NO342290B1 - Reaktor for enzymatisk hydrolyse av et råmateriale - Google Patents

Abstract

Reaktor for enzymatisk hydrolyse av et råmateriale, omfattende i rekkefølge: i) - en første varmeveksler (HEX1) innrettet til å varme opp råmateriale som skal tilføres reaktoren til en temperatur innenfor et område som favoriserer enzymatisk hydrolyse, ii) - en reaktor omfattende flere i serie koblede reaktorkamre (R1-R6) atskilt av lukkbare ventiler (V1-V6) , iii) -en andre varmeveksler (HEX2) innrettet til å varme reaksjonsblandingen til en temperatur høyere enn det temperaturområdet som favoriserer enzymatisk hydrolyse, samt at reaktoren er formet med hellende, rørformede reaktorkamre (R1-R6) sammenstilt under dannelse av en reaktor med vertikal akse, idet det første reaktorkammer (R1) er det vertikalt øverste kammer av reaktoren idet minst ett reaktorkammer er innrettet til å bli omrørt med en gjennomstrømmende inertgass.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en reaktor for enzymatisk hydrolyse av et råmateriale av den type som fremgår av ingressen til patentkrav 1.

Bakgrunn

Ved eksempelvis enzymatisk behandling av organisk materiale med tanke på hydrolyse (nedbryting) er det en forutsetning for vellykket resultat at man har kontroll med temperatur i materialet og tiden enzymene er i kontakt med materialet (kontakttid). For lang eller for kort kontakttid vil begge være negativt for produktet av prosessen og kan skape problemer for videre prosessering av materialet og/eller være negativt for kvaliteten av det ferdige produktet fra en framstillingsprosess. Riktig kontakttid er altså det sentrale her.

Ved bruk av industrielle enzymer for hydrolysering eller en annen form for enzymatisk prosess, tilsettes de aktuelle enzymer i et råstoff. Etter at enzymene er tilsatt og fordelt i råstoffet, er det viktig at blandingen blir omrørt hele tiden for å oppnå god kontakt mellom enzymene og råstoffet. Samtidig er det som nevnt viktig at enzymene er i kontakt med råstoffet et gitt tidsintervall. Når dette tidsintervallet er oppnådd, er det videre meget viktig at enzymatisk nedbryting opphører raskt for at prosessen ikke skal gå for langt. Dette gjøres vanligvis ved å varme opp blandingen av råstoff og enzymer til en temperatur slik at enzymene ødelegges (inaktiveres).

Tilsvarende utfordring gjelder også for et antall andre kjemiske prosesser der det er viktig med en mest mulig homogen blanding av inngående komponenter og en kontrollert reaksjonstid som verken kan være vesentlig kortere eller vesentlig lengre enn det optimale dersom ønsket kvalitet på sluttproduktet skal kunne oppnås.

Den enkleste måte å oppnå riktig kontakttid på, er å bruke reaktorer basert på ”batch-prinsippet”. Ved batch-kjøring holder man et definert volum (en tank e l) under gitte betingelser i et visst tidsrom, og deretter stopper man prosessen. Ved enzymatiske prosesser brukes som sagt oppvarming for å inaktivere enzym. I en industriell produksjon har man gjerne store volumer i prosess, og dersom man kjører såkalt ”batch”, vil det være vanskelig å varme opp et stort batchvolum hurtig nok. Et alternativ er å ha svært mange små batch-volumer, men dette vil føre til uforholdsmessig høye kostnader med hensyn på teknologi.

Det er også andre ulemper ved batch prosesser sammenlignet med kontinuerlige prosesser uavhengig av om prosessene har å gjøre med enzymatisk behandling. En slik ulempe er langt hyppigere start og stopp av prosessene. Dette er arbeidsintensivt og vanskeligere å automatisere enn kontinuerlige prosesser. Samtidig kan driftsbetingelsene under start og stopp gjerne variere mer enn det som er ønskelig.

Ønskemålet er å ha en kontinuerlig gjennomstrømming av homogent blandet råstoff der prosessen inaktiveres etter et gitt tidsintervall. Å la en kontinuerlig strøm av råstoff gå gjennom en stor, totalomblandet (”complete mix”) beholder er ingen god løsning fordi kontakttiden mellom de enkelte komponenter da vil være meget vanskelig å styre.

En reaktor for enzymatiske behandling av råmateriale er kjent fra norsk patent nr.322996 (WO 2006126891). Behandlingen skjer i en hovedsakelig vertikalt anordnet reaktor med atskilte reaktorkamre hvor materialet i hvert kammer blandes mekanisk med en omrører og overføres til et tilgrensende kammer nedenfor ved utnyttelse av gravitasjonskrefter. Reaktoren skal sikre konsistent oppholdstid og konsistente betingelser for alt materiale som behandles.

Fra US patent nr.5733758 er det kjent et apparat for enzymatisk hydrolyse og fermentering av forbehandlet lignocellulosemateriale. Reaktoren er tårnformet og omfatter blandere for å holde materialet godt blandet. Materialet, i form av en flytende oppslemming blir pumpet opp eller ned gjennom reaktoren og blir periodisk blandet i løpet av prosessen.

Fra WO 95/06111 A1 er det kjent rørformede fotobioreaktorer for industriell dyrking av fotosyntetiske mikroorganismer. Reaksjonsrørene er svakt skråstilt med inntil 6 graders helning, og det kan blåses inn luft for å assistere bevegelsen av materialet fra en lave enden av reaktoren mot den høyere.

WO 2013/18461 beskriver en fremgangsmåte og et apparat for (mikro) lufttilsetning til storskala fermenteringsanlegg. Systemet inkluderer en fermenteringsreaktor, en boblekammer og en gassblanding som tilsettes fermenteringsapparaturen via boblekammeret. Gassblandingen har svært lav oksygenkonsentrasjon og en inert bæregass som fortrinnsvis er nitrogen.

Fra US patent nr.5141861 er det kjent en flertrinns reaktor-separator for fermentativ produksjon av flyktige, hindrende produkter fra ikke-flyktige substrater. Reaktoren omfatter tank med omrøring og en pakket eller skiveinndelt kolonneseparator. Hver reaktor eller separator utgjør et trinn og mange slike trinn kan stables i ett tårn for å danne en reaktor-separator hvor gass strømmer medstrøms med væske i en anrikende seksjon og hvor gass strømmer motsrøms væske i en strippeseksjon. Ved en bruk av reaktoren kan et flyktig fermenteringsprodukt bli dannet og separert til en gassfase.

For behandling spesielt av marint råmateriale er det av betydning at ombordprosessering skjer snarest mulig etter fangst. Det er således viktig at dette kan skje i et anlegg som er kompakt og som har slike egenskaper at det i liten grad påvirkes av bølger som kan få et fartøy til å krenge.

Formål.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et system og/ eller en reaktor for hydrolyse av råmateriale som er i stand til å gi konsistente reaksjonsbetingelser for alt materiale som tilføres, uavhengig av endringer i ytre forhold.

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en reaktor som gjør det mulig å oppnå fordeler knyttet til så vel satsvise prosesser som kontinuerlige prosesser når kontakttiden mellom inngående komponenter i en prosess er en kritisk parameter for produktkvaliteten.

Det er videre et formål å oppnå det ovenfor nevnte med midler som er hensiktsmessige og rimelige i industriell skala.

Det er et spesielt formål å tilveiebringe en reaktor for hydrolyse av marint råmateriale om bord i et fangstfartøy med begrenset plass, som er i stand til å gi konsistente reaksjonsbetingelser under varierende vind og bølgeforhold.

Oppfinnelsen

De ovenfor nevnte formål er oppnådd gjennom en reaktor som definert i patentkrav 1.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Materialet som behandles i reaktoren er delvis omtalt som ”råstoff(et)”, delvis som ”materialet”.

Reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse lar seg fremstille kompakt ved at reaktoren ytre sett kan gis form av en stående sylinder hvor reaktorkamrene ligger med en gitt helning i forhold til horisontalplanet, mens reaktoren totalt sett har en generell vertikal orientering. Reaktorkamrene er rørformede, og har fortrinnsvis sirkulært tverrsnitt med forbehold blant annet som følger av de viste figurer og redegjørelsen av disse. Helningen på hvert kammer kan variere, men er fortrinnsvis minst 1/10 (vertikalt/ horisontalt)[5,7 grader]. For enkelte utførelsesformer kan helningen være 1/5 [11,3 grader].

Nødvendig varmeveksling lar seg realisere konsentrisk med og innenfor denne vertikale kveil av reaktorkamre. Omrøringen finner sted ved hjelp av tilført inertgass som bobles gjennom reaktorkamrene. Ventiler mellom hvert reaktorkammer sikrer ensartet oppholdstid i hvert reaktorkammer og derfor ensartet oppholdstid totalt sett i reaktoren. Flytting av delvis behandlet materiale fra ett reaktorkammer til det neste kan gjøres ved å tilføre et overskudd av trykk av den samme inerte gass som benyttes til omrøring mens oppstrøms ventil er lukket og nedstrøms ventil et åpen i det aktuelle reaktorkammer.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning til de vedlagte figurer hvor

Figur 1 viser i perspektiv en første utførelsesform av reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse Figur 2 viser skjematisk ett reaktorkammer ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse Figur 3 viser skjematisk et snitt av visse detaljer av den på figur 1 viste utførelsesform

Figur 4 viser skjematisk ytterligere detaljer av den på figur 1 viste utførelsesform.

Figur 5 viser skjematisk et flytskjema for en prosess som gjør nytte av reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 6 viser skjematisk og forenklet et toppriss av reaktoren vist i figur 1

Figur 7 viser skjematisk og forenklet et toppriss av en reaktor ifølge foreliggende oppfinnelse som utgjør en variant i forhold til den som er vist i figur 1.

Figur 8 viser et sideriss av en ytterligere utførelsesform av reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse.

Figur 1 viser generelt en utførelsesform av en reaktor ifølge foreliggende oppfinnelse. Et antall reaktorkamre R1-R6 kveiler seg helisk ovenfra og nedover i reaktoren som totalt sett kan sies å ha en vertikal orientering eller en vertikal akse. Et vilkårlig reaktorkammer kan betegnes Ri hvor i er å oppfatte som en indeks. Hvert reaktorkammer Ri utgjør i omkretsretningen nær 360 grader, det vil si en full sirkel. Hvert reaktorkammer Ri er fulgt av en ventil Vi, hvor i er å oppfatte som en indeks, som skiller det fra neste kammer. Reaktorkammer R1 er således fulgt av ventil V1.

Ventilene V1-V5 som skiller kamrene fra hverandre, ligger i den viste utførelsesform på linje over hverandre. Dette er av praktiske grunner og er ikke noen forutsetning for funksjonen av reaktoren. Nedenfor reaktorkamrene er det tre pasteuriseringskamre P1-P3, i den viste utførelsesform av hovedsakelig samme form og størrelse som reaktorkamrene. Disse er igjen skilt av ventiler, nummerert som VP1 og VP2. Det eksakte antall reaktorkamre og pasteuriseringskamre kan variere.

Figur 1 viser også tilførselsledning 01 for råmateriale, uttaksrør 02 for ferdig behandlet materiale. Videre vises en trykkbeholder 13 for inertgass, et antall rør 10 for inertgass til hvert av reaktorkamrene og pasteuriseringskamrene, en samlestokk 11 for benyttet inertgass og en returledning 14 for retur av den benyttede inertgassen til beholderen 13, via en kompressor 12.

Inertgassen slippes ut fra reaktorkamrene via ventiler generelt benevnt RVi (hvor i er å oppfatte som en indeks). Tre av disse er vist med nummer i figur 1, RV1-RV3.

Figur 1 viser også en tilførselsledning 03 for luft til minst én varmeveksler samt utløp 04 for luft fra en varmeveksler betegnet HEX2. I praksis vil det typisk bli benyttet to varmevekslere slik det er redegjort for senere.

Figur 1 viser også en rørledning 17 for behandlet materiale fra reaktorkammer R6 inn til varmeveksler HEX2. Videre vises en rørledning 16 fra øvre del av varmeveksler HEX2 til innløpet av pasteuriseringskammer P1. Figur 1 viser også en del av en rørledning 18 som bringer varmevekslet råmateriale inn til reaktorkammer R1.

Figur 2 Viser et snitt av ett enkelt reaktorkammer, her tilfeldig valgt ut reaktorkammer 3. En forskjell fra utførelsesformen vist i figur 1, er at dette reaktorkammeret for enkelhets skyld er vist som et rett kammer. Det er for øvrig fullt mulig å realisere foreliggende reaktor med rette kamre. Materialinnløpet til reaktorkammer R3 er via ventilen V2 til høyre på figuren mens utløpet er via ventilen V3 til venstre på figuren. Gjennom helningen på reaktorkammeret vil materialflyten være assistert av gravitasjonskraften. I figur 2 er helningen på reaktorkammeret ca.1/10. Dette er ofte tilstrekkelig også i praksis, men kan i noen tilfeller være større, for eksempel 1/5. Inertgass, typisk nitrogen, blir innført via tilførselsledning 10 nær nedstrøms ende av reaktorkammeret og slippes ut via utslippsstuss 21 nær oppstrøms ende av reaktorkammeret. Under behandling er begge ventiler V2 og V3 stengt, slik at materialet for et begrenset tidsrom holdes stasjonært i reaktorkammeret. Slik pilene indikerer, vil transporten av inertgass gjennom kammeret føre til en sirkulasjon av materialet i kammeret. Inertgassen benyttes således til effektiv agitering av massen til behandling. Det er en inngående ventil IV3 på tilførselsledning 10 inn til reaktorkammeret og det er likeledes en returventil RV3 på utløpsstussen 21 for gass til samlestokken 14.

Når reaktorkammer 3 skal tømmes, lukkes returventil RV3 og reaktorkammeret tilføres et valgt overtrykk. Det er en forutsetning at begge ventilene V2 og V3 også er lukket. Det forutsettes nå at tilgrensende nedstrøms reaktorkammer R4 på forhånd er blitt tømt for materiale og står uten overtrykk. Deretter åpnes ventil V3 og det skjer en rask trykkavlastning ved at gass og materiale blåses ned i reaktorkammer R4, også assistert av gravitasjonskraften. Mens gassen vil fordele seg på de to kamrene, vil så å si alt fast materiale og væskemateriale havne i reaktorkammer 4 for videre behandling der.

Det skal forstås at reaktorkammer R3 bare er valgt som et tilfeldig eksempel, i hovedsak skjer samme type behandling i alle reaktorkamre, og en hovedgrunn til å benytte såpass mange adskilte kamre er å sikre ens oppholdstid for hele massen til behandling, idet materialflyten sett utenfra er tilnærmet som en ideell pluggstrøm fra innløp til reaktorkammer R1 til utløp fra reaktorkammer R6. Avtapningen fra reaktorkammer R6 er litt annerledes fordi materialstrømmen der ikke går direkte til et nedenfor beliggende kammer, men til en varmeveksler for ytterligere oppvarming for derved å avbryte hydrolyseraksjonen. Temperaturen i massen etter denne varmevekslingen kan typisk være 90 °C eller mer.

Fagmannen vil forstå at fra en situasjon hvor alle reaktorkamre er fulle av materiale til behandling, må materialet i reaktorkammer R6 tømmes før noe annet kammer, deretter reaktorkammer R5 før reaktorkammer R4 osv. For imidlertid å skaffe plass til materialet som evakueres fra reaktorkammer R6, må det skaffes plass gjennom tilsvarende prosedyre for pasteuriseringskamrene P1-P3 på tilsvarende måte, det vil si gjennom tømming av kamrene P3, P2 og P1 i denne rekkefølgen.

Varmevekslingen ifølge foreliggende oppfinnelse er i utgangspunktet klassisk, og kan utføres på samme måte og i samme type utstyr som ved tidligere kjente prosesser. Det er imidlertid fordelaktig både ut ifra plass og andre hensyn at den utføres i en varmeveksler som er koaksial med reaktorkamrene når disse er anordnet slik at de samlet danner en heliks.

Figur 3 viser et vertikalsnitt av et system for varmeveksling som kan inngå som en intergrert del av foreliggende oppfinnelse. Reaktorkamrene R1-R6 vises på figuren liksom også pasteuriseringskamrene P1-P3. Koaksialt med disse og med den vertikale aksen av reaktoren, er det over hverandre anordnet to varmevekslere HEX1 og HEX2, som eventuelt kan oppfattes som én totrinns varmeveksler. Hensikten med nedre varmeveksler HEX1 (eller nedre trinn av varmeveksleren) er å varme materialet til behandling til en temperatur som støtter enzymatisk hydrolyse, typisk en temperatur på omtrent 50 °C. Dette skjer med materialstrømmen som tilføres reaktoren gjennom tilførselsrør 01 (fig.1) før materialet går inn i reaktorkammer R1. Materialstrømmen som tilføres varmeveksler HEX1 via tilførselsrør 01 passerer i den viste utførelsesform oppover gjennom varmeveksleren HEX1 i en helisk anordnet rørsløyfe 33 nær den ytre veggen av varmeveksleren. Varme tilføres varmeveksleren til varmevekslerenheten 31. Varmeveksleren HEX1 er generelt fylt med en væske, fortrinnsvis en vandig væske. I den viste utførelsesform blir dessuten luft tilført varmeveksleren fra luft tilførsel 03 via en fordeler 35. Luften bidrar til å sirkulere vann opp nær sentrum av varmeveksleren mens vannet trekker ned igjen langs periferien av varmeveksleren hvor den heliske rørsløyfen 33 befinner seg, slik at varmevekslingen i forhold til rørsløyfen 33 i hovedsak har karakter av motstrøms varmeveksling.

Det vises i det følgende til figur 4 så vel som til figur 3. Utløpet av rørsløyfen 33 er koblet til rørledning 18 (fig.4) som bringer det oppvarmede råmaterialet til reaktor R1. Typisk temperatur for materialblandingen inn på R1 er 50 °C, men kan variere noen grader opp eller ned. Den reelle målte sanntids temperatur på materialet inn til reaktor R1 eller ut av rørsløyfen 33 kan benyttes til å styre pådraget på varmevekslerenheten 31.

Varmeveksler (eller varmevekslertrinn) HEX2 har samme generelle konstruksjon som varmeveksler HEX1. Materiale behandlet i reaktorene R1-R6 tilføres en i varmeveksler HEX2 helisk oppadgående rørsløyfe 34 som ligger nær veggen av varmeveksleren, via en rørledning 17. En varmevekslerenhet 32 tilfører nødvendig varme til varmeveksler HEX2 slik at materialet som passerer gjennom rørsløyfe 34 blir varmet til en temperatur tilstrekkelig høy til at enzymatisk hydrolyse blir terminert. En egnet temperatur kan være ca.90 °C eller mer. Den reelle målte sanntids temperatur på materialet ut av rørsløyfen 34 kan benyttes til å styre pådraget på varmevekslerenheten 32. Materiale som forlater varmeveksleren HEX2 føres til første pasteuriseringskammer P1 via en rørledning 16.

Figur 4 viser deler av reaktoren 1 avkledd reaktorkamrene og pasteuriseringskamrene, for tydeligere å vise de ytre rørforbindelser. Det dreier seg om rørledning 01 for materialtilførsel, rørledning 02 for ferdig behandlet materiale, rørledning 03 og 04 for luft til hhv. fra varmeveksler, rørledning 17 for overføring av materiale fra reaktorkammer R6 (fig.1) til andre varmeveksler HEX2, rørledning 18 for overføring av materiale fra første varmeveksler HEX1 til første reaktorkammer R1 (fig.1) samt rørledning 16 for overføring av materiale fra andre varmeveksler HEX2 til første pasteuriseringskammer P1 (fig.1).

Det skal understrekes at varmevekslerne her beskrevet, kun er et eksempel på et egnet oppsett av varmevekslere og at enhver varmeveksler som gjør det mulig å varme råmaterialet til en temperatur som støtter enzymatisk hydrolyse og enhver varmeveksler som gjør det mulig a varme det behandlede materiale til en høyere temperatur for å stanse den enzymatiske hydrolyse av materialet kan benyttes. Det er imidlertid foretrukket å benytte det tilgjengelige volumet langs aksen av den vertikale reaktor til varmevekslingen, og det viste prinsipp med helisk materialsløyfe samt bobling av luft gjennom varmevekslerne, er hensiktsmessig fordi det gir en god temperaturfordeling i varmevekslerne og i praksis en tilnærmet motstrøms varmeveksling siden luften trekker væsken oppover nær den vertikale aksen av varmevekslerne, mens væsken trekker ned igjen nær periferien av varmevekslerne.

Figur 5 viser skjematisk prosessflyten i en prosess som benytter apparaturen ifølge foreliggende oppfinnelse som vist i utførelsesformen av figurene 1-5. Helt til venstre vises en tilførsel av råmateriale 51 til en matetank 52, videre en kvern 53 for hensiktsmessig oppdeling av råmaterialet og en pumpe 54 for å føre materialet inn til reaktoren. Pumpen 54 trekker også med en ønsket mengde enzym fra enzymbeholder 55, hvor enzymet kan være hensiktsmessig fortynnet. Komponentene 52 til 55 utgjør ikke en del av reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse og kan omfatte hvilke som helst egnede tanker, kverner og pumper. I tillegg til materialflyten viser figur 6 også hvordan inertgass sirkulerer fra beholder 13, via de ulike reaktorkamre og tilbake til beholderen 13 via samlestokk 11 og kompressor 12. En beholder 56 for ferdig behandlet materiale er også vist.

Figur 5 viser også skjematisk flyten av inertgass I(g) fra en beholder 13 gjennom reaktoren og tilbake til beholderen 13 via en samlestokk 11, evt. en ikke vist returledning 14, og en kompressor 12.

Figur 6 viser skjematisk og forenklet et toppriss av reaktoren som vist på figur 1, med reaktorkammer R1 kveilet rundt varmeveksler HEX2, ventil V1 (og under denne, ventilene V2, V3 etc.). Rørledning 18 for tilførsel av råmateriale er indikert, mens flyt av inertgass i systemet er utelatt.

Figur 7 viser et toppriss av en alternativ utførelsesform i forhold til den vist i figur 1. Her er reaktorkamrene R1’ til R4’ rette. Det fremgår ikke av figur 8 at også i dette tilfelle er reaktorkamrene anordnet med helning. Ytterligere reaktorkamre kan være anordnet under de viste, eksempelvis et reaktorkammer R5’ under reaktorkammer R1’, reaktorkammer R6’ under reaktorkammer R2’ etc.

Figur 8 viser en alternativ utførelsesform av den som er illustrert på de foregående figurer.

Detaljer vist i figur 8 har nr. i samme serie som i figur 1, med et tillegg på 100.

Det er to hovedforskjeller mellom disse utførelsesformer, den ene består i at reaktorkamrene R101 – R107 og pasteuriseringskamrene P101-P103 ikke er rørformede, men har form av mer regulære tanker, gjerne uten skarpe hjørner hvor materiale uønsket kan samle seg. Den andre forskjellen er at reaktorsystemet er anordnet slik at det opptar mindre plass i høyden og mer plass i form av gulvarealet, spesifikt at varmevekslerene HEX101 og HEX102 er plassert ved siden av hverandre, ikke over hverandre og at pasteuriseringskamrene ikke er plassert under reaktorkamrene, men ved siden av reaktorkamrene.

De lokale plassbetingelser er således en viktig faktor med hensyn til hvilken utførelsesform som er mest gunstig; dersom man har bedre plass i form av gulvareal enn takhøyde, er varianten ifølge figur 8 å foretrekke. For øvrig omfatter systemet som illustrert stadig vekk en første varmeveksler HEX101 beregnet på å varme tilført materiale til en temperatur som støtter enzymatisk hydrolyse mens varmeveksler HEX102 er innrettet til å varme materialblandingen som mottas til en høyere temperatur enn temperaturer som støtter enzymatisk hydrolyse.

Det er videre 7 reaktorkamre R101 – R107 som alle er omrørt ved hjelp av inertgass og hvor materialtransporten fra reaktorkammer R101 til R107 trinn for trinn (i fem trinn) skjer til lavere vertikale nivåer slik at overføringen er støttet av gravitasjonskraften. Tømming av systemet kan også skje på samme måte som beskrevet ovenfor ved hjelp av tilførsel av gass med forhøyet trykk.

Systemet ifølge figur 8 omfatter videre tre pasteuriseringstanker som kan ha samme regulære form som reaktorkamrene R101 – R107. I denne utførelsesform er det mindre viktig enn i utførelsesformen vist i figur 1 at pasteuriseringskamrene har samme form og samme størrelse som reaktorkamrene, men det er likevel et naturlig valg at de er hovedsakelig like, spesifikt fordi det er enklere og mer rasjonelt å produsere kamre med ens størrelse og form.

Figur 8 viser tilførsel av råmateriale 101, uttak av ferdig behandlet materiale 102, rørledning 118 for materialtransport fra første varmeveksler til første reaktorkammer, rørledning 117 fra siste reaktorkammer til andre varmeveksler, rørledning 116 fra andre varmeveksler til første pasteuriseringskammer, Tilførselsrør 110 for inertgass og samlestokk 111 for brukt inertgass til gjenbruk.

Det skal understrekes at figur 8 ikke viser detaljer som kompressor for inertgass, trykkbeholder for samme, eller tilførsel og utførsel av varmemedium til varmevekslerene, idet fagmannen ikke vil ha problemer med å velge hensiktsmessig utstyr for slike elementer.

I det følgende skal det gis et praktisk eksempel på bruk av reaktoren i en typisk brukssituasjon.

Ytterligere foretrukne detaljer

En innervegg kan skille rørsløyfene 33 og 34 fra den sentrale vannmasse i hver av varmevekslerne HEX1 og HEX2. Derved forsterkes ytterligere momentet med at varmevekslingen foregår som motstrøms varmeveksling.

Det bør være en «lysåpning» mellom kveilene rørsløyfen og mellom rørsløyfene og yttervegg samt mellom rørsløyfene og innervegg når en slik er til stede. Dette for å oppnå best mulig varmeoverføring. Med en rørdiameter for eksempel på 60 mm, kan det benyttes en lysåpning for eksempel på 20 mm. Når det benyttes innervegg, må denne naturligvis avsluttes i avstand fra så vel topp som bunn av varmevekslerene for å gi vannet anledning til å vende ned øverst og vende opp igjen nederst.

Varme som tilføres varmevekslerenehetene 31 og 32 kan typisk være i form av varmt vann, damp, eller en kombinasjon.

Produkttemperaturen bestemmes i praksis primært av følgende variable faktorer:

a- Hastigheten på produktet opp gjennom rørsløyfen. Hastigheten vil variere over tid i jamne overganger, regulert med en pumpe som typisk kan være en dobbeltvirkende stempelpumpe.

b- Hastigheten på varmtvannet motstrøms rørsløyfen kan varieres i takt med produktstrømmen ved å regulere raten av tilført luft til fordeler 35.

c- Temperatur på varmtvannet. Pådrag damp/varmtvann på varmevekslereneheten 31 kan reguleres etter temperatur på restråstoff idet det forlater varmeveksler HEX1.

Varmeveksler HEX2 benyttes for å pasteurisere produktet etter hydrolyse for å «drepe» enzymaktiviteten og å hindre bakterievekst.

Temperaturen på råstoffet kan ha falt ca.3°C i den tiden det tar å hydrolysere råstoffet. Deretter skal det varmes opp i varmeveksler HEX2 til for eksempel 95 °C. Forholdet mellom høyden på nedre (HEX1) og øvre HEX2) varmeveksler kan justeres etter temperaturforskjellene: 5-48 °C og 45-95 °C.. Lufta strømmer ut i det fri etter å ha satt vannmassene i bevegelse i begge kamre.

Dimensjonene på reaktorkamrene R1-R6 kan variere, men en typisk størrelse kan være 600 mm rørdiameter, det være seg enten rørene er heliksformede eller rette. Passasjen mellom de enkelte kamre hvor ventiler er anordnet, kan være av størrelsesorden 150 mm. Samtlige ventiler i reaktoren, det være seg for masse eller for inertgass etc., kan med fordel være innrettet til å bli styrt automatisk. Måten å styre dette på er imidlertid ikke del av foreliggende oppfinnelse og derfor ikke beskrevet nærmere her.

Behandlingstiden i hvert kammer kan variere, og kan typisk være i området fra 5 til 15 minutter. Antallet kamre i reaktoren vil naturlig nok påvirke dette, samt type råmateriale som benyttes.

Reaktoren ifølge foreliggende oppfinnelse er vel egnet til bruk om bord i fangstfartøyer og trenger ikke stå vertikalt for å fungere. En helning på reaktorkamrene på 1:10 (vertikalt/ horisontalt) er normalt nok for bruk selv til havs. Ønsker man å ta høyde for større slagside, kan helningen økes ytterligere, for eksempel til 1:5.

Selv om det ikke er en sentral del av foreliggende oppfinnelse, skal det bemerkes at den i figur 1 viste utførelsesform av reaktoren med relevante dimensjoner på reaktorkammer og varmeveksler, lar seg innebygge i en standard 20 fots container reist på høykant, det vil si med en total høyde på ca.6 meter. Den i figur 8 viste reaktor klarer seg med en vesentlig lavere byggehøyde, men lar seg ikke på samme måte bygge inn i en container.

Prinsippene for foreliggende reaktor lar seg imidlertid også realisere om ikke slik høyde er tilgjengelig. For eksempel kan reaktorkamre være anordnet i en kolonne mens pasteuriseringskamrene kan være anordnet i en separat kolonne anordnet ved siden av, slik at reaktoren bygger mindre i høyden og mer i bredden enn den som er vist på de vedlagte figurer.

I patentkravene nedenfor er det satt inn referanser som svare til utførelsesformen vist i figurene 1-5, med unntak av patentkravene 14-18 som viser til figur 8, og patentkrav 20 som viser til både figur 1 og figur 8.

Claims (21)

Patentkrav

1. Reaktor for enzymatisk hydrolyse av et råmateriale, omfattende i rekkefølge:

-en første varmeveksler (HEX1) innrettet til å varme opp råmateriale som skal tilføres reaktoren til en temperatur innenfor et område som favoriserer enzymatisk hydrolyse,

-en reaktor omfattende flere i serie koblede reaktorkamre (R1-R6) atskilt av lukkbare ventiler (V1-V5)

-en andre varmeveksler (HEX2) innrettet til å varme reaksjonsblandingen til en temperatur høyere enn det temperaturområdet som favoriserer enzymatisk hydrolyse,

karakterisert ved at reaktoren er utformet med reaktorkamre (R101-R107) ved ulike vertikale nivåer med første reaktorkammer (R1) høyest og siste reaktorkammer (R6) nederst, idet minst ett reaktorkammer er innrettet til å bli omrørt med en gjennomstrømmende inertgass, samt at hvert reaktorkammer (R101-R107) har et laveste punkt ved et dreneringspunkt for materiale i reaktorkammeret.

2. Reaktor i samsvar med patentkrav 1, idet hvert reaktorkammer er av ens størrelse og form og ligger symmetrisk om en vertikal linje.

3. Reaktor i samsvar med patentkrav 1, idet reaktorkamrene er rørformede og skråstilte og koblet sammen slik at sammenstillingen er symmetrisk om en vertikal akse.

4. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foregående patentkrav, idet samtlige reaktorkamre er (R1-R6) innrettet til å bli omrørt med gjennomstrømmende inertgass som tilføres nær nedstrøms ende av reaktorkamrene og slippes ut nær oppstrøms ende av reaktorkamrene.

5. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foregåendepatentkrav, idet reaktorkamrene (R1-R6) er krumme og sammenstilt danner en heliks.

6. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 3-5, idet minst én av første (HEX1)og andre varmeveksler (HEX2) er anordnet langs den vertikale akse av reaktoren.

7. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 3-6, idet første (HEX1)og andre varmeveksler (HEX2) er anordnet over hverandre langs den vertikale akse av reaktoren.

8. Reaktor i samsvar med patentkrav 6 eller 7, idet første (HEX1)og andre varmeveksler (HEX2) er anordnet over hverandre, konsentrisk innenfor den helisk som reaktorkamrene danner.

9. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet minst ett pasteuriseringskammer (P1-P3) er anordnet nedstrøms for andre varmeveksler (HEX2).

10. Reaktor i samsvar med patentkrav 9, idet det minst ene pasteuriseringskammer (P1-P3) er anordnet som et rørformet kammer av hovedsakelig samme form som reaksjonskamrene (R1-R6).

11. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 3 eller 5-8, idet reaktoren videre omfatter en ytre kapsling som innelukker reaktorkamrene og begge varmevekslerne.

12. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet inertgassen er innrettet for resirkulasjon og gjenbruk.

13. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 3, 5-8 eller 11, idet reaktorkamrene (R1-R6) har en helning, vertikalt/ horisontalt på minst ca.1/10.

14. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1, 2, 4, 9 eller 12, idet hvert reaktorkammer (R101- R107) har form av en beholder med enkel, regulær form og at reaktorkamrene er anordnet vertikalt over hverandre med første reaktorkammer (R101) øverst og siste reaktorkammer (R107) nederst.

15. Reaktor i samsvar med patentkravene 14, idet hvert pasteuriseringskammer (P101- P103) har form av en beholder med regulær form og er anordnet vertikalt over hverandre med første pasteuriseringskammer (P101) øverst og siste pasteuriseringskammer (P103) nederst.

16. Reaktor i samsvar med et av patentkravene 14, idet en første varmeveksler (HEX101) er koblet oppstrøms for reaktorkammer (R101) og idet en andre varmeveksler (HEX102) er koblet nedsrøms for siste reaktorkammer (R107) og oppstrøms for første pasteuriseringskammer (P101).

17. Reaktor i samsvar med et av patentkravene 14 -15, idet reaktoren er gruppert i fire grupper som er anordnet innbyrdes uavhengig av hverandre, fortrinnsvis lateralt ved siden av hverandre, idet første varmeveksler (HEX101) utgjør første gruppe, reaktorkamrene (R101-R107) utgjør en andre gruppe, andre varmeveksler (HEX102) utgjør tredje gruppe mens pasteuriseringskamrene (P101-P103) utgjør fjerde gruppe.

18. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet hvert reaktorkammer (Ri) er innrettet for periodisk tømming gjennom tilførsel av overtrykks inertgass til hvert reaktorkammer (Ri) og åpning av nedstrøms lukkbare ventil (Vi).

19. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet første varmeveksler (HEX1, HEX101) er innrettet til å varme materialblandingen til en temperatur på omtrent 50 °C og at andre varmeveksler (HEX2, HEX102) er innrettet til å varme materialblandingen til en temperatur på minst ca.90 °C.

20. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet reaktoren omfatter eller er innrettet til å bli tilkoblet en mateinnretning (54) som er innrettet til å dosere en gitt, regulerbar mengde enzym med en gitt mengde råmateriale for hydrolyse.

21. Reaktor i samsvar med et hvilket som helst av de foranstående patentkrav, idet reaktoren er innrettet til å bli omrørt med nitrogen som inertgass.