HU201113B - Biocatalytic reactor. - Google Patents

Description

A találmány a biotechnológia területére vonatkozik és tárgya biokatalitikus reaktor.

Általánosan ismertek az olyan biokatalitikus reaktorok, amelyek alsó részükön perforált válaszfallal ellátott oszlopokból állnak.

Az oszlop felső és alsó részén folyadék (szubsztrátoldat) be- és elvezetésére szolgáló csőcsonkokkal van ellátva. Az oszlop felső részében katalizátorral való feltöltésére, míg alsó részében ennek eltávolítására szolgáló 10 csőcsonk van kialakítva.

Az ilyen reaktoroknál a katalizátorréteg mozdulatlan marad. Egy zavaros illetve kolloid oldat katalizátorrétegen való átáramlásánál a kicsapódási termék fokozatosan felgyülemlik a katalizátor pórusaiban és szemcséi között, ami az oldat átáramlási sebességének csökkenéséhez, valamint csatornák képződéséhez vezet. Mindez csökkenti a katalizátor fajlagos teljesítményét (egységnyi katalizátortömegre vonatkoztatott teljesítményét), megteremti a környezeti mikroftórával való spontán beoltódásának feltételeit, így szükségessé teszi a katalizátor rendszeres átöblitését, ami csökkenti az oszlop teljesítményét.

Mindezek mellett a 2 400 386 lsz. FR szabadalmi leírás alapján ismert egy biokatalitikus reaktor-konstrukció, amely egy oszlopot tartalmaz, folyadék be- és elvezetésére szolgáló csöcsonkokkal, amely oszlop teljes felületükön perforált válaszfalak révén szakaszokra van felosztva, amelyek közül mindegyik egy-egy a katalizátor be és elvezetésére szolgáló csőcsonkkal van ellátva. A katalizátor oszlopba történő bevezetésére szolgáló csőcsonk az oszlop felső részében van elrendezve és közvetlenül a katalizátor legfelső szakaszaiba való bevezetésére szolgál.

A szomszédos szakaszok túlfolyócsöveken keresztül állnak egymással összeköttetésben, amelyek segítségével a katalizátor-szuszpenzió fokozatosan fentről lefelé mozog. Az elhasznált katalizátort periodikusan az oszlop legalsó szakaszában levő csőcsonkon keresztül távolítják el. A folyadékot (szubsztrátoldatot) nyomás alatt a megfelelő csőcsonkon keresztül egy tartályba vezetik, amely az oszlop alsó részében, legalsó szakasz perforált válaszfala alatt helyezkedik el, ahonnan a folyadék a válaszfal perforációján keresztül átfolyik a legalsó szakaszba és fokozatosan áthalad az egyes szakaszokon lentről fölfelé, míg egy a legfelső szakasz felett kialakított csöcsonkon keresztül elvezetésre nem kerül. A reaktorban tehát a folyadék és 55 a katalizátor ellenáramú mozgása megy végbe, ahol a folyadék lentről fölfelé irányuló mozgása révén a katalizátort egyes szakaszokban fluidizált állapotban tartják, ami lehetővé teszi a folyadék katalizátorrészecs- 60 kékkel való összekeveredését, a csatornák képződésének megakadályozását, valamint a kicsapódási termékek keletkezésének korlátozását a katalizátor pórusaiban és szemcséi között.

A katalizátor részecskéinek a fenti reaktorban elérhető összekeveredése a koráb5 biakhoz képest jobb teljesítményt tesz lehetővé, ezt a teljesítményt azonban a folyadék fluidrétegen való átáramlási sebessége korlátozza, mivel nagyobb sebesség esetén a fluidréteg nem tartható fenn.

A találmány által megoldandó feladat olyan bipkatalitikus reaktor kifejlesztése, amelynél a katalizátor keveredése és a folyadék egyik szakaszból a másikba való átáramlása (a felsőből az alsóba) oly módon megy 15 végbe, hogy a katalizátor hatékonysága és ezzel együtt a reaktor teljesítménye növekedjen.

A kitűzött feladatot azáltal oldjuk meg, hogy egy biokatalitikus reaktorban, amely 20 folyadék be- és elvezetésére szolgáló csőcsonkkal ellátott oszlopból áll, amely oszlop teljes felületükön perforált válaszfalak révén szakaszokra van felosztva, ahol a szakaszok mindegyike katalizátor be- és elvezetésére 25 szolgáló csöcsonkokkal van ellátva, a találmány értelmében az oszlop alsó részében egy kamra van kialakítva, amely nyomás alatti gázforrással áll összeköttetésben és a legalsó szakasztól perforált válaszfal által van elvá30 lasztva, emellett a szomszédos szakaszok folyadék átlépését biztosító túlfolyó szerkezetek révén vannak egymással összekötve.

A találmány egyik célszerű kiviteli alakjánál mindegyik túlfolyó szerkezet egy az 35 oszlopon kívül, két szomszédos szakasz közül a felsőbb szakasz mentén elrendezett és ezen szakasz felső és alsó· részével összeköttetésben álló hengerből, egy a hengerbe szerelt olyan csőből, amelynek nyitott vége a sza40 kasz közepe felett helyezkedik el, míg másik vége az alsóbb szakasz alsó részével áll összeköttetésben, valamint egy szűrőelemből áll, amely a felsőbb szakaszban az említett henger két becsatlakoztatása közötti tarto45 mányban van elhelyezve.

A túlfolyó szerkezet ilyen kialakítása főként viszonylag kisméretű biokatalitikus reaktoroknál ajánlatos.

Egy másik lehetséges kiviteli alaknál 50 mindegyik túlfolyó szerkezet tartalmaz egy felülről nyitott hengert, amely két szomszédos szakasz közül a felsőbb szakaszban van elhelyezve és amelynek belsejébe egy folyadék és gáz átáramlását biztosító hosszanti résekkel ellátott cső van beépítve, amelynek alsó vége a szomszédos alsóbb szakasz alsó részével áll összeköttetésben, valamint egy szűrőelemet, amely felülről zárt, perforált foglalatként van kialakítva és a perforált válaszfalon van alátámasztva, ahol a cső nyitott vége a foglalat felett van elrendezve.

A túlfolyó szerkezet ilyen kialakítása tetszőleges méretű reaktornál alkalmazható, ahol is egyetlen szakaszban több szűröelem is elrendezhető. Az ilyen elrendezés meg3

HU 201113 Β könnyíti a szűröelemek cseréjét a javítás során.

Adott esetben célszerű az olyan kiviteli alak is, amelynél mindegyik túlfolyó szerkezet két koaxiálisán elrendezett foglalatot tartalmaz, amelyek két szomszédos szakasz közül a felső szakaszon belül vannak elhelyezve, ahol a belső foglalat alsó részében folyadék átáramlását biztosító átmenő nyilasok vannak kialakítva, és ezen belső foglalatba egy cső van bevezetve, amelynek felső vége a külső foglalat felett helyezkedik el, míg alsó vége a szomszédos alsóbb szakasz alsó részével áll összeköttetésben. A csövön egyébként egy áramlásszabályozó elem van elrendezve, amely közös alapfelületű kettős kúpként van kialakítva és közte illetve a foglalatok alsó homlokai között térköz van hagyva, ugyanakkor a belső foglalat felső homloka felőli oldalon egy kúp alakú, gyűrűs rés közbeiktatásával elrendezett áramlásszabályozó elem van felszerelve, amelynek csúcsa felfelé mutat.

A túlfolyó szerkezet ilyen kialakítása olyan reaktoroknál ajánlatos, amelyek erősen szennyezett folyadékokkal üzemelnek, melyek olyan finomdiszperz részecskéket tartalmaznak, amelyek szűrőelemek eltömődését okozhatják.

Nem kevésbé célszerű, ha. az oszlop legfelső szakaszában egy tölcsér alakú elem van elrendezve, amely átfedi a szakasz keresztmetszetét és összeszűkülő részével lefelé néz, nyitott alsó vége pedig a legfelső szakasz alsó részében helyezkedik el, emellett kúposán összetartó falában gázelvezetésre szolgáló, érintőlegesen elrendezett nyilasok vannak kialakítva.

A tölcsérszerü elem elrendezése főként olyan folyadékok feldolgozásához van előirányozva, amelyek az átszellőztető (barbotáló) gáz hatására habosodásra hajlamosak, mivel a tölcsérszerű elem a hab összeesését váltja ki.

A találmány értelmében előnyös, ha a válaszfalak nyílásai csonkakúp alakúak, amely csonkakúp kisebbik alapfelülete lefelé néz, emellett mindegyik válaszfal perforált felülete az oszlop belső keresztmetszeti felületének 0,1-1,0%-át teszi ki.

A válaszfalak perforációjának ilyen kivitelezése lehetővé teszi a gázfogyasztás minimalizálását a katalizátor előírt keveredési intenzitásának megőrzése mellett, ezenkívül megakadályozza a katalizátorrészecskék étjutását a nyílásokon és ez utóbbiak eldugulását.

A találmány szerinti biokatalitikus reaktorok lehetővé teszik meglehetősen egyszerű szerkezeti felépítésűk mellett a biokatalitikus folyamatok intenzivebbé tételét, a biokatalizátorok hatékonyságának a növelését, szubsztrátumként zavaros és kolloid oldatok, katalizátorként viszont olyan enzimek és sejtek alkalmazását, amelyek mind kemény ásvá4 nyi, mind pedig puha szerves hordozókon immobilizélhatók, emellett a levegőztetéshez mind inért, mind pedig aktív gázközegek felhasználását lehetővé teszik.

A találmányt részletesebben konkrét kiviteli példák kapcsán, a csatolt rajz alapján ismertetjük.

A rajzon az 1. ábra egy találmány ezerinti biokatalitikus reaktor vázlatos hosszmetszete, oszlopon kívül felszerelt túlfolyó szerkezetekkel, a 2. ábra az 1. ábra II—II vonala szerinti metszet, a 3. ábra egy biokatalitikus reaktor vázlatos- hosszmetszete, a perforált válaszfalakra felszerelt túlfolyó szerkezetekkel, a 4. ábra a 3. ábra A egysége nagyobb méretarányban, hosszmetszetben, az 5. ábra egy biokatalitikus reaktor vázlatos hosszmetszete, az egyes szakaszokon belül felszerelt túlfolyó szerkezetekkel, míg a 6. ábra az 5. ábrán látható B egység nagyobb méretarányban, hosszmetszetben.

Az 1. ábrán látható találmány szerinti biokatalitikus reaktor 1 oszlopból áll, amely perforált 2 válaszfalak által 3, 4, 5, szakaszokra van felosztva. Az 1 oszlophoz 6 fedélen keresztül 7 csöcsonk van csatlakoztatva, amely a folyadék (szubsztrátoldat) bevezetésére szolgál, míg az 1 oszlop alján az oszlopon áthaladt folyadék elvezetésére szolgáló 8 csőcsonk van kialakítva. Mindegyik 3, 4, 5 szakasz felső részén egy-egy 9 csőcsonk van a katalizátor betöltésére illetve alsó részén egy-egy 10 csőcsonk a katalizátor eltávolítására kiképezve, mely utóbbi 11 zárószerkezettel van ellátva. Az 1 oszlop legalsó részében 12 kamra van kialakítva, amely 13 csőcsonkon keresztül egy (a rajzon föl nem tüntetett, nyomás alatti gázforrással áll öszszeköttetésben. A 12 kamrát a perforált 2 válaszfal választja el az 5 szakasztól. A folyadék átáramlása az egyes felsőbb szakaszokból a szomszédos alsóbb szakaszokba 14 túlfolyó szerkezeteken keresztül történik.

A 14 túlfolyó szerkezetek, amelyek a mindenkori felsőbb szakaszt a szomszédos alsóbb szakasszal kötik össze, egymással azonosan vannak kialakítva, ezért a leirás további részében minden megállapítás valamely túlfolyó szerkezettel kapcsolatban értelemszerűen vonatkozik az adott reaktor valamennyi túlfolyó szerkezetére. Mindegyik 14 túlfolyó szerkezet tartalmaz egy 15 hengert, amely az 1 oszlopon kívül, például a felső 3 szakasz mentén van elrendezve; a 15 henger 16 és 17 csővezetékeken keresztül összeköttetésben áll a felső 3 szakasz felső illetve alsó részével. A 15 hengeren belül 18 cső

HU 201113 Β van elhelyezve, amelynek felső nyitott vége a 3 szakasz közepe fölé, az ezen szakaszban előirányzott folyadékszint magasságáig ér. A 18 cső másik vége 19 csővezetéken keresztül a szomszédos alsóbb 4 szakasz 10 csöcsonk- 5 jával áll összeköttetésben. A 19 csővezeték a 4 szakasz és a 11 zárószerkezet között van a 10 csöcsonkra rákapcsolva. A katalizátor 3 szakaszban való visszatartása érdekében a 16 és 17 csővezetékek becsatlakoztatása kö- 10 zötti tartományban 20 azűröelem van beépítve, mint amilyen az ismertetett példában alkalmazott szürőháló, amelynek lyuknagysága kisebb, mint a felhasznált katalizátor részecskéinek átmérője. A fent ismertetett 14 15 túlfolyó szerkezetek főként viszonylag kis méretű biokatalitikus reaktoroknál kerülhetnek alkalmazásra.

A felső 3 szakasz felső részében egy tölcsérszerű elem (a leírás további részében 20 21 tölcsér) van felszerelve. A 21 tölcsér széles részével átfedi a 3 szakasz keresztmetszetét, mig összeszűkülő része a 3 szakasz alsó részében olyan távolságra helyezkedik el a 2 válaszfaltól, amely elengendő a folya- 25 dék 21 tölcsérből való kiömléséhez, amely folyadék a 21 tölcsérbe a 7 csőcsonkon keresztül áramlik be. A 21 tölcsér kúpos falán érintőlegesen elrendezett nyílások vannak, amelyekhez a gáz áthaladását biztositó 22 30 csőcsonkok vannak csatlakoztatva, amint ez a 2. ábrán látható. Ezek a nyílások és a 22 csöcsonkok a habosodás kiküszöbölésére szolgálnak hirtelen habképződés esetén a felső 3 szakaszban. 35

A gáz valamennyi 3, 4, 5 szakaszon való optimális áthaladási feltételeinek biztosítása érdekében a katalizátor előirányzott keveredési intenzitása mellett, valamint a katalizátorrészecskéknek a 2 válaszfalakban levő 23 40 nyílásokon (perforáción) kereeztül történő át jutásának és a 23 nyílások eldugulásának elkerülése érdekében mindegyik 2 válaszfal perforációjának felülete az 1 oszlop keresztmetszeti felületének 0,1-1,0%-át teszi ki és a 45 2 válaszfalak 23 nyílásai csonkaküp alakkal vannak kiképezve, amelynek kisebbik alapfelülete lefelé néz. Ez az alak a katalizátor folyadékkal való intenzív cirkulációját váltja ki a 2 válaszfalon keresztül. 50

A kivánt hőmérséklet mindegyik 3, 4, 5 szakaszban való fenntartása érdekében 24 hócserélőelemek vannak felszerelve, amelyek tetszőleges kialakításúak lehetnek a célnak megfelelő szerkezetek közül. 55

Azoknál a reaktoroknál, amelyeknek viszonylagos nagy az átmérőjük, mindegyik 25 túlfolyó szerkezet, amely egy felsőbb, például 3a szakaszt egy szomszédos alsóbb, például 4a szakasszal köt össze, az alábbiak sze- 60 rint, a 3. ábrán látható módon van kialakítva. A 25 túlfolyó szerkezetnek van egy felülről nyitott 26 hengere, amely a felsőbb 3a szakaszban van felszerelve. A 4. ábrán jól látható 26 henger nyitott vége olyan magas- 65 ságban helyezkedik el, amely a 3a szakaszban előirányzott folyadékszintnek felel meg. A 26 hengeren belül 27a hosszanti résekkel ellátott 27 cső van átvezetve, ahol a 27a hosszanti rések a folyadék és gáz 27 csőbe való átvezetésére szolgálnak. A 27 cső alsó vége 28 csővezetéken keresztül az alsóbb 4a szakasz alsó részével áll összeköttetésben. A 26 henger körül egy perforált 29 foglalatként kialakított szűróelem van elhelyezve, amely felül 30 fedéllel van lezárva és a 2a válaszfalra támaszkodik. A 27 cső nyitott vége áthalad a 30 fedélen. Ebben a példában a katalizátor elvezetésére szolgáló, 3. ábrán látható 10 csöcsonkok 11 zárószerkezeteken keresztül közös 31 csővezetékre vannak csatlakoztatva, ami lehetővé teszi, hogy a katalizátort bármely szakaszból egy tetszőleges másik , szakaszba átvezethessük. Mindegyik 3a, 4a, 5a szakasz oldalfala 32 szerelőnyílással van ellátva, ami lehetővé teszi a szűróelem állapotának ellenőrzését és adott esetben cseréjét. Egyebekben a 3. ábrán bemutatott reaktor az előzőleg ismertetett reaktorral analóg módon van felépítve.

Olyan reaktorokban, amelyek zavaros és szennyezett folyadékokkal való üzemelésre vannak előirányozva, ezen reaktorok mindegyik 33 túlfolyó szerkezete két koaxiálisán elrendezett 34 és 35 foglalatot tartalmaz, amint az az 5. ábrán is látható. A külső 34 foglalat felső nyitott vége a 3b szakaszban levő folyadékszint alatt helyezkedik el és a folyadék áramoltatására szolgál. A belső 35 foglalat alsó részében a 6. ábrából jól kivehető módon átmenő 36 nyílások vannak kialakítva, amelyek a 34 és 35 foglalatok belső tereit kötik össze egymással. A 35 foglalaton belül 37 cső van elhelyezve, amelynek felső nyitott vége a külső 34 foglalat felett van elrendezve, míg alsó vége a szomszédos alsóbb 4b szakasz alsó részével áll összeköttetésben. A 37 csőre egy 38 áramlásezabályzó elem van felerősítve, amely kettős kúpként van kialakítva, amely kúpok alapfelületei egymás felé vannak fordítva. A 38 áramlásszabályzó elem 39 térközzel van a 34 és 35 foglalatok alsó homlokaihoz képest felszerelve.

A 38 áramlasszabályzó elem felső kúpja és a 34, 35 foglalatok homlokai közötti 39 térköz a katalizátor részecskék elvezetésére szolgál a 34, 35 foglalatok és a 38 áramlásszabályzó elem alsó kúpja közötti térből - a gáznak a 34 és 35 foglalatok közé való bejutásának megakadályozására.

A belső 35 foglalat felső részében egy másik 40 áramlásszabályzó elem van felszerelve, egy 41 gyűrű alakú réssel a 40 áramlásszabályzó elem és a 35 foglalat között. A 40 áramlásszabályzó elem kúpként van kialakítva, amelynek csúcsa felfelé néz, és amely megakadályozza a hab által magával ragadott katalizátor részecskék bejutását a 37 csőbe.

HU 201113 Β

Az adott példakénti kiviteli alaknál a folyadék a 33 túlfolyó szerkezet 37 csövéből 42 kamrába kerül, ahonnan 43 csővezetéken keresztül a szomszédos alsóbb szakasz alsó részében levő 10 csőcsonkba folyik. A 42 kamra egy pH-érzékeló esetleges elrendezésére és titrálás céljából alkáli vagy sav bevezetésére alkalmas módon van kialakítva, ami azon folyamatok esetében szükséges, amelyeknél a közeg pH értéke változik. Egyébként az 5. ábrán bemutatott reaktor felépítése hasonló a korábban már ismertetett típusokéhoz.

A biokatalitikus reaktor 1. ábrán bemutatott kiviteli alakjának működésmódja a következő:

A reaktor beindításához kinyitjuk valamennyi, a katalizátor betöltésére szolgáló 9 csócsonkot és a 13 csőcsonkon keresztül megindítjuk a gázbevezetést. Ezután a legalsó 5 szakaszba a 9 csőcsonkon keresztül katalizátor-szuszpenziót öntünk be (továbbiakban szubsztrátumnak nevezett) szubsztrátoldatba, mégpedig olyan mennyiségben, amekkorát ezen szakasz működésén előzetesen meghatároztunk. A katalizátor és a szubsztrátum mennyiségét az 5 szakaszban a 14 túlfolyó szerkezet folyadékelvezetésre szolgáló 18 csövének elrendezési magassága határozza meg. Ezután á legalsó 5 szakasz 9 csőcsonkját lezárjuk, és hasonlóképpen járunk el mindegyik magasabban elhelyezkedő 4, 3 szakaszban. A 12 kamrába a 13 csőcsonkon keresztül bevezetett gáz fokozatosan átáramlik az 5, 4, 3 szakaszok 2 válaszfalainak 23 nyílásain keresztül, miközben az ezekben levő katalizátort fluidizált állapotba hozza, végül a reaktort a 21 tölcsér 22 csőcsonkján keresztül hagyja el, amelynek habroncsoló szerepe van. A reaktor működésébe bekapcsoljuk a 24 hócserélőelemeket is és a reaktorban levő katalizátort illetve szubsztrátumot automatikus szabályozással állandó hőmérsékleten tartjuk.

Ezt követően kezdjük meg a folyamatos szubsztratum-bevezetést az 1 oszlopba a 7 csócsonkon keresztül, miközben a szubsztrátumfogyést a megvalósítandó reakció kinetikája határozza meg. A szubsztrátum lefolyik a 21 tölcsér falain és a felső 3 szakaszba kerül. Itt a szubsztrátum kölcsönhatásba kerül a fluidizált katalizátorral és a 20 szűrőelemen keresztül a 17 csővezetékben a 15 hengerbe jut, amelyben a szubsztrátum elvezetésére szolgáló 18 cső van elhelyezve; ezen 18 cső felsó nyitott vége határozza meg a szubsztrátum szintjét a 3 szakaszban, míg a többlet szubsztrátum a 18 csövön és a 19 csővezetéken keresztül az alatta levő 4 szakaszba áramlik, ahol egy újabb adag katalizátorral kerül kölcsönhatásba, majd az előbbi folyamat ismétlődik. Az utolsó 5 szakaszból a szubsztrátum a 12 kamrába jut és a reaktort a 8 csócsonkon keresztül hagyja el.

A reaktor rövid idejű leállítása a katalizátor eltávolítása nélkül is lehetséges, ha a gázbevezetést a 13 csőcsonkon keresztül leállítjuk és az 1 oszlop mindegyik 3, 4, 5 szakaszának tömítettségét megőrizzük. A 24 hőcserélőelemeket eközben ki kell kapcsolni, hogy kizárjuk a katalizátor és a szubsztrátum esetleges túlhevitését. A reaktor újbóli beindításához ez esetben elégséges, ha ismét megkezdjük a gáz és a szubsztrátum reaktorba való bevezetését.

A szubsztrátum reaktorba való bevezetését a reaktor hidrodinamikai és hőviszonyainak megzavarása nélkül bármikor leállíthatjuk.

A reaktor működése során nem következik be a katalizátor átáramlása egyik szakaszból a másikba. A katalizátor elhasználódás utáni eltávolítását az egyes szakaszokból a 10 csőcsonkokon keresztül, nyitott 11 zárószerkezetek mellett valósítjuk meg.

A 3. ábrán bemutatott biokatalitikus reaktor lényegében a fentiekkel analóg módon működik. 25 túlfolyó szerkezetek felépítése lehetővé teszi nagyobb felületű szűrőelemekkel rendelkező reaktorok létrehozását, ami különösen fontos a viszonylag nagy átmérőjű és teljesítményű reaktoroknál. Ezáltal megjavulnak a szűrőelemek cseréjének feltételei is az üzemeltetés alatt.

Ez a reaktor a következőképpen működik: A 3a szakaszba kerülő szubsztrátumot fluidizált katalizátorral kezeljük, majd a szubsztrátum áthatol a szűrést végző 29 foglalaton, átfolyik a 26 henger peremén, és a 27a hosszanti réseken átlépve a 28 csővezetéken keresztül az alatta elhelyezkedő 4a szakaszba folyik. A 29 foglalat és a 4a szakasz belső terei közötti nyomáskiegyenlités céljából a 27 cső felfelé ki van vezetve a 3a szakaszban levő szubsztrátum szintje fölé és a 27a hosszanti réseken keresztül a 3a szakasz gázterével áll összeköttetésben.

A 5. ábrán feltüntetett biokatalitikus reaktorban a katalizátort a 33 túlfolyó szerkezetben elválasztjuk a szubsztrátumtól, ami lehetővé teszi, hogy olyan szubsztrátumokkal dolgozzunk, amelyek finom diszperz vagy kolloid részecskéket tartalmaznak, vagy olyan szubsztrátumokkal, amelyekben a feldolgozás során hasonló * részecskék képződnek. A katalizátor szubsztrátummal alkotott szuszpenziójának keringtetett áramai, amelyek a 3b szakaszban a gáz ezen való áthaladásakor keletkeznek, a hengeres 34 és 35 foglalatok közötti üregbe kerülnek fentről lefelé.

Eközben az ebben az üregben kiváló katalizátor a 39 térközön keresztül a 38 áramszabályzó elemen átjutva visszakerül a 3b szakaszba, míg a katalizátortól részben megtisztított szubsztrátum a 36 nyilasokon keresztül behatol a 35 foglalat belsejébe, ahol végleg megszabadul a katalizátortól és a

-5HU 201113 Β 10 csövön keresztül az alatta levő 4b szakaszba jut.

A reaktorba ez esetben bevezetett szubsztrátum mennyiségét a katalizátor belső hengeres 35 foglalatban való kiválásának fel- 5 tételei szerint határozzuk meg.

A találmány szerinti biokatalitikus reaktornak az ismert berendezésekhez képest kicsi a hidraulikus ellenállása, még finomdiszperz katalizátorok alkalmazása esetén is. A 10 reaktor tetszés szerinti számú szakasszal rendelkezhet. A katalizátor szubsztrátummal való intenzív keveredése révén az anyagátmenet felületi diffúzióból adódó ellenállását maximálisan leredukáljuk, a kicsapódási tér- 15 mékek leülepedését a katalizátor szemcséire pedig kiküszöböljük, ami lehetővé teszi, hogy olyan szubsztrátumokkal dolgozzunk, amelyek finomdiszperz vagy kolloid részecskéket tartalmaznak. A fentiek összeségükben megnő- 20 vélik a katalizátor fajlagos teljesítményét.

A találmány szerinti biokatalitikus reaktorok kísérleti modelljeit két különböző léptékben készítettük el, ahol az egyes szakaszok munkatérfogata 2,5 illetve 32 liter, az 25 oszlopok belső átmérője 140 illetve 300 mm, mig az összmagasság 2300 illetve 7000 mm. Mindegyik reaktor négy szakaszt tartalmaz.

A kísérletek kimutatták, hogy a lépték változtatása a folyamat hatékonyságát nem befő- 30 lyásolja.

Ezek a reaktorok igen nagy hatékonyságot mutattak 20-30%-os keményitőszirup immobilizált glükoamiláz. általi hidrolizálásában, glükóz-fruktözszirup immobilizált glü- 35 kózizomerázzal való előállításánál, szacharóz immobilizált invertáz általi hidrolizálásánál, laktóz immobilizált laktáz általi hidrolizálásánál tejsavóban, L-metionin acetil-DL-metioninból immobilizált aminoacilázzal való elóálli- 40 tásánál, 6-aminopenicillénsav benzilpenicillinból immobilizált bétalaktamázzal való előállításánál. A reaktor teljesítménye, amely 1 kg száraz katalizátorra vonatkoztatva egy óra alatt előállított termék-kilogrammban fejezhe- 45 tő ki, a szubsztrátum meghatározott átalakulási fokánál valamennyi vizsgált eljárás esetében nagyobb volt, mint a rögzített katalizátorréteggel rendelkező oszlopos reaktoroknál. Katalizátorként felhasználásra kerültek 50 mind olyan enzimek, amelyek vegyi eljárás után ásványi hordozón (Silochrom, lettek immobilizálva, mind pedig olyan enzimek, amelyek poliakrilamidgél részecskéibe lettek beépítve; valamennyi esetben csekély mértékű 55 volt a hordozóanyag károsodása.

A találmány szerinti biokatalitikus reaktor legcélszerűbben az élelmiszer-, gyógyszer- és vegyiparban kerülhet alkalmazásra, olyan folyamatok megvalósítására, amelyekben 60 katalizátorként immobilizált enzimek vagy sejtek kerülnek felhasználásra, vagyis olyan enzimek és sejtek, amelyek diszperz hordozók részecskéin vannak rőgzitve vagy gél részecskéibe vannak beépítve. 65

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Biokatalitikus reaktor, amely folyadék be- és elvezetésére szolgáló csőcsonkokkal ellátott oszlopból áll, amely oszlop teljes felületükön perforált válaszfalak révén szakaszokra van felosztva, ahol a szakaszok mindegyike katalizátor be- és elvezetésére szolgáló csöcsonkokkal van ellátva, azzal jellemezve, hogy az oszlop (1) alsó részében egy kamra (12) van kialakítva, amely nyomás alatti gázforrással áll összeköttetésben és a legalsó szakasztól (5) perforált válaszfal (2) által van elválasztva, emellett a szomszédos szakaszok (3,4; 4,5) folyadék átlépését biztosító túlfolyó szerkezetek (14, 25, 33) révén vannak egymással összekötve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti biokatalitikus reaktor azzal jellemezve, hogy mindegyik túlfolyó szerkezét (14) egy az oszlopon (1) kívül, két szomszédos szakasz (3, 4 illetve 4,5) közül a felsőbb szakasz (3 illetve 4) mentén elrendezett és ezen szakasz (3 illetve 4, felső és alsó részével összeköttetésben álló hengerből (15), egy a hengerbe (15) szerelt olyan csőből (18), amelynek nyitott vége a szakasz (3 illetve 4) közepe felett helyezkedik el, mig másik vége az alsóbb szakasz (4 illetve 5) alsó részével áll összeköttetésben, valamint egy szűrőelemből (20) áll, amely a felsőbb szakaszban (3 illetve 4), az említett henger (15) két becsatlakoztatása közötti tartományban van elhelyezve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti biokatalitikus reaktor, azzal jellemezve, hogy mindegyik túlfolyó szerkezet (25) tartalmaz egy felülről nyitott hengert (26), amely két szomszédos szakasz (3a, 4a illetve 4a, 5a) közül a felsőbb szakaszban (3a illetve 4a) van elhelyezve és amelynek belsejébe egy folyadék és gáz átáramlását biztositó hosszanti résekkel (27a) ellátott ceő (27, van beépítve, amelynek alsó vége a szomszédos alsóbb ezakasz (4a illetve 5a) alsó részével áll összeköttetésben, valamint egy szüröelemet, amely felülről perforált foglalatként (29) van kialakítva és a perforált válaszfalon (2a, van alátámasztva, ahol a cső (27) nyitott vége a foglalat (29) felett van elrendezve.
4. 4. Az 1. igénypont szerinti biokatalitikus reaktor, azzal jellemezve, hogy mindegyik túlfolyó szerkezet (33) két koaxiálisán elrendezett foglalatot (34, 35, tartalmaz, · amelyek két szomszédos szakasz (3b, 4b, illetve 4b< 5b) közül a felsőbb szakaszban (3b illetve 4b) vannak elhelyezve, ahol a belső foglalat (35) alsó részében folyadék átáramlását biztosító átmenő nyílások (36) vannak kialakítva és ezen foglalatba (35) egy cső (37) van bevezetve, amelynek felső vége a külső foglalat (34) fölött helyezkedik el, míg alsó vége a szomszédos alsóbb szakasz (4b illetve
5. 5b) alsó végeivel áll összeköttetésben és a

   -611

   HU 201113 Β csövön (37) közös alapfelületű két kúpként kialakított áramlásszabályzó elem (38) van elrendezve, ahol ezen áramlásszabályzó elem (38) és a foglalatok (34, 35) alsó homlokai között egy térköz (39) van hagyva, ugyan- 5 akkor a belső foglalat (35) felső homloka felőli oldalon egy kúp alakú, gyűrű alakú rés Ml) közbeíklalówival elrendezett árnniláeszabályzó elem (40, van felszerelve, amelynek csúcsa felfelé néz. . 10

   5. Az 1-4. igénypontok bármelyike szerinti biokatalitikus reaktor azzal jellemezve, hogy az oszlop (1) legfelső szakaszában (3,

   3a, 3b, egy tölcsér (21) van felszerelve, amely átfedi az oszlop (1) keresztmetszetét 15 és szűkülő részével lefelé néz, nyitott alsó vége pedig a legfelső szakasz (3, 3a, 3b) alsó részében helyezkedik el, emellett kúposán összetartó falában érintőlegesen elrendezett gázelvezető nyílások vannak kialakítva. 20
6. 6. Az 1. igénypont szerint biokatalitikus reaktor, azzal jellemezve, hogy a válaszfalak (2) nyílásai (23) csonkakúp alakúak, amely csonkakúp kisebb alapfelülete lefelé néz, emellett minden válaszfal (2) perforált felüle- 25 te az oszlop (1) belső keresztmetszeti felületének 0,1-1,0%-át teszi ki.