CN214400543U - 固定酶反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定酶反应器，包括管体，管体一端设置有进液口、管体的另一端设置有出液口。管体上设置有导流装置，管体与导流装置固定连接，进液口、管体、导流装置、出液口组成可供液体通过的通道；导流装置包括外管，外管内部设置有中心柱且与中心柱为同轴设置，外管与中心柱之间设置有导叶，中心柱通过导叶与外管固定连接；导叶为扭转导叶，数量至少为两个，且在外管与中心柱之间形成环形叶栅；中心柱在管体内部向出液口的方向延伸有固定杆；固定杆上连接有反应柱，反应柱的数量至少为一个。本实用新型具有提升固化酶反应器的酶化效果，防止底层固定化酶颗粒变形、破碎，便于清洗、更换固定化酶,以及便于调整反应柱长度的技术效果。

Description

固定酶反应器

技术领域

本实用新型涉及一种反应器，具体涉及一种固定酶反应器。

背景技术

固定酶又称固定化酶，是用物理的或化学的方法使酶与水不溶性大分子载体结合或把酶包埋在其中。以固定化酶作为生物反应的场所即为固定酶反应器。反应器的形式，根据进料和出料的方式，可概括分为间歇式和连续式两大类，连续式又有两种基本形式：连续流动搅拌罐式反应器和填充床反应器；还有一些衍生的形式：连续流动搅拌罐—超滤膜反应器、循环反应器和流化床反应器等。

在小型的生物反应实验中，常采用填充床反应器作为固定化酶的反应场所。这种反应器运转时，底物按照一定方向，恒定流速通过反应床。因此，对于该类反应器而言，底物溶液和反应液的流动速度至关重要。流动速度过低时，难于保持固定化酶颗粒的悬浮翻动状态，影响固定化酶的利用效率；流动速度过高时，则催化反应不完全。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种固定酶反应器，具有提升固化酶反应器的酶化效果，防止底层固定化酶颗粒变形、破碎，便于清洗、更换固定化酶,以及便于调整反应柱长度的技术效果。

本实用新型为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种固定酶反应器，包括管体，管体一端设置有进液口、管体的另一端设置有出液口。管体上，进液口与出液口之间设置有导流装置，管体与导流装置固定连接，进液口、管体、导流装置、出液口组成可供液体通过的通道；导流装置包括外管，外管内部设置有中心柱且与中心柱为同轴设置，外管与中心柱之间设置有导叶，中心柱通过导叶与外管固定连接；导叶为扭转导叶，数量至少为两个，且在外管与中心柱之间形成环形叶栅；中心柱在管体内部向出液口的方向延伸有固定杆；固定杆上连接有反应柱，反应柱的数量至少为一个。

本实用新型中，底物溶液通过进液口进入固定酶反应器内部，并经过导流装置后与反应柱内的固定酶进行酶化反应，生成的反应产物最终通过出液口流出固定酶反应器。由于底层的固定酶颗粒受到的压力较大，尤其是当底物溶液快速流入固定酶反应器内，且未使固定酶整体漂浮时，底层的固定酶颗粒受到所承受的压力到达最大值，容易造成底层固定化酶颗粒的变形、破碎。

导流装置由外管、中心柱和导叶组成，具有一定扭转角度的导叶置于外管与中心柱之间，在将其装于固定酶反应器上靠近进液口的一侧。进行酶化反应时，底物溶液全部从叶栅间通过，会形成旋转流体。通过将底物溶液的流态转化为螺旋流，一是能够避免底层的固定酶颗粒受到底物溶液的直接冲击，降低底层固定化酶颗粒受到的压力，防止固定化酶颗粒变形、破碎；二是底物溶液经旋转，能够提升底物溶液的均匀度，提升底物溶液与固定化酶的反应效果；三是在流速相等的前提下，旋转流体相较分层流体而言，能够提供更大的浮力，在保证固定化酶颗粒的悬浮翻动状态时，底物溶液能够以更小的速度通过固定酶反应器，因此能够提升固化酶反应器的酶化效果。

固定酶反应器内设置有反应柱，反应柱可拆卸的连接在反应器内部。若干个反应柱组成填充床。不同高度的填充床对酶解效率的影响不同，越高则固酶量越大，当底物溶液以一定流速进行酶解时，由于底物溶液与固定酶的接触时间会增加，酶切更完全，从而酶解效率提高，但过高则会导致酶解后的产物滞留在填充床内，不易流出。因此填充床高度需根据酶化的实际情况进行选择。本实用新型的反应柱为独立结构，方便使用者根据实际情况调整反应柱长度，另外，还能方便使用者拆卸反应器后，对固定化酶颗粒进行清洗、更换。

优选地，反应柱包括壳体，壳体为中空圆柱体结构，壳体中间设置有杆套，壳体与杆套通过肋板固定连接，壳体的两端面上覆盖有筛板；壳体与杆套为同轴设置，反应柱通过杆套与固定杆连接。

当反应柱的数量为两个以上时，各层反应柱内固定酶颗粒产生的压力均有反应柱底部的筛板承受，从而减少底部固定酶颗粒受到的压力。筛板为网状结构，其上分布有小孔，作用是使得固定酶颗粒无法通过，底物溶液能自由通过。

优选地，外管的外部固定连接有管套，导流装置通过管套与管体固定连接。

处于拆装、更换的考量，固定酶反应器多采用法兰连接的方式，管套主要用于帮助导流装置搭配法兰结构，实现与固定酶反应器的连接。

优选地，导叶在外管与中心柱之间均匀分布。

导叶在外管与中心柱之间均匀分布，能够在外管与中心柱中间形成均匀叶栅，此种结构的导流装置能够形成中心与中心柱重合的旋转流体。

优选地，固定杆上设置有挡板，挡板位于中心柱与反应柱之间；挡板与反应柱的端面为平行设置，且面积大于杆套的内径。

利用挡板，避免底层反应柱的筛板直接与导流装置接触，堵塞导流通道。

优选地，杆套与固定杆的配合关系为过盈配合。

防止反应柱在固定杆上发生相对运动。

优选地，固定酶反应器在出液口一侧设置有循环口，循环口与出液口为并联设置。

底物溶液发生酶化反应后，可通过循环口及出液口流出反应器，特别的是，通过循环口流出反应器的产物溶液，会利用循环管道再次流入进液口，进行二次酶化。

优选地，外管的内径、管体的内径及反应柱的外径大小一致。

优选地，筛板上设置有孔，孔的面积小于固定化酶载体。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型通过导流装置，将底物溶液的流动形态由分层流体转化为旋转流体，并结合反应柱，解决了现有技术中底层固定化酶颗粒易变形、破碎的技术问题，降低了底层固定酶颗粒受到的上、下两个方向上的压力，能够防止固定化酶颗粒变形、破碎。

2、本实用新型本实用新型通过导流装置，将底物溶液的流动形态由分层流体转化为旋转流体，能够提升底物溶液的均匀度，提升底物溶液与固定化酶的反应效果，同时提供相比分层流体更大的浮力，在保证固定化酶颗粒的悬浮翻动状态时，底物溶液能够以更小的速度通过固定酶反应器，提升了固化酶反应器的酶化效果。

3、本实用新型通过将反应柱设计为独立结构，方便使用者根据实际情况调整反应柱长度，以及方便使用者拆卸反应器后，对固定化酶颗粒进行清洗、更换。

附图说明

图1为本实用新型整体示意图。

图2为本实用新型爆炸视图。

图3为导流装置示意图。

图4为导流装置内部导叶示意图。

图5为导流装置与反应柱连接关系示意图。

图6为反应柱示意图。

图7为反应柱爆炸视图。

图8为本实用新型原理图。

附图标号：10-管体；11-进液口；12-出液口；13-循环口；20-导流装置；21-管套；22-外管；23-中心柱；24-导叶；25-固定杆；26-挡板；30-反应柱；31-壳体；32-筛板；33-杆套；34-肋板；41-管道泵；42-单向阀；S-底物溶液；P-产物溶液。

具体实施方式

实施例1：如图1至8所示，一种固定酶反应器，包括管体10，管体10一端设置有进液口11、管体的另一端设置有出液口12。管体上10，进液口11与出液口12之间设置有导流装置20，管体10与导流装置20固定连接，进液口11、管体10、导流装置20、出液口12组成可供液体通过的通道；导流装置20包括外管22，外管22内部设置有中心柱23且与中心柱23为同轴设置，外管22与中心柱23之间设置有导叶24，中心柱23通过导叶24与外管22固定连接；导叶24为扭转导叶，数量至少为两个，且在外管22与中心柱23之间形成环形叶栅；中心柱23在管体10内部向出液口12的方向延伸有固定杆25；固定杆25上连接有反应柱30，反应柱30的数量至少为一个。

本实用新型中，底物溶液通过进液口11进入固定酶反应器内部，并经过导流装置20后与反应柱30内的固定酶进行酶化反应，生成的反应产物最终通过出液口12流出固定酶反应器。由于底层的固定酶颗粒受到的压力较大，尤其是当底物溶液快速流入固定酶反应器内，且未使固定酶整体漂浮时，底层的固定酶颗粒受到所承受的压力到达最大值，容易造成底层固定化酶颗粒的变形、破碎。

导流装置20由外管22、中心柱23和导叶24组成，具有一定扭转角度的导叶24置于外管22与中心柱23之间，在将其装于固定酶反应器上靠近进液口12的一侧。进行酶化反应时，底物溶液全部从叶栅间通过，会形成旋转流体。通过将底物溶液的流态转化为螺旋流，一是能够避免底层的固定酶颗粒受到底物溶液的直接冲击，降低底层固定化酶颗粒受到的压力，防止固定化酶颗粒变形、破碎；二是底物溶液经旋转，能够提升底物溶液的均匀度，提升底物溶液与固定化酶的反应效果；三是在流速相等的前提下，旋转流体相较分层流体而言，能够提供更大的浮力，在保证固定化酶颗粒的悬浮翻动状态时，底物溶液能够以更小的速度通过固定酶反应器，因此能够提升固化酶反应器的酶化效果。

固定酶反应器内设置有反应柱30，反应柱30可拆卸的连接在反应器内部。若干个反应柱30组成填充床。不同高度的填充床对酶解效率的影响不同，越高则固酶量越大，当底物溶液以一定流速进行酶解时，由于底物溶液与固定酶的接触时间会增加，酶切更完全，从而酶解效率提高，但过高则会导致酶解后的产物滞留在填充床内，不易流出。因此填充床高度需根据酶化的实际情况进行选择。本实用新型的反应柱30为独立结构，方便使用者根据实际情况调整反应柱30长度，另外，还能方便使用者拆卸反应器后，对固定化酶颗粒进行清洗、更换。

反应柱30包括壳体31，壳体31为中空圆柱体结构，壳体31中间设置有杆套33，壳体31与杆套33通过肋板34固定连接，壳体31的两端面上覆盖有筛板32；壳体31与杆套33为同轴设置，反应柱30通过杆套33与固定杆25连接。

当反应柱30的数量为两个以上时，各层反应柱30内固定酶颗粒产生的压力均有反应柱30底部的筛板32承受，从而减少底部固定酶颗粒受到的压力。筛板32为网状结构，其上分布有小孔，作用是使得固定酶颗粒无法通过，底物溶液能自由通过。

外管22的外部固定连接有管套21，导流装置20通过管套21与管体10固定连接。

处于拆装、更换的考量，固定酶反应器多采用法兰连接的方式，管套21主要用于帮助导流装置20搭配法兰结构，实现与固定酶反应器的连接。

导叶24在外管22与中心柱23之间均匀分布。

导叶24在外管22与中心柱23之间均匀分布，能够在外管22与中心柱23中间形成均匀叶栅，此种结构的导流装置20能够形成中心与中心柱23重合的旋转流体。

固定杆25上设置有挡板26，挡板26位于中心柱23与反应柱30之间；挡板26与反应柱30的端面为平行设置，且面积大于杆套33的内径。

利用挡板26，避免底层反应柱30的筛板32直接与导流装置20接触，堵塞导流通道。

杆套33与固定杆25的配合关系为过盈配合。

防止反应柱30在固定杆25上发生相对运动。

固定酶反应器在出液口12一侧设置有循环口13，循环口13与出液口12为并联设置。

底物溶液发生酶化反应后，可通过循环口13及出液口12流出反应器，特别的是，通过循环口13流出反应器的产物溶液，会利用循环管道再次流入进液口，进行二次酶化。

外管22的内径、管体10的内径及反应柱30的外径大小一致。

筛板32上设置有孔，孔的面积小于固定化酶载体。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳的实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种固定酶反应器，包括管体(10)，所述管体(10)一端设置有进液口(11)、管体(10)的另一端设置有出液口(12)，其特征在于，所述管体(10)上，进液口(11)与出液口(12)之间设置有导流装置(20)，管体(10)与导流装置(20)固定连接，进液口(11)、管体(10)、导流装置(20)、出液口(12)组成可供液体通过的通道；所述导流装置(20)包括外管(22)，外管(22)内部设置有中心柱(23)且与中心柱(23)为同轴设置，外管(22)与中心柱(23)之间设置有导叶(24)，中心柱(23)通过导叶(24)与外管(22)固定连接；所述导叶(24)为扭转导叶，数量至少为两个，且在外管(22)与中心柱(23)之间形成环形叶栅；所述中心柱(23)在管体(10)内部向出液口(12)的方向延伸有固定杆(25)；所述固定杆(25)上连接有反应柱(30)，反应柱(30)的数量至少为一个。

2.根据权利要求1所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述反应柱(30)包括壳体(31)，壳体(31)为中空圆柱体结构，壳体(31)中间设置有杆套(33)，壳体(31)与杆套(33)通过肋板(34)固定连接，壳体(31)的两端面上覆盖有筛板(32)；所述壳体(31)与杆套(33)为同轴设置，反应柱(30)通过杆套(33)与固定杆(25)连接。

3.根据权利要求2所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述外管(22)的外部固定连接有管套(21)，导流装置(20)通过管套(21)与管体(10)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述导叶(24)在外管(22)与中心柱(23)之间均匀分布。

5.根据权利要求4所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述固定杆(25)上设置有挡板(26)，挡板(26)位于中心柱(23)与反应柱(30)之间；所述挡板(26)与反应柱(30)的端面为平行设置，且面积大于杆套(33)的内径。

6.根据权利要求5所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述杆套(33)与固定杆(25)的配合关系为过盈配合。

7.根据权利要求6所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述固定酶反应器在出液口(12)一侧设置有循环口(13)，循环口(13)与出液口(12)为并联设置。

8.根据权利要求7所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述外管(22)的内径、管体(10)的内径及反应柱(30)的外径大小一致。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的一种固定酶反应器，其特征在于，所述筛板(32)上设置有孔，孔的面积小于固定化酶载体。

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