m，例如2.5m至3.5m。可以将旋转滚筒布置为使得沿滚筒的范围传递原材料所需的时间为至少15分钟，或至少20分钟，例如所需的时间可能为约一小时或更长。这允许为反应发生和/或试剂与所有原材料接触提供了足够的时间。滚筒在入口和出口之间的长度可以为例如3m或更多，例如5.5m或10m以上。入口和出口可以位于滚筒的端处。可以将滚筒的直径、滚筒的长度和滚筒的旋转速度设置成使得提供如上所述的处理容量。

在一种实施例中，滚筒的长度为11.75m，滚筒的直径为3.5m，螺旋件叶片从外壁向滚筒中心延伸1.25m，且混合轮叶的高度为0.5m。在这个实施例中，螺旋件叶片的每一转有五个混合轮叶，并且可有五个流体入口沿混合轮叶的后边缘的范围间隔开。可以操作这类滚筒以每小时可以处理约30m³的材料，以15吨原材料和15吨水的形式，且从入口到出口的传送时间为约1小时。

本发明的第二方面提供了混合和/或处理材料的方法，任选地用于有机分子的酶处理，优选地以连续流过程，该方法包括：将需要混合和/或处理的材料通过在滚筒上第一点处的入口进料到旋转滚筒中，将旋转滚筒布置成滚筒的长和滚筒的旋转轴沿水平向延伸；旋转滚筒并从而将材料混合同时将它们沿滚筒纵向地传送，这使用滚筒内的螺旋件，其中，该螺旋件包括沿滚筒的长度延伸的螺旋形叶片，螺旋形叶片的外边缘固定在滚筒的内表面上，使得可以在螺旋件的每一转之间分离的体积中将材料传送并混合；以及在混合和/或处理后将材料从沿滚筒第二点处的出口排出；其中，旋转滚筒合并有多个混合装置，用于随着材料沿螺旋件传送而在材料的各个分离的体积中促进材料的混合，其中多个混合装置沿螺旋件的叶片间隔开，并且其中对于螺旋件的每一转存在至少一个混合装置。

例如，该方法可以是用于水解，诸如用于酶处理的混合和/或处理材料的方法。可替代地，该方法可以用于其他混合和处理应用，如上所述。该方法可以包括使用具有如上所述与第一方面相关的任何或所有特征的旋转滚筒。特别地，该方法可以包括使用如上所述的混合装置，其可以是如上所述的混合轮叶和/或流体入口。该方法可以包括在螺旋件的相邻转之间的每个体积中处理分离批次的材料。

在使用流体入口作为一些或全部混合装置时，则该方法可以包括将流体引入材料，例如如上所述地引入液体或气体。该方法可以包括通过引入高温或低温下的流体来加热或冷却滚筒内的材料。

该方法可以包括控制通过流体入口的流体的供应，使得仅当流体入口浸没在滚筒内的材料中时才供应流体。这可以使用如上所述的特征来实现，例如通过根据相应的流体入口在滚筒中的位置控制流体的流动。

上述旋转滚筒设备或方法可以用作酶处理设施的一部分或用在酶处理方法中，优选地作为连续流过程的一部分，或可替代地作为非连续间歇(分批)流过程的一部分。酶处理可以是酶水解。所提及的连续流过程旨在涵盖这样的过程，其中通过处理设施的流发生在单程中，没有重复的回路或分批的处理，伴随反应混合物连续地进入处理设施且反应的产物连续地离开处理设施。根据反应性质，可以进一步在整个过程中途连续地添加原材料，和/或在整个过程中途连续地移除产物，例如可以通过分离器等连续地移除油溶性组分等等。当然应当理解的是，所提出的设备中的流体引入系统的任选的特征可以有利地用于在处理原材料期间进一步添加流体原材料，例如通过在水解过程期间添加水。

酶处理设施可以包括酶处理设施，优选地基于连续流的酶处理设施，用于有机分子的酶处理，包括：一个或多个酶处理区域，其中(一个或多个)酶处理区域包括如上所述的旋转滚筒设备，和任选地具有反复变化的中线和/或反复变化的截面的湍流生成管道，用于随着混合物流过酶处理区域生成湍流以混合反应混合物并防止颗粒沉降，并且其中，酶处理设施和酶处理区域布置成使得反应混合物在旋转滚筒和/或湍流生成管道的酶处理区域内受到湍流和/或混合的反应时间为15分钟或以上。

本发明的任选的特征也延伸到等效的方法，即有机分子的酶处理方法，优选地基于连续流，包括：将反应混合物传递通过包括如上所述的旋转滚筒设备的(一个或多个)酶处理区域，并任选地通过湍流生成管道，该湍流生成管道具有反复变化的中线和/或反复变化的截面，由湍流生成管道生成的湍流用于随着混合物流过湍流生成管道来混合反应混合物并防止颗粒沉降，其中，反应混合物在旋转滚筒设备和/或湍流生成管道内受到湍流和/或混合的反应时间为15分钟或以上。

在某些情况下，如上所述的旋转滚筒将比湍流生成管道的表现得更好，例如，当待处理的材料具有较大的固体颗粒、较高的粒度、较少的液体含量和/或较高的粘度时。在某些情况下，旋转滚筒还可以提供增加的容量和更高的吞吐量。但在其他情况下，由于湍流生成管道没有移动部件且可以生成具有减小的剪切力的湍流，所以湍流生成管道可具有优势。可以设想两种类型的装置的组合，或能够通过从不同类型的装置中进行选择来建立处理设施的能力将提供优势，通过允许在过程的给定阶段针对最有效的处理作出最佳选择。

通过使用具有反复变化的中线和/或反复变化的截面的湍流生成管道就可以生成湍流，而无需具有移动部件的混合机构或EP-B-0566877中所示类型的静态混合元件。与现有技术中的搅拌或静态混合器相比，通过管道中的湍流来混合具有重要的优势；混合力遍布整个体积。这既减少了应力集中，也减少了不良混合区的形成。

此外，诸如EP-B-0566877中的那些在流管道中使用混合元件的现有技术，或甚至如US 4126517中使用波纹(皱起的)管道系统的现有技术，均不允许非均相生物基质连续流动同时保持长时间段的完全混合而没有固体颗粒的沉降或堵塞。允许长反应时间是重要的，反应时间至少为15分钟并优选地更长，例如20分钟或更长、30分钟或更长、或甚至更长的反应时间，如下文所述。反应时间可以通过缓慢的流率与足够长度的管道系统的结合来实现，同样如下文所述。对于连续流过程中所需的反应时间，上文提到的现有技术中的流率过快且管道系统过短。

通过湍流生成管的湍流流动和/或旋转滚筒设备内的混合的结果是，反应混合物通过该过程被混合并保持为均相混合物。湍流还降低了沉降的风险。根据原料的实际颗粒组成和流速，则湍流可以完全地阻止反应混合物的较重相沉降。

虽然一定程度的湍流对于混合反应混合物是重要的，但减少(并且理想地最小化)管道中剪切力的生成也是所期望的。剪切力是由于流体速度过高引起的，且能促使不期望的乳状液产生。

在酶处理系统(例如，蛋白质/脂质混合物的水解)中，避免或减少乳状液的形成是重要的考虑因素。乳状液阻断了酶接近包围在乳状液中的部分原料，并因此降低了酶处理的效率。此外，乳状液的问题会延伸到分离阶段。在乳状液中，脂质可能与水溶性组分诸如肽材料紧密关联，而机械分离器无法将其分离。因此结果可以是分离不良，例如，在蛋白质相中有脂质和/或在脂质相中有蛋白质。乳状液可以在稍后阶段经由过滤去除，但仍不能将乳化组分恢复或回收并与未乳化部分结合。也就是说，没有特定的装备，就不可能将水溶性组分从乳状液中分离以将它们与非乳化水溶性部分重新结合，并且也不可能将脂质和脂溶性组分从乳状液中分离以将它们与非乳化脂质和脂溶性部分重新结合。

从前述将意识到，挑战在于获得反应混合物的良好混合而不产生乳状液。此外，需要要求最小流速以防止固体颗粒堵塞管道。与现有技术的静态混合器等相比，所提出的使用反复变化的中线和/或截面的湍流生成管道能够在较低的流速下生成湍流，并具有减小的剪切应力。通过将这种类型的具有长反应时间的管道与连续流过程结合，就有可能有效地进行酶处理，这既不是现有技术可做到的，也不要求复杂且清洗困难的装备，其通常局限于分批次处理。

湍流生成管道可以是管、软管或诸如此类。它可以是刚性的或挠性的。酶处理区域可以由单个管道组成，使得反应时间完全发生在一个湍流生成管道内。可替代地，酶处理区域可以由多种耦接在一起的湍流生成管道组成。在下面的讨论中，所通常讨论的管道像是单个管道，但应该认为这也包括多种耦接在一起的管道，例如在截面和/或中线上具有相似变化的多种相似的区段以产生所需的湍流。

实施例实现方式可以包括提供堆叠的、盘绕的和/或嵌套的具有湍流生成元件的管道系统的布置，以便允许在相对小的空间中容纳相当长度的管道。例如，可以有一系列相互连接的水平层，优选地具有向下的流，即向下面层。

湍流生成管道中(例如波纹管道中)的低流体速度的湍流可能是由于截面面积的变化造成的。当流体流过膨胀区时，在壁上产生负压力。压力梯度在流动模式中形成随机干扰，类似于光滑管道中的湍流。具有相同的机制，即使当截面面积恒定，但管道具有弯曲、有改变形状的截面或具有螺旋形形状，因为沿壁流动的流体会沿着路径经历膨胀。

与等直径的光滑直管道相比，当使用湍流生成管道时可以以较低的流体速度生成湍流。由于流动阻力与流体速度的二次方成成比例，因此在较低流体速度下的湍流的可行性会实现能量的显著节省。与等直径的光滑管道相比，湍流生成管道的特性可以导致一些额外的流动阻力，但不足以抵消能够以较低的运行速度运行所带来的节省。此外，对于给定的水解时间，较低的速度会给予较短的管额外的实际优势。

与没有所要求的反复变化的中线和/或截面积的管道相比，湍流生成管道可以更容易地布置以产生湍流。方便起见，可以参考临界雷诺数来定义管道的湍流生成能力，高于临界雷诺数就存在湍流流动。在简化模型中(流体流经具有恒定圆形截面和恒定流体性质的直管道)，管道内的湍流可以由无量纲的雷诺数Re来量化，雷诺数定义为：

方程1

这里，v是流体的平均速度，ρ是流体的密度，D是管道的直径，μ是流体的粘度。雷诺数可以解释为惯性力与粘性力的比。应认识到，随着粘度增加或密度降低，则流动速度必须增加以维持流动的雷诺数的规定水平。因此，对于不同的原料，在相同的管道几何结构下可能需要不同的流动速度来实现湍流，或者可替代地，可以使用相同的流动速度，如果调整管道的几何结构，增加湍流生成特征的严重度。

对于具有恒定圆形截面的直管，认为高于2300的雷诺数时的流动是湍流。对于本文所述的湍流生成管道，从层流到湍流流动的转变发生在较低的雷诺数。

平衡不同的要求，例如需要湍流流动和足够的拖曳力以避免沉降，但同时需要尽可能慢的速度以减少能量消耗和管长度，给出了优选的雷诺数范围。优选地，在雷诺数小于1000时，任选地在雷诺数小于800时，以及任选地在雷诺数小于600时，湍流生成管道内反应混合物的流动是湍流。因此，湍流生成管道可以布置成总是产生湍流流动，当流动具有高于转变值的雷诺数时，该转变值小于1000，任选地小于800的雷诺数，并任选地小于600的雷诺数。也就是说，对于优选的管道，低于转变值时才可能为层流流动，该转变值小于1000，任选地小于800，并任选地小于600。

为了避免反应混合物中的固体、缓慢移动的、重的颗粒堵塞湍流生成管道，有最小流速是必要的。这可以通过考虑固体颗粒由于太重而不能跟随湍流流动的波动并从而在流内减缓的情况来理解。为了移动固体通过管道，流体作用于颗粒上的平均拖曳力必须足够大。在实施例实现方式中，可以将设施布置为在流速小于2m/s、任选地小于1m/s并任选地小于0.5m/s的情况下操作。

选择湍流生成管道的平均直径和反应混合物的流率，以实现足够的湍流和足够的运行速度，但避免乳状液的形成。

应认识到，具体的直径、流率和处理时间将需要根据若干因素进行调整，若干因素包括原料的组成和待处理的特定的反应混合物，以及所需的最终产物。

处理时间为至少15分钟，并可能为至少20分钟。通常，处理时间(即反应混合物穿过酶处理区域所需的时间)将在90分钟和30分钟之间，更优选地在80分钟和40分钟之间，且最优选地为50分钟左右。当然，处理时间可能当然会根据所涉及的特定反应而有所不同，包括的因素诸如所使用的原料的组成、酶的效率和浓度、温度、pH、离子状态和流率。

湍流生成管道的长度可以由所需流率和处理时间来计算。虽然所需的总处理时间将决定总的管长度，在某些情况下可能需要将管(即处理区域)划分为一系列具有或不具有干预(介入)泵送机制的两个或更多个连续的隔间，以调整反应条件，诸如温度、pH和离子状态或基质速度，或者仅为了适应在给定的安装空间中的管道的流动长度。

湍流生成管道(相连的管道系列)的长度可以为至少50m，任选地至少100m。从下文讨论的实施例可以明显看出，长度可以比这长得多。所提出的布置的本质是使得它允许灵活地用额外的管道系统等来增加处理阶段，且它能够在单个连续过程中适应非常长的反应时间。

截面是垂直于主要流动方向的断面。“变化的截面”是指沿主要流动方向(即沿管道的范围(长度))具有变化的面积、变化的形状或同时具有变化的形状和变化的面积的截面。

在当前的上下文中，“反复变化”意为湍流生成管道在沿管道的一个位置具有第一配置(截面和/或中线)，并在沿管道的第二位置具有第二配置(截面和/或中线)，且湍流生成管道沿管道的长反复地从一个配置到第二个配置之间来回切换。因此，在概念上可以认为湍流生成管道包括许多连在一起的重复单元。

重复单元的数量通常大于10，更优选地大于20，最优选地大于50。重复单元的频率可以在每米5至200的范围内，更优选地为每米10至100。更优选地，重复单元的频率可以在每米25至75的范围内，且最优选地在每米40至60的范围内。

重复单元的特性可以依据它们的深度(e)和宽度(p)来限定。重复单元的宽度p(或间隔或间距)是重复单元上的一个点与下一个重复单元上的相应点之间的距离(类似于波的波长)。深度e是重复单元最外层点的切线和重复单元最内层点的切线之间的垂直距离。

湍流生成管道的p/e比优选地大于0.5，更优选地大于1，且最优选地大于2。湍流生成管道的p/e比优选地小于50，更优选地小于25，且最优选地小于10。湍流生成管道的p/e比优选地在3至6的范围内。

如上所述，截面面积可以反复地变化。例如，截面可以沿管道的长减小，然后增加，然后再减小(即管道可以收缩、扩大和收缩)，等等。截面可以维持截面形状同时周期性地改变截面面积，即管道可以是波纹管道。

在湍流生成管道具有变化的截面面积处，最大截面面积和最小截面面积之间的差异可以在平均截面面积的20％和3％之间，更优选地在平均截面面积的15％和5％之间，且最优选地为平均截面面积的约10％。

可替代地，或另外，截面的形状可以反复地变化。例如，截面可以沿管道的长从圆形变成椭圆形到圆形，等等。截面也可以使用其他形状，诸如多边形形状、鲁洛多边形(Reuleaux polygon)、类椭圆形(卵形)诸如卡西尼类椭圆形(Cassini ovals)、星形形状等等。优选地截面没有任何尖锐的角，特别是阴角。截面可以维持相同的截面面积同时周期性地改变形状。可替代地，截面面积也可以变化。

中线是沿管道的长穿过截面的几何中心的连续线。在本申请的上下文中，不变的中线是指其中管道任一端处的截面的中心由直线连接起来的那个。其中中线不遵循这样的直线的那个为变化的中线。因此，管道可以有多种重复的弯曲。管道可以呈螺旋形形状，使得中线是螺旋线。

一些或全部弯曲可以是90°或更大的弯曲，例如180°的弯曲，以使管道向后和向前运行通过安装空间。优选地，具有大半径的弯曲(优选地具有曲率半径大于管道直径的2倍、管道直径的4倍或管道直径的6倍或更大)。使用如此大半径的弯曲减少了管道内的压力损失，也因此减少了堵塞的风险。然而，大半径的弯曲增加了安装的体积。技术人员将认识到，可以在考虑了可用安装空间之后对弯曲的曲率半径进行选择。因此，与位于大工厂中的类似系统相比，在小空间中(例如，在船上)的弯曲可能需要具有较小的曲率半径。

如果压力损失和堵塞不是主要问题，则也可以使用较急剧的弯曲。在实践中，这可以用于没有大固体颗粒(这样就没有堵塞的危险)和低流速(其引起低的压力损失)的流体。

通常，湍流生成管道的平均直径将在20mm至200mm的范围内，并优选地在40mm至100mm的范围内，最优选地在50mm至90mm的范围内。例如，湍流生成管道的平均直径可以为约60mm或约80mm。

如果管道具有螺旋形形状(使得中线是螺旋线)，那么螺旋形中线的间距应优选地在10mm至100mm的范围内，更优选地在13mm至40mm的范围内，最优选地在17mm至25mm的范围内。

提供螺旋形湍流生成管道，不仅导致在反应混合物内生成湍流流动，也允许在较小的空间内配合更长流动长度的湍流生成管道。在这里，流动长度是由流动通过螺旋形湍流生成管道所穿过的长度，即如果将螺旋线非缠绕并将管道拉直时管道的长度。

光滑和/或直的管道的区段可以在湍流生成管道的区段之前或之后，或者可以与管的弯曲相连接使用。与等长度的湍流生成管道相比，光滑、直的管道呈现出较小的对流动的阻力，并因此压力损失减小。如果提供光滑管道，则光滑管道的长度应该足够小，使得反应混合物在穿过光滑管道的同时没有时间分离出。

如果湍流生成管道是波纹管道则是特别有利的，并因此优选的布置使用波纹管道。

波纹管道是在其表面上有一系列平行的脊和凹槽(交替的脊和谷)的管道、管或软管等，其中脊和凹槽导致沿管道的长变化的截面形状和/或变化的截面面积。凹槽和脊可以以圆周的(环形)模式形成或以围绕管道的螺旋形模式(盘旋的)沿管道的长运行。螺旋形模式可以具有单开头、双开头或多开头。波纹模式形成了用于湍流生成管道的重复单元。

脊和谷可以具有(近似)相同的形状(也就是说，谷是脊的镜像，或近似镜像)。波纹的形状可以是，或者可以近似是正弦波。在可替代的优选的实施方式中，波纹的形状(在截面中看)可以类似于多个类椭圆形的形状(例如，类椭圆形、圆形或椭圆形)的扇形周长连接在一起。

优选地，凹槽和脊应在湍流生成管道的内部没有尖锐的角，例如角优选具有的半径为至少3mm或以上，更优选地为6mm或以上。优选地，应在湍流生成管道的内部相邻表面或平面之间没有尖锐的交叉的情况下形成凹槽和脊，优选地没有比90度更尖锐的交叉。

波纹管道可以是直的，可以以螺旋形状形成(如上涉及第一或第二方面所述)，或者可以具有多种重复弯曲(如上涉及第一或第二方面所述)。

如果波纹管道具有多种弯曲或以螺旋形状形成，则弯曲或螺旋形状可以用于进一步促进波纹管道内湍流的生成，或可以用于以便在安装空间中可以提供波纹管道的更大流动长度(如上涉及第一或第二方面所述)。波纹管道可以以紧密的螺旋(例如，类似于盘绕弹簧(盘簧)的形状)形成。这可以允许在安装空间中可以提供波纹管道的较大的流动长度。螺旋可以是基本水平的(即盘绕轴是基本水平的)，或者基本竖直的(即盘绕轴是基本竖直的)。当然，螺旋可以以竖直和水平之间的任何取向来提供。

湍流生成管道应由合适的耐腐蚀材料制成，且可以例如由不锈钢制成。在优选的实施方式中，管道可以由食品级耐酸性不锈钢制成，例如合适的钼合金化的不锈钢，诸如ANSI 316。

湍流生成管道可以包括附着在管道内表面的固定化的酶的层。在这种情况下，优选地，将固定化的酶的层设置在系统中位于固体组分从流中分离出来的点的下游的点，使得通过可以包括固定化的酶的层的湍流生成管道的流主要是液体的流。

当酶处理开始时，管道内的粘度可以变化，且需要将整个处理区域划分成具有不同直径的连续的管隔间，以便维持足够的湍流混合和拖曳力。因此，约30分钟至一小时(例如)的第一酶处理阶段可意味着流动特性的变化。这可以通过对于酶处理的不同阶段具有不同的设计和相应的流速变化的湍流生成管道来考虑。

由上述将认识到，所提出的酶处理提供了具有极少移动部分的简单的系统，以适应通常用于生物材料的工业规模酶处理(例如水解处理)的反应时间。因此，该系统与布置为处理相当量的反应混合物的现有技术系统相比，可以具有更低的重量，使其可适用于较重系统不可接受的额外的应用。该系统还可以比具有动态或静态混合部件的现有技术系统更容易清洗。

酶处理设施可以包括将水、原材料和酶共混的混合单元，其与酶处理区域的输入相连通。相应地，酶处理方法可以包括先于酶处理的预混合反应混合物的步骤。

混合单元可以采用储存器的形式，原材料、水和酶在其中结合。提供混合单元是有利的，因为反应混合物在到达酶处理区域时就已经被粗混合了(即预混合，或部分混合)。这缩短了酶处理所必需的时间段，允许湍流生成管道的长度更小(对于给定的流速)，这是与提供未混合状态的原材料、酶和水进入酶处理区域的情况相比。因此，该设施更适合在封闭空间中使用，例如在船诸如渔船中。

混合单元可以是密封的(即不是开放罐)，且预混合可以在密封的气氛中进行。这减少了暴露到原料的氧气量，并且从而减少了原料中组分的不利氧化。优选地，混合罐没有任何显著的顶部空间。

酶处理设施可以包括湍流生成管道的第一区段，初级酶处理(其中酶催化第一化学反应)在其中发生，并可以进一步包括湍流生成管道的第二部分，其被配置成接收新的酶的流，新的酶能够催化不同于第一化学反应的第二化学反应。第二化学反应可以涉及与第一反应所涉及的不同的反应混合物组分。此外，不同的处理阶段可以使用不同类型的酶。

例如，第一水解阶段可以处置原料中的蛋白质组分。在此阶段之后，可以将油溶性部分从反应混合物中分离，并可以随后用脂酶来处置。

第二化学反应可以涉及初级酶处理的产物。一实例中，第二水解阶段使用其他的蛋白酶处置来自之前第一阶段(用蛋白酶处置)的水溶性部分。

任何从一种酶处理到另一种酶处理的转变都可以通过调整反应条件诸如温度、pH和离子状态等来实现。可以设置注入点，在注入点处能调整反应混合物的特性，例如pH或离子强度。另外，注入点可以允许引入水。在酶是水溶性的(而不是油溶性的)但待处理的部分是油基的情况下，这是必要的。为了使酶作用于油基部分，可以形成悬浮液，允许酶与油基部分之间有接触。

作为一实例，第一水解阶段可以利用肽链内切酶的碱性蛋白酶(alcalase)(诺维信(Novozymes))，其当pH在约6.5至8.5的范围内时效果最好，而第二水解阶段可以利用酸性蛋白酶A(天野酶公司(Amano Enzyme Inc.))，其当pH为2.5时效果最好。因此，第一水解阶段在接近中性pH下进行，而第二水解阶段在酸性条件下进行。

在每个区段中，可以同时使用一种或多种酶。例如，在一些实施方式中，在初级酶处理期间并可替代地或任选地也在随后的酶处理阶段中，可以将蛋白酶与其它酶一起使用，其它酶诸如例如脂酶和/或糖酶。

酶处理设施可以包括湍流生成管道的区段，其被配置为加热至一定温度，使得使用中酶被热灭活(失活或变性)。例如，当处理鱼类材料时，通常使用在55℃下最佳操作的蛋白酶的酶。通过提高温度至约95℃可以将这类特定的蛋白酶灭活。然而，在使用另一种酶处置之前使酶失活不是必须的。

从上述讨论中将认识到，酶处理中没有移动部分的单管，可以在多种温度下进行酶处理对于所提出的布置是显著的优势。管道的温度可以借助任何合适的热交换器来控制和调整。例如，管道可以被热交换流体包围，伴随热交换流体流过管道并且/或者加热或冷却，以便在管道内的酶处理区域内提供所需的温度。可以使用管中管式(套管式，tube-in-tube)热交换器。热交换流体可以例如为蒸气或水。

可以选择相应区段的长度，以便在每个区段中提供必要的处理时间。

酶处理设施可以包括分离器系统。例如，分离器系统可以可操作地用于从脂质中分离水溶性组分。分离器系统可以包括三相倾析器，可操作地用于输出油(脂质和油溶性组分)的流、水溶性组分的流和沉淀的流。分离器系统可以包括一个或多个离心机，以进一步分离油溶性流中的组分和/或水溶性流中的组分。分离器系统还可以包括一个或多个过滤器(例如分子筛或机械过滤器)。

原料可以包括油基组分，诸如鱼油、鱼肝油、哺乳动物油(例如海豹)、甲壳类动物油(例如磷虾)和软体动物油(例如鱿鱼)，以及存在于海洋和淡水藻类、酵母或油籽中的油。

酶处理设施可以设有另一区段的湍流生成管道，被配置成接收来自初级处理的输出，例如脂质流和添加修改脂质的脂肪酶。

酶处理设施可以设有终端过滤器(抛光机，polisher)，用于净化油基组分。

酶处理设施可以设有分离系统和干燥器，用于分离并干燥反应混合物的固体组分。例如，固体组分可以是不溶性蛋白质、骨(包括蛋白质和/或矿物质)、甲壳类动物的壳(包括碳水化合物和/或几丁质)。

一些形式的分离系统(例如过滤器)可以用于从剩余的固体组分中分离不溶性蛋白质。然后，不溶性蛋白质和剩余的固体组分可以随后分离地处置(例如，在进一步的酶处理阶段)。

系统中存在的任何乳化组分都可以使用过滤器从主流分离，且也可以包括在固体部分中而在干燥器中干燥。

例如，当原料包含鱼类材料时，至少一些固体组分(其也可能包括乳化组分)可以被干燥以形成骨粉或鱼粉，例如，其可以用于诸如动物饲料或肥料的产物中。

酶处理设施可以设有另一区段的湍流生成管道，其被配置为接收至少一些固体组分和在酶处理步骤中用于处置固体组分的酶。例如，当处理甲壳类动物诸如磷虾时，固体组分将包括几丁质(来自甲壳类动物的壳)。几丁质可以用几丁质酶在酶水解步骤中处置。

因此，上述酶处理设施的组成部分可以作为模块化系统提供，即具有多种阶段或多种步骤的系统。这样的系统可以配置成输出许多不同的产物。在这种模块化系统中，湍流生成管道的提供尽管具有优势但并不视为是必要的。有利地，上述湍流生成管道和/或旋转滚筒设备，以及更广泛地酶处理区域可以作为以下方面所述的酶处理区域被包括在内。

因此，本发明的另一方面提供了制造用于酶处理反应混合物的模块化酶处理设施的方法，该方法包括确定所需的酶处理过程和由成套的模块化部分制造合适的酶处理设施，通过提供：

泵，用于泵送反应混合物通过酶处理设施；

第一酶处理区域，用于进行酶处理的第一阶段，第一酶处理区域包括如上所述的旋转滚筒；

分离器系统，包括倾析器，用于分离以下的流：水溶性组分、油溶性组分和固体组分；

该方法任选地还包括：

考虑下列每个组成部分对于能够进行所需酶处理过程的处理设施是否是必需的：过滤器；第二酶处理阶段；第三酶处理阶段；后分离器系统阶段；分流阶段；热灭活阶段和合流阶段；

以及，包括模块化设施中必要的组成部分。

该方法可以包括提供第二酶处理阶段。第二酶处理阶段可以设在第一酶处理阶段的下游，并可以配置为与第一酶处理区域连通，使得在使用中，第二酶处理阶段接收来自第一酶处理区域的至少部分反应输出。第二酶处理阶段可以包括如上所述的湍流生成管道，或其他一些设备，包括可能的另一旋转滚筒。在一种可能的实施例中，酶促水解鱼类或甲壳类诸如螃蟹或贻贝。首先，将它们带壳破碎，例如在辊之间。然后使用旋转滚筒将整个材料用有效的蛋白酶水解，这样可以容易地处置液体、固体和破碎的壳/骨的混合物，而没有堵塞的危险。在滚筒的出口处，壳/骨是干净的，且可以借助过滤装置将它们筛选出来，而之后通过使用波纹管，用相同或不同的(一种或多种)酶将来自旋转滚筒的材料的富含液体部分进一步水解。这样做可以减小肽的尺寸，以修饰口味等。根据用户要求可以使用特制的酶用于多种用途。

该方法可以包括提供第三酶处理阶段。第三酶处理阶段可以设在第二酶处理阶段的下游，并可以配置为与第二酶处理区域连通，使得在使用中，第三酶处理阶段接收来自第二酶处理区域的至少部分反应输出。

该方法可以包括提供热灭活阶段。热灭活阶段可以设在第一酶处理阶段的下游，和/或第二酶处理阶段的下游，和/或第三酶处理阶段的下游。(一个或多个)热灭活阶段可以包括湍流生成管道，其被配置为加热至一定温度，使得使用中酶被热灭活(失活或变性)。

该方法还可包括考虑下列每个后分离器系统阶段对于能够提供必须的处理的处理设施是否是必需的：另一酶处理阶段、干燥器或终端过滤器。该方法可以包括提供后分离器系统阶段。

第二和/或第三处理阶段，或进一步的(一个或多个)处理阶段可以设在分离器系统的下游，并可以配置为与分离器系统连通，使得在使用中，第二和/或第三酶处理阶段接收来自分离器系统的以下输出之一：水溶性组分流、油溶性组分流或固体组分。该方法可以包括提供如上所述的湍流生成管道作为一个处理阶段，和如上所述的旋转滚筒设备作为另一处理阶段。

该方法可以包括提供干燥器，用于干燥固体组分。该方法可以包括提供终端过滤器，用于净化油溶性组分。

该方法可以包括提供分流阶段，在此阶段将流划分为两个或更多个流。设施可以配置为使得在使用中，两个或更多个流在不同阶段的下游进行处理，或者该流中的一个或多个可以返回到较早的阶段。

分流阶段可以设在第一酶处理阶段之后、第二酶处理阶段之后、第三酶处理阶段之后或分离器系统之后。

该方法可以包括提供合流阶段，在此阶段，在使用中将来自下游的流与设施中较早的流合并。

合流阶段可以设在第一酶处理阶段之前、第二酶处理阶段之前、第三酶处理阶段之前、分离器系统之前或干燥器之前。

该方法可以包括在酶处理阶段之前提供注入点，用于引入化学物质以改变该阶段内的反应条件。注入点可以设在第一酶处理阶段之前、第二酶处理阶段之前、第三酶处理阶段之前、分离器系统之前或干燥器之前。

该方法可以包括提供热交换器，用于加热或冷却酶处理阶段。

该方法可以包括在第一酶处理阶段的上游提供封闭的混合腔室。混合腔室可以通过热交换器加热，以使反应混合物达到适合第一水解阶段中最佳酶促作用的温度。可替代地或额外地，可以通过向原料中加入热水而使反应混合物达到(或接近)所需的温度。在酶被直接添加到混合腔室内的反应混合物中的实施方式中，必须注意通过保持反应混合物的温度低于失活温度，使酶不会由于热水而失活(变性)。为了避免这种问题，可以不将酶加入混合腔室内，而是可以通过位于第一酶处理阶段开头处的注入点将酶加入反应混合物中。如上所述的旋转滚筒设备可以用作混合腔室，伴随从滚筒外部加热，和/或通过当传送混合物通过滚筒时加入热水进行加热。

该方法可以包括提供过滤器，用于从反应混合物分离具有给定分子尺寸或较大分子尺寸的组分。

本发明在另一个方面还延伸到用于制造酶处理设施的成套部件，酶处理设施用于酶处理反应混合物中的有机化合物，成套部件包括：泵，用于泵送反应混合物通过酶处理设施；第一酶处理区域，用于进行酶处理的第一阶段；和包括倾析器的分离器系统，用于分离以下的流：水溶性组分、油溶性组分和固体组分；以及

成套部件还包括以下中的一种或多种：过滤器；第二酶处理阶段；第三酶处理阶段；分流阶段；合流阶段；注入点；热灭活阶段；混合腔室；终端过滤器；和干燥器；

其中，酶处理区域中的至少一个包括如上所述的旋转滚筒，其涉及第一方面和任选地其优选的特征。

在优选的实施方式中，成套部件包括为满足上述制造模块化酶处理设施的方法的要求而选择的部件。如上所述，成套部件可以包括具有如上涉及本发明前几个方面所述的特征的酶处理区域。

上述几个方面和优选布置的特别的优势是，该系统可以作为封闭的系统操作，这意味着与现有技术系统相比，该系统内的氧气可以被最少化或至少有所减少。有利地，任何油组分的氧化可以因此而减少。优选地，封闭系统没有开放的罐且没有开放的液体表面(即任何罐诸如混合罐优选地没有任何显著的顶部空间)。这在酶处理区域使用湍流生成管道时是特别方便的。当使用旋转滚筒时，可以将惰性气氛(或低氧气氛)引入顶部空间，例如通过上述流体入口。

上述任一实施方式的设备或方法都可以在船上使用。因此，在一种实施例中，船可以装配有所提出的酶处理设施，且在船上可以进行包括如上所述进行酶处理的方法。湍流生成管道和/或旋转滚筒可以有助于减小所需的设备尺寸和重量，这对于船上使用是显著的优势。此外，优选地，用于船上使用的设备或方法包括在没有任何开放罐或其他开放液体表面的情况下操作系统。这提供了进一步的优势，因为由于船晃动和随之带来的不稳定的风险，通常船上应避免任何开放的液体表面。当船上的酶处理区域使用旋转滚筒时，例如为了适应非常大的处理能力，则可以增加从位于滚筒底部的基质材料到螺旋件叶片的顶部的距离，或者可以封闭螺旋件叶片相邻转之间形成的体积，例如如上所述使用圆柱体固定到螺旋件叶片的内边缘。

附图说明

现在将参照附图仅通过实施例的方式对某些优选的实施方式进行更详细的描述，在附图中：

图1A示出了波纹湍流生成管道的一部分；

图1B示出了螺旋形湍流生成管道的一部分；

图1C示出了具有弯曲的湍流生成管道的一部分；

图1D示出了具有变化的截面形状的湍流生成管道的一部分；

图1E是具有螺旋波纹模式的管道的截面视图；

图2示出了波纹管道的深度和宽度的参数；

图3示出了用于酶处理的模块化设施；

图4示出了滚筒，用于旋转以在滚筒内混合材料并沿滚筒的长度来传送混合物；

图5示出了作为图4的滚筒中使用的具有混合装置的螺旋件叶片；

图6是图5的螺旋件叶片的一部分的特写视图；以及

图7是图6的一部分的进一步的特写。

具体实施方式

图1A示出了波纹湍流生成管道的一部分。该管道直径为约60mm，波纹深度e为约6mm，且p/e为约13。在这种管道中，当雷诺数大于约800时发生湍流。

图1B示出了螺旋形湍流生成管道的一部分。该管道直径为约60mm。螺旋中线的间距为20mm，且螺旋中线的曲率半径为1.5mm。

图1C示出了具有弯曲的湍流生成管道的一部分。该管道的截面是侧边为约60mm的正方形。弯曲的角度在15°至30°的范围内。

图1D示出了具有变化的截面形状的湍流生成管道的一部分。该管道从圆形截面变为椭圆形截面。截面面积为约2800mm²。

图1E是具有螺旋形波纹模式的管道的截面视图，螺旋具有单开头。

图2示出了波纹管道上的波纹的间距(宽度)p和深度e。

图3示出了用于有机分子的酶处理的模块化设施。在这种情况下，该设施是用于水解蛋白质-脂质混合物中的蛋白质。用于水解的设施的用途是示例性的且不限制本发明；很明显，类似的设备可以用于任何多阶段的酶处理。此外，在这种情况下，由系统处理的原材料是鱼类。然而，用于处理鱼类的设施的用途是示例性的且不限制本发明；很明显，类似的设备可以与不同的原材料一起使用。下面列出了使用所提出装置的处理(过程)的另外的实施例。还应该注意的是，虽然在图3的设施内的图4至图7的旋转滚筒的用途是有利的用途，但旋转滚筒也可以用于如前所述的其他类型的处理。

每个阶段使用的特定的酶(和因此的反应条件)将取决于原材料和待获得的产物，并可以据此进行选择。

图3的设施可以仅使用图4至图7的旋转滚筒作为进行各种水解阶段的设备。可替代地，可以使用湍流生成管道。在另一旋转滚筒中的水解之前，或在湍流生成管道中的水解(或甚至任何已知水解设备中的水解)之前，旋转滚筒可以替代地或额外地用作混合腔室，用于材料的预混合。

一种实施例中的设施包括如下所述的旋转滚筒，用于在注入第一水解阶段之前预混合反应混合物。除了用于接收原材料的输入和用于连接到水解设施的下一段的输出之外，混合腔室是密封的且优选地具有氧气耗尽的顶部空间，例如惰性气体诸如氮气的气氛，以便减少被带入与反应混合物接触的氧气量。这减少了存在于原料中的油的氧化。通过热交换器加热旋转滚筒，或可替代地在反应混合物离开旋转滚筒之后加热反应混合物，以使反应混合物达到适合第一水解阶段中的最佳的酶促作用的温度。

在混合腔室中将鱼类材料、水和蛋白酶混合并加热。混合之后，通过泵将反应混合物泵送进第一水解阶段。在这里，反应混合物中的蛋白质被水解以形成高分子量肽。第一水解阶段是波纹管道，其具有的平均直径为46mm，具有多个180°的弯曲，曲率半径为200mm。

在第一水解阶段中，反应混合物具有以下性质：

密度ρ＝1000kg/m³

粘度μ＝0.02Ns

雷诺数Re＝800

平均速度v＝0.35m/s

对于给定直径的体积流率由以下给出：

方程3

对于上面给出的参数值，这给出的体积流率为2.1m³/h。第一水解阶段的总长度为1km左右，且处理时间为1小时左右。

在朝向第一水解阶段端部处，将波纹管道加热至足以热到使蛋白酶失活(变性)的温度。

用泵将来自第一水解阶段的流泵送至分离器系统。分离器系统包括三相倾析器，其可操作地用于输出油(脂质和油溶性组分)流、水溶性组分流和固体组分。

以两种分离方式处置来自分离器系统的固体组分(主要是骨)。将固体的一部分传递至干燥器(例如通过传送机，未示出)并干燥以形成鱼粉。将鱼粉作为系统的产物以输出(系统的有用输出显示为阴影箭头)。将固体的第二部分传递至另一酶处置阶段(例如通过传送机，未示出)用于进一步处置。

另一酶处置阶段包括输入工具(显示为网格箭头)，用于修改反应混合物的pH或离子性质以适应酶的最佳操作条件。另一酶处理的产物在另一干燥器(未示出)中干燥之后作为系统的产物而输出。

同样以两种分离方式来处置来自分离器系统的油溶性组分。将油溶性组分的一部分传递至净化油的终端过滤器(使用泵，未示出)。用离心机和过滤器将净化后的油分离成(多个)组分部分(未示出)，且将得到的组分作为系统的产物而输出。将油溶性组分的第二部分传递至脂质水解阶段(使用泵，未示出)并用脂酶来处置。脂质水解阶段包括输入工具(显示为网格箭头)，用于修改反应混合物的pH或离子性质以适应脂酶的最佳操作条件。另外，输入工具允许引入水。由于脂酶是水溶性的(非油溶性的)，这是必要的。因此，为了使脂酶作用于脂质，可以形成悬浮液，允许脂酶与脂质之间有接触。在这种处理中，提供能有效地混合但又使乳状液的形成最小化的湍流生成管道是有用的。选择在顶部空间中提供低氧气氛是另一优势。将脂酶处理的产物作为系统的产物而输出。

同样以两种分离方式处置来自分离器系统的水溶性组分。将高分子量肽组分的一部分过滤出来(使用过滤器，未示出)，并作为产物从系统输出。将剩余部分输入进第二水解阶段。

第二水解阶段包括输入工具(显示为网格箭头)，用于修改反应混合物的pH或离子性质以适应第二蛋白酶的最佳操作条件。蛋白酶将高分子量肽组分水解以形成中分子量肽组分。在朝向第二水解阶段端部处，将第二水解阶段加热至足以热到使蛋白酶失活的温度。

使用过滤器将中分子量肽组分的一部分从第二水解阶段过滤出来并作为产物从系统输出。将剩余部分输入进第三水解阶段。

第三水解阶段包括输入工具(显示为网格箭头)，用于修改反应混合物的pH或离子性质以适应第三蛋白酶的最佳操作条件。蛋白酶将中分子量肽组分水解以形成低分子量肽组分。

在朝向第三水解阶段端部处，如果需要，可以将第三水解阶段加热至足以热到使蛋白酶失活(变性)的温度。

将反应混合物从第三水解阶段传递至分离器系统，分离器系统将低分子量肽组分从任何剩余的固体或油溶性组分中分离。将任何固体组分都传递回干燥器(或酶促骨处置阶段)，并将任何油组分都传递回脂质水解阶段(或终端过滤器)。将低分子量肽组分从系统输出。

技术人员将认识到，并不是所有这些组成部分都是必要的，且根据原材料和所需的最终产物，将采用这种系统的元件的组合。特别地，可以使用旋转滚筒作为用于执行该水解阶段种的一个或多个以及用于混合腔室的设备。

图4至图7示出了旋转滚筒，可以用在旋转滚筒设备中用于混合和传送原材料，诸如用于混合原材料，用以水解，如上所述。如图4中所示，可旋转滚筒具有圆柱形形状，其外壁形成为圆柱形管12。在圆柱形管12内设有采用螺旋形形状的螺旋件叶片14，且螺旋件叶片14的外边缘固定到圆柱形管12的内壁上。这可以通过例如焊接来实现。确保在螺旋件叶片14的外边缘和圆柱形管12的内壁之间形成水密封是有利的，因为这意味着可以形成多个腔室16，且腔室16在螺旋件叶片14的每一转之间。在螺旋件叶片14的表面上在其外边缘处设有多个混合装置18。对于螺旋件叶片14的每一转有多个混合装置18，且如这样的实施例所示，螺旋件叶片14的每一转可以有八个。

在图5中可以更清楚地看到混合装置18和螺旋件叶片14，其中为了清晰起见移除了圆柱形管12。图5还示出了用于向混合装置18供应流体的管道系统，包括中心供应管道20和分支管道22，延伸至每个单独的混合装置18。在这一实施例中，旋转滚筒内的材料可以例如是固体和液体元素的混合物，形成浆料等，材料将处于螺旋件叶片14的相邻转之间的每个腔室16中，并向旋转滚筒的中心在螺旋件叶片上延伸，例如延伸螺旋件叶片14的高度的约50％。

现在将参考图6和图7更详细地描述混合设备18。图6以放大视图示出了螺旋件叶片14的两转的一部分，且其中混合装置18中的一个以局部剖视图显示在该图顶部处。图7示出了图6顶部的特写，以便可以看到进一步的细节。每个混合装置18包括楔形形状的混合轮叶和流体入口。在这一实施例中，混合轮叶具有直角三角形形状的侧面轮廓，其中三角形的一个表面耦接到螺旋件叶片14的表面，三角形的垂直表面以直角从螺旋件叶片14的表面延伸，且三角形的斜坡表面提供了混合轮叶表面18a。三角形的斜坡表面从三角形窄点处的前边缘18b延伸至三角形的距螺旋件叶片14最远的顶点处的后边缘18c。混合轮叶的后边缘设有流体入口24，其将通过管道20和分支管道22供应的流体传送通过混合装置18，并使流体从入口24出来进入旋转滚筒。

图3的处理设施和/或图4至图7的旋转滚筒也可以用于其它处理，并为任何需要恒定混合和/或相对长反应时间的处理提供优势。下面的实施例列出了各种可能的处理：

实施例—水解处理1。

该处理使用波纹管道，用碱性蛋白酶(诺维信)处理整个沙丁鱼(鳀鱼)，通过6mm染料研磨，原材料/水的比为50/50(w/w)，其可以使用旋转滚筒混合，且反应温度为60℃。目标％DH＝17(％DH＝裂解的肽键数/总肽键数)，估计反应时间为45分钟，这基于来自酶制造商的信息。添加的酶为不含添加的水的原材料(w.w)的0.1％(d.w)。该设施以每小时7MT的容量来操作，其中鱼类3.5MT和水3.5MT。当使用波纹管道用于水解阶段时，管长度将为863m。应认识到，可以使用具有适当旋转速度的合适尺寸的旋转滚筒作为水解阶段的替代设备。

补充信息：在这种情况下不存在大的骨颗粒，并且因此由于硬颗粒的沉积而堵塞的风险低。尽管粘度直线下降，但管贯穿整个长度具有相似的形状和直径。在距入口1/3长度处装配升压泵，作为针对堵塞的安全防护。随着蛋白质水解的进行，肽的浓度随时间增加。肽可以用作为乳化剂，并且关键点是避免沿管形成乳状液。

反应混合物性质：

密度ρ＝1000kg/m³

粘度μ＝25cP(入口)

流的所选性质：

雷诺数Re＝1125

平均速度v＝0.32m/s

使用这些参数得到直径D＝88mm。对于上面给出的参数值，这一实施例的体积流率为7m³/h。

实施例—水解处理2。

该实施例使用波纹管道，使用复合蛋白酶(Protamex)(诺维信)来水解原材料(来自鲑鱼或鸡架的头和脊骨)。酶浓度为原材料(w.w)的0.1％(d.w)。原材料通过6mm染料进行研磨，并以原材料/水的比为50/50(w/w)进行混合，任选地通过旋转滚筒，之后，在反应温度50℃下处理。目标水解度％DH＝10(％DH＝裂解的肽键数/总肽键数)，且估计反应时间为30分钟，这基于来自酶制造商的信息。同样，具有合适尺寸和适当旋转速度的旋转滚筒可以代替波纹管道。

补充信息：在这种存在大的骨颗粒的情况下，水解单元的最佳配置是第一部分(1/3)，在这里由于相对高的粘度，骨颗粒沉降而导致管堵塞的风险较小。随着处理的运行，然后粘度下降，增加了堵塞的风险。因此，在这一实施方式中，水解单元是借助联接在一起的三个不同管直径来构建的。任选地，在混合之后可以有过滤系统，以移除较大的骨颗粒。

下面给出了用于管道入口、位于中间长度处和位于管道出口的水解单元参数。

反应混合物性质：

密度ρ＝1000kg/m³

粘度μ＝33cP、25cP和20cP

流的所选性质：

雷诺数Re＝853、1415、1956

平均速度v＝0.32m/s、0.51m/s和0.62m/s

使用这些参数得到的直径：开头为D＝88mm、中间段为70mm和最后部分为63.2mm。总的管长度为866m，分成第一部分192m，中间部分303m和最后部分371m。在第2段之前和第3段之前将有升压泵。这一实施例的体积流率为7m³/h。

实施例—水解处理3。

在该情况下，对借助碱性蛋白酶(诺维信)从鲑鱼骨架和头处理得到的水解产物使用风味蛋白酶(Flavourzyme)(诺维信)通过二次水解来进一步处理，风味蛋白酶是外肽酶/内肽酶复合物，专门被设计用于优化口感和降低苦味。将水解产物稀释成含10％的干物质，其中蛋白质是主要部分(约90％)。这种基质几乎不含脂质。反应时间为20分钟且反应温度为55℃。酶浓度为原材料的(w.w)的0.1％(d.w)。

补充信息：在这种情况下，基质是自由流动的液体，没有颗粒也没有脂质存在，且因此没有堵塞或形成乳状液的风险。粘度在整个处理管中均是低的，贯穿处理管具有相似的构造。

下面的示例性计算使用了可以是工作系统典型的参数的值：

反应混合物性质：

密度ρ＝1040kg/m³

粘度μ＝6.5cP

流的所选性质：

雷诺数Re＝1811

平均速度v＝0.09m/s

使用这些参数得到管道直径D＝125mm。管长度为109m。

对于上面给出的参数值，体积流率为4m³/h。

实施例—旋转滚筒1

基础实施例数据：

处理能力：约每小时30m³(15吨原材料和15吨水)

处理时间：1小时

密度：1000kg/m³

滚筒直径：3.5m

滚筒直径内部开口：1米

滚筒长度：11.75m

注释:借助《Solidworks》计算显示外径为3.5m，长度为11.75m，内部开口为1m，且液体水平面和螺旋件叶片顶部之间为15cm——不包括螺旋件叶片和混合轮叶的体积——得到总的液体体积为30,421升。

螺旋件的倾斜度与滚筒的旋转速度相关联。高倾斜度产生很少的“腔室”，导致更多的“分批式”处理过程。实施例构造(本实施例)的轮叶之间为750mm，旋转为1/4转/分钟，给出0.0458m/s的周缘速度。

喷嘴集成在每个轮叶内，作为流体入口，以在混合期间向旋转滚筒供应流体。成角度的轮叶推动颗粒远离螺旋件叶片的表面，螺旋件叶片继续旋转且颗粒从轮叶的后边缘“推出”，在此之后产生湍流混合。当下一轮叶与滚筒内的材料相遇时，材料中的颗粒会再次接近螺旋件叶片(根据每个情况下螺旋件叶片与轮叶尺寸之间的空间来计算)。通过沿轮叶的边缘所具有的喷嘴促进了非常有效的混合，因为流体被注入进湍流混合区。

在这一实施例中，轮叶的高度可以为500mm，且喷嘴安装在距滚筒外壁50、150、250、350和450mm处。滚筒内液体的最大高度将为1.1m，但轮叶高度为500mm而不是液体水平面或螺旋件叶片的完整范围，因为颗粒将聚集在旋转滚筒的底部附近。

一个喷嘴通常每小时输送10升。具有8个带有5个喷嘴的轮叶，每个旋转得总的喷嘴有(8×15×10)＝600。运行一小时有效喷嘴(仅当在液体水平面下时是有效的)将占38％，即有效喷嘴有600×0.38＝228。

如果我们预期喷嘴喷出10升/小时，其意味着水的加入将是228×10＝2280升/小时。滚筒出口端处与入口端处相比，这使得体积增加了7.6％——或对于腔室液体水平面增加了约6cm。虽然这可能不是问题，但可以通过沿滚筒的长度轻微并稳定地增加螺旋件叶片的间距/攻角或轻微向下倾斜滚筒来获得稳定的水平面。

实施例—旋转滚筒2

直径为2.5m、内部开口为75cm且长度为5.5m的滚筒将具有7.13m³的容量(液体水平面在螺旋件叶片顶部之下10cm，计算不包括螺旋件叶片和轮叶的体积)。这可以使用具有与图中所示特征相似的特征的螺旋件叶片来混合，但具有减少的轮叶数量(例如，螺旋件叶片的每一转有五个轮叶)，以允许增加混合体积。

实施例—旋转滚筒1的出口布置

上述第一实施例滚筒的旋转速度为每分钟1/4转，也就是每次旋转用240秒。最后腔室的液体体积为约2000升。以均匀的流率从滚筒离开将使得在下一处理步骤期间处置来自滚筒的材料更加容易。此外，从腔室的底部排放以避免从固体中分离液体是优点，另外所有的固体材料都将在端部处排出。可以通过在螺旋件叶片的最终转中设置小孔/开口，从而在滚筒的整个旋转中分配排出流，来提供固体和液体的混合物的均匀流率。开口可以沿整个外径分布和/或沿叶片以距滚筒中心不同的距离分布。用数学方法来描述相当复杂的，但理论上得到少于12升/秒的离开滚筒的流是可能的。

开口可以构建有可调整的尺寸，包括阻碍一些开口的可行性。开口具有可调整的总面积，允许将流率适应不同的材料体积和/或适应不同的液体和固体材料的混合物。可调整开口可以通过连接到螺旋件叶片表面的滑动板或可更换板来实现。

计算基于被称为托里拆利定律(Toricellis law)的伯努利方程(Bernouillisequation)的变体，其描述了来自罐的流，可用于确定流率，近似考虑了液体/固体材料的摩擦和出口的设计，以及关于对滚筒旋转的流率的影响的假设。为设置将在一次旋转内完全清空腔室的开口尺寸，则计算可以基于在四分之三的旋转中清空。开口时间的微调可以通过实验和/或在第一次操作期间来完成，例如如果流率太高则阻碍一些开口。

在这种情况下，计算显示有必要在滚筒内的材料的表面下设置总面积为约72cm²的开口。为了避免硬颗粒(蟹壳、较大尺寸的骨等)堵塞开口，则开口需要有一定的最小尺寸。在这一实施例中，我们使用25×40mm的开口，使得每个开口的面积为10cm²。这意味着在滚筒的材料的表面下需要约7个开口。假设滚筒的材料具有的水平面类似于对向60°弧的弦，且螺旋件叶片打开最终转周长的90°，那么总共需要约32个开口在螺旋件叶片的最后270°上间隔开。即使这个计算非常简化，但它也表明由于旋转速度低，只需要与滚筒尺寸相比相对小的且相对很少的开口以清空最后的腔室。因此，可以容易地设置这样的开口并将其设计成产生以均匀且受控的流率流出滚筒。

Claims (29)

1.一种用于混合并处理材料的旋转滚筒设备，所述旋转滚筒设备包括：

旋转滚筒，布置成所述滚筒的长和所述滚筒的旋转轴沿水平向延伸；

在所述滚筒上第一点处的入口，用于在混合和/或处理前接收材料；

所述滚筒内的螺旋件，用于将材料混合同时将它们沿所述滚筒纵向地传送，其中，所述螺旋件包括沿所述滚筒的长延伸的螺旋形叶片，其中所述螺旋形叶片的外边缘固定到所述滚筒的内表面上，使得能够在所述螺旋件叶片的每一转之间分离的体积中将材料传送并混合；

在沿所述滚筒第二点处的出口，用于在混合和/或处理后排出材料；和

多个混合装置，用于随着材料沿所述螺旋件传送而在材料的各个分离的体积中促进材料的混合，其中所述多个混合装置沿所述螺旋件的叶片间隔开，并且其中对于所述螺旋件叶片的每一转存在至少一个混合装置，

其中，所述混合装置包括：

沿所述螺旋件间隔开的混合轮叶，具有用于所述螺旋件的每一转的多种轮叶，布置所述轮叶以促进所述旋转滚筒中的材料的混合；以及

流体入口，用于向所述螺旋件的转之间的每个体积内的混合物添加流体，所述流体入口在所述混合轮叶的后边缘处打开进入所述滚筒。

2.根据权利要求1所述的旋转滚筒设备，其中，用水密连接在所述螺旋件叶片的外边缘处将所述螺旋件叶片附接到所述滚筒的内部表面。

3.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，包括用于所述螺旋件叶片的每一转的多种所述混合装置。

4.根据权利要求1所述的旋转滚筒设备，其中，所述混合轮叶包括安装到所述螺旋件叶片上的元件，所述元件具有攻角大于所述螺旋件叶片的表面的斜坡表面，和/或其中所述混合轮叶安装在所述螺旋件叶片的表面的外侧部分处与所述滚筒的内壁相邻，并沿所述螺旋件叶片的表面从所述滚筒的所述内壁向所述滚筒的旋转中心延伸。

5.根据权利要求1或4所述的旋转滚筒设备，其中，所述混合轮叶的高度是所述螺旋件叶片的高度的至少20％。

6.根据权利要求1所述的旋转滚筒设备，其中，由所述流体入口引入的流体处于与所述滚筒内材料的温度相比升高或降低的温度。

7.根据权利要求1或6所述的旋转滚筒设备，包括流体流动控制装置，用于控制通过所述流体入口的流体的流率。

8.根据权利要求7所述的旋转滚筒设备，包括控制器，所述控制器布置成当所述流体入口被浸没在混合中的材料内时允许流动通过所述流体入口，且当所述流体入口不在混合中的材料内时阻止流动。

9.根据权利要求8所述的旋转滚筒设备，其中，所述控制器包括开关装置，所述开关装置位于所述滚筒内材料的期望水平面附近，使得随着各个流体入口进入或离开所述滚筒基底处的材料，各个所述流体入口会根据所述开关装置的状态而被激活和停用。

10.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，其中，所述螺旋件叶片在所述入口和所述出口之间具有变化的间距。

11.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，其中，所述螺旋件叶片从所述滚筒壁向内延伸所述滚筒半径的至少50％，和/或其中所述螺旋件叶片从所述滚筒的外壁的内表面向所述滚筒的中心延伸，但不完全充满所述滚筒。

12.根据权利要求11所述的旋转滚筒设备，其中，所述螺旋件叶片的相邻转之间形成的体积对位于所述滚筒的中心的孔是开放的，或者其中所述螺旋件叶片的相邻转之间形成的体积由沿所述滚筒的中心的圆柱体封闭，其中所述圆柱体固定到所述螺旋件叶片的内边缘。

13.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，其中，所述滚筒和/或所述螺旋件叶片可以在所述螺旋件叶片的最后一个或多个转中设置出口特征，以从所述滚筒的所述出口提供更均匀的流率，其中所述出口特征包括孔，所述孔在所述螺旋件叶片的最终转中在所述螺旋件叶片的表面中和/或所述滚筒壁中。

14.根据权利要求13所述的旋转滚筒设备，其中，所述孔设置有通过所述螺旋件叶片的所述最终转的开口，以便提供在所述螺旋件叶片的所述最终转和倒数第二转之间形成的体积与所述旋转滚筒的出口端之间的流体连通。

15.根据权利要求13所述的旋转滚筒设备，其中，所述孔位于接近所述滚筒壁的所述螺旋件叶片的外周长处和/或在横穿所述螺旋件叶片宽度上的间隔开的位置处。

16.根据权利要求13所述的旋转滚筒设备，其中，孔的总面积足以允许所述螺旋件的所述最终转和倒数第二转之间形成的腔室中的所有材料都在所述滚筒的一转中通过所述螺旋件叶片的所述最终转而向所述滚筒的所述出口端流出。

17.根据权利要求13所述的旋转滚筒设备，其中，所述滚筒中处于材料的预期水平面之下的所述孔的总面积在40-200cm²的范围内，和/或其中所有所述孔的总面积为180-850cm²，其中所述孔围绕所述螺旋件叶片的所述最终转的圆周间隔开，和/或其中所述孔具有能够调整的尺寸。

18.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，其中，所述滚筒布置为提供每小时5m³或以上的处理容量，和/或其中所述旋转滚筒布置为使得沿所述滚筒的范围传递原材料所需的时间为至少15分钟。

19.根据权利要求1或2所述的旋转滚筒设备，其中，所述滚筒的直径为至少2m，和/或其中所述滚筒在所述入口和所述出口之间的长度为3m或更多。

20.一种酶处理设施，所述酶处理设施包括根据前述权利要求中任一项所述的旋转滚筒设备。

21.根据权利要求20所述的酶处理设施，所述酶处理设施用于水解蛋白质、甘油三酯、纤维素或几丁质。

22.一种酶处理设施，用于有机分子的酶处理，包括：一个或多个酶处理区域，其中所述一个或多个酶处理区域包括根据权利要求1至19中任一项所述的旋转滚筒设备。

23.根据权利要求22所述的酶处理设施，所述酶处理设施是基于连续流的酶处理设施。

24.根据权利要求22所述的酶处理设施，其中，所述酶处理区域包括具有反复变化的中线和/或反复变化的截面的湍流生成管道，用于当混合物流过所述酶处理区域时生成湍流以混合反应混合物并防止颗粒沉降，并且其中，所述酶处理设施和所述酶处理区域布置成使得所述反应混合物在所述湍流生成管道和/或所述旋转滚筒的所述酶处理区域内受到混合和/或湍流的反应时间为15分钟或以上。

25.一种用于制造酶处理设施的成套部件，所述酶处理设施用于酶处理反应混合物中的有机化合物，所述成套部件包括：泵，用于泵送所述反应混合物通过所述酶处理设施；第一酶处理区域，用于进行酶处理第一阶段；和包括倾析器的分离器系统，用于分离以下的流：水溶性组分、油溶性组分和固体组分；以及

所述成套部件还包括以下中的一种或多种：过滤器；第二酶处理阶段；第三酶处理阶段；分流阶段；合流阶段；注入点；混合腔室；热灭活阶段；终端过滤器；和干燥器；

其中，所述酶处理区域中的至少一个包括根据权利要求1至19中任一项所述的旋转滚筒设备。

26.一种混合和/或处理材料的方法，所述方法包括：

将需要混合和/或处理的材料通过在滚筒上第一点处的入口进料到根据权利要求1至19中任一项所述的旋转滚筒设备中，将所述旋转滚筒布置成所述滚筒的长和所述滚筒的旋转轴沿水平向延伸；

旋转所述滚筒并从而将所述材料混合同时将它们沿所述滚筒纵向地传送，使用所述滚筒内的螺旋件，其中，所述螺旋件包括沿所述滚筒的长延伸的螺旋形叶片，其中所述螺旋形叶片的所述外边缘固定到所述滚筒的所述内表面上，使得能够在所述螺旋件的每一转之间的分离的体积中将材料传送并混合；以及

在混合和/或处理后将材料从沿所述滚筒第二点处的出口排出；

其中，所述旋转滚筒合并有多个混合装置，用于随着所述材料沿所述螺旋件传送而在材料的每个分离的体积中促进所述材料的混合，其中所述多个混合装置沿所述螺旋件叶片间隔开，并且其中对于所述螺旋件的每一转存在至少一个混合装置。

27.根据权利要求26所述的方法，该方法用于基于连续流来酶处理有机分子。

28.一种制造用于酶处理反应混合物的模块化酶处理设施的方法，所述方法包括确定所需的酶处理过程和由成套的模块化部件制造合适的酶处理设施，通过提供：

泵，用于泵送所述反应混合物通过所述酶处理设施；

第一酶处理区域，用于进行酶处理的第一阶段，所述第一酶处理区域包括根据权利要求1至19中任一项所述的旋转滚筒设备；

包括倾析器的分离器系统，用于分离以下的流：水溶性组分、油溶性组分和固体组分。

29.根据权利要求28所述的方法，所述方法还包括：

考虑以下每个组成部分对于能够进行所需酶处理过程的处理设施是否是必需的：过滤器；第二酶处理阶段；第三酶处理阶段；热灭活阶段；后分离器系统阶段；分流阶段；和合流阶段；

以及，包括所述模块化设施中必要的组成部分。

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