專利名稱:固相催化劑反應裝置及其運行方法
技術領域：
本發(fā)明涉及生物催化劑技術領域：
，特別是涉及一種固相催化劑反應裝置及其運行方法。
背景技術：
隨著生物技術的發(fā)展，酶作為生物催化劑在工業(yè)和其它領域中的應用日益廣泛。 在上述應用中，酶或含酶的細胞通常以固定化的形態(tài)存在。這是因為固定化酶或固定化細胞往往比游離酶更為穩(wěn)定，并且易于與產品分離，便于回收和重復使用，同時容易儲藏和運輸。
通常，固定化酶或固定化細胞以顆粒狀形態(tài)用于懸浮反應或裝填于反應裝置的容器內構成固定相，并與流動于顆粒之間的底物溶液反應。然而上述情況中，底物溶液一般難于進入顆粒內部，這樣使得包埋于顆粒深層的酶分子難于參與催化反應，導致反應效率低下。
為了克服顆粒狀固定化酶或固定化細胞的上述缺點，本發(fā)明人提出了一種新型結構的固定化酶或固定化細胞，詳見公開號為“CN1982445”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的中國專利申請文件。這種新型的固定化酶或固定化細胞具有開孔的三維網格結構，這樣的結構能夠增加酶分子與底物溶液的接觸機會，增大接觸面積，進而提高反應效率。
這種新型網格結構的固定化產品(固定化酶或固定化細胞)的應用方法之一，是將片帶狀固定化產品卷繞成圓柱形卷軸結構，并由這種卷軸結構的圓柱形固定化產品直接構成反應柱體，或者將多個這種卷軸結構的圓柱形固定化產品上下堆積而整體構成反應柱體，而后將該反應柱體置于反應容器內。例如，公開號為“CN1982445”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的中國專利申請文件中就記載了這樣的內容上述卷軸結構的圓柱形固相酶(即，固定化產品)可作為模塊，上下堆積若干這樣的模塊以構成反應柱體，而后將該反應柱體裝填于反應容器內。該反應柱體與容器壁之間的間隙(以下簡稱柱壁間隙)，以固相酶塊本身或其表面的包裹材料吸水溶脹后自然封堵，或以顆粒狀固定化酶或固定化細胞填實之。這樣，在容器內的固相酶整體構成反應柱體。
然而在實際應用過程中，上述現有技術所提供的固相催化劑反應裝置不可避免地存在下述缺陷
其一，由于構成反應柱體的固相酶塊與反應裝置的容器壁之間沒有間隙，因而在取出固相酶塊時，除了需要克服酶塊自身的重量外，還需要克服酶塊與容器壁之間的較大的摩擦阻力，這樣使得固相酶塊難于取出。
其二，在一些工業(yè)條件下，如高溫長時間運行時，構成反應柱體的固相酶塊在運行過程中會逐漸發(fā)生形變/收縮，致使酶塊與容器壁之間出現間隙而造成短路，這樣使得部分底物溶液未與固相酶發(fā)生反應便流走，導致反應效率低下，并且也降低了反應裝置的運行效率。所謂短路，在本申請中指的是底物溶液未與固相酶發(fā)生反應便從柱壁間隙直接流走。

發(fā)明內容
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種固相催化劑反應裝置及其運行方法，其能夠使包含固定化酶等固相催化劑的反應柱易于裝入和取出，并能夠避免進入到反應柱內的液體從柱面直接流出以及固相催化劑在運行過程中發(fā)生形變/收縮而導致短路，從而提高反應效率和運行效率。
為此，本發(fā)明提供了一種固相催化劑反應裝置，包括反應容器和置于反應容器內的固相催化劑，所述固相催化劑具有反應液可以流入的第一端面、反應后的產物溶液可以流出的第二端面以及在所述第一端面和第二端面之間延伸的周面。其中，在所述固相催化劑的周面上包裹有防水膜。
本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置還包括與所述固相催化劑的第二端面緊貼的接口盤。所述接口盤為空腔結構，具有下述各個部分第三端面，其上帶有進液孔槽并與所述固相催化劑的第二端面緊貼，用于支撐所述固相催化劑以及收集來自所述固相催化劑的液體；第四端面，其上設置有出水口，用于將所述接口盤內的液體向外排出；在所述第三端面和第四端面之間延伸的密閉周面，其與所述第四端面共同構成容納液體的腔室。
其中，所述出水口為出水管。優(yōu)選地，位于所述接口盤內腔中的出水管管段的管壁上設置有孔洞，接口盤內的液體可經由所述孔洞流入所述出水管。
其中，所述防水膜延伸至所述接口盤，并將所述固相催化劑周面和所述接口盤周面一起包裹起來。
其中，所述防水膜借助于粘結劑將所述周面包裹起來。所述粘結劑可以包括熱熔膠、橡皮膏、地毯膠。
優(yōu)選地，所述防水膜外表面纏繞有扎緊帶，用以扎緊所述防水膜，從而使所述防水膜更為牢固地包裹在所述周面上。
其中，所述防水膜為塑料膜。
其中，所述固相催化劑呈柱狀。所述柱狀固相催化劑可以由片帶狀固相催化劑繞而成；也可以由顆粒狀固相催化劑制成。
優(yōu)選地，所述固相催化劑具有中軸。這樣，所述固相催化劑可以由片帶狀固相催化劑圍繞所述中軸卷繞而成。而且，所述中軸可以固定在所述接口盤的中央部位。
其中，所述反應裝置采用順式安裝方式，S卩，所述固相催化劑在上、所述接口盤在下，反應液從位于上方的所述固相催化劑的第一端面進入固相催化劑，并自上而下浸潤流動而與固相催化劑反應，反應后的產物溶液由位于下方的接口盤收集并排出。或者，所述反應裝置采用反式安裝方式，即，所述固相催化劑在下、所述接口盤在上，反應液從位于下方的所述固相催化劑的第一端面進入固相催化劑，并自下而上浸潤流動而與固相催化劑反應，反應后的產物溶液由位于上方的接口盤收集并排出。
其中，所述反應容器為柱罐。優(yōu)選地，所述柱罐包括罐蓋，所
優(yōu)選地，所述柱罐的罐壁為夾層，夾層外壁設置有恒溫水出入口，用以向夾層內通入恒溫水以進行保溫?；蛘?，所述柱罐的罐壁為單層，壁外裹附有保溫棉和/或聚氨酯泡沫材料。
本發(fā)明還提供了一種固相催化劑反應裝置的運行方法，具體為向反應容器內注入反應液，使所述反應液經由所述固相催化劑的第一端面進入其內，并在所述防水膜的約束下向所述固相催化劑的第二端面流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液自所述固相催化劑的第二端面流出。
其中，所述反應液從所述反應容器的底部進入反應容器內，沿所述反應容器內壁和所述防水膜之間的間隙上升至所述固相催化劑頂部，由位于頂部的第一端面進入所述固相催化劑，并在所述防水膜的約束下在所述固相催化劑內向下浸潤流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液從位于所述固相催化劑底部的第二端面流出?；蛘?， 所述反應液從所述反應容器頂部進入反應容器內，沿所述反應容器內壁和所述防水膜之間的間隙向下流動到所述固相催化劑底部，由位于底部的第一端面進入所述固相催化劑，并在所述防水膜的約束下在所述固相催化劑內向上浸潤流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液從位于所述固相催化劑頂部的第二端面流出。
優(yōu)選地，所述反應裝置還包括與所述固相催化劑的第二端面緊貼的接口盤，所述接口盤為空腔結構，具有下述各個部分即，其上帶有進液孔槽并與所述固相催化劑的第二端面緊貼的第三端面，其上設置有出水口的第四端面，在所述第三端面和第四端面之間延伸的密閉周面。其中，進入到所述固相催化劑內的反應液與所述固相催化劑發(fā)生反應，產物溶液自所述固相催化劑的第二端面流出，經由所述接口盤的第三端面而被收集到所述接口盤內，而后經由所述接口盤的出水口排出。
優(yōu)選地，所述反應容器的容器壁為夾層，所述運行方法還包括向所述夾層內通入恒溫水以進行保溫的步驟。
相對于現有技術，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置及其運行方法具有下述有益效果
其一，在本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置中，固相催化劑的周面包裹有防水膜， 該防水膜能夠使反應裝置內的反應液只能從固相催化劑的第一端面(即，開放端面)進入到固相催化劑的內部，以及使進入到固相催化劑內部的反應液不會經由該周面流出，而必須在固相催化劑內部流動，從而增加了反應液與固相催化劑的接觸幾率，進而提高了固相催化劑的反應效率和反應裝置的運行效率。
其二，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置在運行過程中，包裹固相催化劑的防水膜與容器壁之間的間隙內各位點的壓力總是略大于固相催化劑內相同高度位點的壓力，此壓力差迫使防水膜始終緊貼在固相催化劑的周面上?？v使在運行過程中固相催化劑產生形變/收縮，該防水膜也會在上述壓力差的作用下，一直貼緊固相催化劑的周面，而不會在防水膜與固相催化劑的周面之間形成間隙造成短路。這樣，該反應裝置內的固相催化劑能夠充分地與反應液進行反應，從而提高了固相催化劑的反應效率以及反應裝置的運行效率。
其三，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置在運行過程中，包裹固相催化劑的防水膜與容器壁之間的間隙始終充滿反應液，這樣使得防水膜同時承受來自軟壁層內側(即， 來自固相催化劑內)的液體所產生的壓力，以及來自軟壁層外側(即，來自所述間隙內)的液體所產生的壓力，因而，不會使該軟壁層因僅承受一個方向的壓力而膨脹破裂，使得固相催化劑內的反應液經由破裂的軟壁層流出。因此，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置及其運行方法可以避免出現短路現象。
其四，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置包括反應容器和固相催化劑，該反應容器的容器壁稱為反應裝置的硬壁層，在固相催化劑的周面上包裹有防水膜，該防水膜構成反應裝置的軟壁層。在該反應裝置運行過程中，上述軟壁層與硬壁層之間始終保持有間隙， 即，包裹固相催化劑的防水膜與容器壁并不接觸。這樣，在裝卸包裹有防水膜的固相催化劑時，固相催化劑以及包裹在其周面的防水膜因不與容器壁接觸，故而也就不存在同容器壁之間的摩擦力，這樣，裝卸時只需要克服固相催化劑及防水膜自身的重力。因此，本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置易于裝卸。


下面結合附圖具體實施方式
以及應用實例對本發(fā)明進行詳細說明。
圖1是本發(fā)明所采用的接口盤的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明所采用的柱罐的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明提供的采用順式安裝方式的固相催化劑反應裝置的結構示意圖；
圖4是本發(fā)明提供的采用反式安裝方式的固相催化劑反應裝置的結構示意圖；
圖5是現有技術中常規(guī)反應裝置的結構示意圖。
具體實施方式
為使本技術領域：
的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置進行詳細描述。
本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置包括反應容器和置于該容器內的固相催化劑。 其中，固相催化劑可以為柱狀，但并不局限于此。為便于說明，下文中以柱狀固相催化劑為例進行說明，并將該固相催化劑與包裹在其周面(柱面)上的防水膜一起稱為固相催化劑反應柱或者反應柱，而將未包裹有防水膜的柱狀固相催化劑稱為固相催化劑反應柱裸柱或者反應柱裸柱。至于防水膜，可以是塑料膜等具有防水功能的軟膜。
所述反應容器可以是柱罐，但并不局限于此。該柱罐的上端可以設置有能夠完全打開的罐蓋，以便于反應柱裝入與取出。罐底及罐蓋均可設置有進液口，優(yōu)選地，這些進液口本身即為進液管，或者配設有進液管。
下面說明如何制備本發(fā)明所采用的固相催化劑反應柱及反應裝置。
首先，制造柱狀卷軸結構的固相催化劑，即制造固相催化劑反應柱裸柱。例如，可以按照公開號為“CN198M45”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的前述中國專利申請所述的方法制造圓柱狀卷軸結構的固相催化劑。該裸柱具有反應液可以流入的第一端面(也就是該裸柱的開放端面)、反應后的產物溶液可以流出的第二端面以及在所述第一端面和第二端面之間延伸的周面。
然后，以防水膜封裹該固相催化劑反應柱裸柱的柱面，從而得到固相催化劑反應柱。
最后，將制得的固相催化劑反應柱安裝到柱罐等反應容器內，即得到固相催化劑反應裝置。
優(yōu)選地，固相催化劑反應柱還包括與固相催化劑反應柱裸柱疊置的接口盤。所謂接口盤指的是柱狀或盤狀的空腔容器，用于收集、容納來自反應柱裸柱的液體。該接口盤的流入面(即，與反應柱裸柱接觸并且來自該反應柱裸柱的液體由此流入接口盤的那一端面，亦稱為第三端面)具有網孔或者具有相互聯通的多環(huán)槽結構，來自反應柱裸柱的液體借助于該網孔或多環(huán)槽結構而流入接口盤；該接口盤的流出面(即，遠離反應柱裸柱并且接口盤內的液體由此排出的那一端面，亦稱為第四端面)可以設置有出水口，接口盤內的液體經由該出水口排出。該接口盤的柱面為密閉的，用以容納液體。更為優(yōu)選地，該接口盤的流入面的形狀和尺寸與反應柱裸柱的第二端面的形狀和尺寸相匹配。
帶有接口盤的反應柱可以通過下述兩種方式安裝到反應容器中順式(即，接口盤在下、固相催化劑在上)和反式(即，接口盤在上、固相催化劑在下)。采用順式安裝方式時，反應液從位于反應柱頂部的第一端面進入反應柱，并向下浸潤流動而與固相催化劑反應，產物溶液匯入位于反應柱下部的接口盤，并經由接口盤的出水口流出。采用反式安裝方式時，反應液從位于反應柱底部的第一端面進入反應柱，并向上浸潤流動而與固相催化劑反應，產物溶液匯入位于反應柱上部的接口盤，并經由接口盤的出水口流出。
另外，該接口盤上還可固定有中軸。該中軸為固相催化劑反應柱的支柱，其可以位于該反應柱的中心，例如，其可以作為片帶狀固相催化劑的卷繞中心。該中軸可以貫穿反應柱的兩端。
下面結合附圖進一步對本發(fā)明中所采用的接口盤進行描述。
請參閱圖1，本發(fā)明所采用的接口盤包括中軸1、接口盤2和出水管4。其中，接口盤2為圓盤狀空腔結構，其流入面為同固相催化劑的貼合面，該貼合面由帶有網孔的網板制成，故稱為網面3 ；其流出面設置有出水管4。中軸1固定于接口盤2的網面3的中心，用于卷繞片帶狀固相催化劑，例如，固相酶。出水管4插入接口盤2的內腔并固定于接口盤2 兩面的中心，即內腔的中心。位于接口盤2內的部分出水管4的管壁開有四個貫穿的橫孔 5。在實際應用中，底物溶液等反應液與固相酶反應后的產物溶液可由網面3的網孔進入接口盤2的內腔，再通過橫孔5匯集到出水管4，并由此流出。
在本實施例中，接口盤2的所有部件均由不銹鋼制成。中軸1與出水管4的外徑尺寸相同，均為20mm;接口盤2的直徑為145mm。當然，該尺寸可視需要擴大或縮小。
需要指出的是，出水管4上的橫孔5的數量并不局限于本實施例中所述的4個，可以為更多個或4個之下。至于出水管4的設置位置，也不必局限于本實施例中所述的設置在接口盤2兩面的中心，只要能保證出水管4從接口盤2的內腔中接收液體，就可以采用任何這樣的設置位置。
下面結合附圖并以柱罐為例來對本發(fā)明中所采用的反應容器進行詳細描述。
請參閱圖2，本發(fā)明中所采用的柱罐包括罐體6和罐蓋7。罐蓋7及罐體6底面 (罐底)的中心均有供固相催化劑反應柱的出水管4或中軸1伸出罐外的孔8或孔9，孔8 或孔9配備有與出水管4或中軸1相互配合的鎖緊密封螺絲，用于鎖緊出水管4或中軸1， 并對孔8或孔9進行密封。罐蓋7及罐底均具有與罐腔相通的進液口 10或11。罐蓋7上還設置有觀察孔12及用于插放溫度計13的溫度計插孔。在本實施例中，罐壁采用夾層結構，夾層內可通有恒溫循環(huán)水以進行保溫。罐壁上設置有恒溫循環(huán)水的出入接口 14。但實際應用中，罐體保溫的方法也可以采用這樣的方式，即，在罐壁外覆蓋包裹保溫材料，如保溫棉、聚氨酯泡沫材料等。[0053]在本實施例中，柱罐的所有部件均由不銹鋼制成，其主要尺寸為柱罐的內腔高為 300mm，內腔直徑為170mm。當然，該尺寸可視需要擴大或縮小。
下面以具體實施例說明固相催化劑反應柱及其裸柱的制備。
首先說明固相催化劑反應柱裸柱的制備?？梢岳斫猓敼滔啻呋瘎┓磻涌诒P時，所謂裸柱指的是，柱狀固相催化劑和接口盤作為整體而形成的未包裹有防水膜的柱體；當固相催化劑反應柱不包含接口盤時，所謂裸柱如前所述指的是，未包裹有防水膜的柱狀固相催化劑所形成的柱體。
實施例1.固定化葡萄糖異構酶裸柱的制備
首先，按照前述公開號為“CN1982445”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的中國專利申請所述的方法，制備厚為5mm、寬為50mm的片帶狀固定化葡萄糖異構酶；然后，以圖1所示中軸1為軸心，將上述片帶狀固定化葡萄糖異構酶卷繞成厚為50mm、直徑為150mm的圓盤狀固定化葡萄糖異構酶塊；重復卷繞操作，制作四個相同大小的圓盤狀固定化葡萄糖異構酶塊；再后，將這四個酶塊彼此靠緊，堆積成200mm高的酶塊圓柱體，并將其與圖1所示接口盤2的網面3貼合靠緊，即得到固定化葡萄糖異構酶裸柱。
接下來說明固相催化劑反應柱的制備。
實施例2.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法1
首先，按照前述方法制備固定化葡萄糖異構酶的裸柱(即，固相催化劑反應柱裸柱)；然后，在該裸柱的柱面噴涂熔點為90°C的熱熔壓敏膠；而后，用塑料膜等防水膜粘貼包裹該裸柱，并以硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤2上的塑料膜扎緊固定。
實施例3.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法2
首先，按照前述方法制備固定化葡萄糖異構酶的裸柱；然后，在該裸柱的柱面纏繞并布滿帶狀地毯膠(這是一種紗網基材雙面膠)；之后，以塑料膜等防水膜粘貼包裹，并以硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤2上的塑料膜扎緊固定。
實施例4.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法3
首先，按照前述方法制備固定化葡萄糖異構酶的裸柱；然后，以涂有熱熔壓敏膠的塑料膜粘貼包裹該裸柱的柱面，并以硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤2上的塑料膜扎緊固定。
實施例5.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法4
首先，按照前述方法制備固定化葡萄糖異構酶的裸柱；然后，在該裸柱的柱面以塑料膜包裹兩層，表層塑料膜的末端以熱熔壓敏膠封粘，并以硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤2上的塑料膜扎緊固定。
實施例6.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法5
首先，按照前述方法制備固定化葡萄糖異構酶的裸柱；然后，為該裸柱套上一直徑略大的塑料膜套筒，塑料膜套筒的兩端被硅膠帶分別固定于接口盤2及該裸柱開放端面上露出的中軸1上，再輕輕轉動中軸1上的硅膠帶并帶動塑料膜套筒的一端扭轉方向，使塑料膜套筒繃緊塑料膜與該裸柱的柱面。
實施例7.固定化葡萄糖異構酶反應柱的制備方法6
首先，按照公開號為“CN1982445”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的中國專利申請所述的方法，制備厚為5mm、寬為 50mm的片帶狀固定化葡萄糖異構酶；然后，將其卷繞成厚為50mm、直徑為150mm的圓盤狀 (即，不帶有中軸且中央不留孔隙)；重復卷繞操作，共制成四個相同大小的圓盤狀固定化葡萄糖異構酶塊；之后，將這四個酶塊彼此靠緊堆積成200mm高的酶塊圓柱體，并與不帶有中軸的接口盤的流入面貼合靠緊，從而制得固定化葡萄糖異構酶反應柱裸柱；然后，用涂有熱熔壓敏膠的塑料膜將該裸柱的柱面粘貼包裹兩層，并以硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤上的塑料膜扎緊固定。
需要指出的是，前述實施例2至7中所述的制備固相催化劑反應柱的方法，都是先制得反應柱裸柱，而后再用防水膜包裹該裸柱而得到所需的反應柱。然而在實際應用中，也可以預先用防水膜制得套筒，而后將顆粒狀和/或塊狀和/或片帶狀固相催化劑等裝填于該套筒內，從而得到所需的反應柱。這是因為，防水膜套筒柔軟易變形，可以在反應裝置整個運行過程中貼附在固相催化劑周面上，這同樣可以避免現有技術中的缺陷，并實現本發(fā)明的目的。
進一步需要指出的是，在前述實施例中，制備帶有接口盤的反應柱時，是用防水膜將固相催化劑和接口盤一起包裹起來，并且用硅膠帶將包裹在該裸柱柱面位于接口盤上的防水膜扎緊固定。但是在實際應用中，也可以用防水膜將固相催化劑和接口盤分別包裹，或者是僅僅包裹固相催化劑，而后再相應地纏繞硅膠帶。當然，采用這種方式時，接口盤最好具有這樣的結構，即，其第三端面相對于其周面向接口盤腔內凹陷，并且對反應液具有良好的通透性能。至于該凹陷部分的面積，可以是整個端面，也可以是介于同其相貼合的固相催化劑的第二端面的面積與整個端面的面積之間。而且，該凹陷部分的形狀優(yōu)選地與固相催化劑的第二端面的形狀相適配。
下面，以具體實施例說明固相催化劑反應裝置的結構及其運行過程。
實施例8，固定化葡萄糖異構酶雙壁層反應裝置的制備與運行1
請參閱圖3，本實施例中所采用的柱罐的結構與圖2所示相同，在此不再贅述。下面結合圖3僅詳細說明本實施例中的固相催化劑反應裝置的制備及運行過程。
首先，按照前述實施例2-6所述的方法制備固定化葡萄糖異構酶反應柱。
然后，打開柱罐的罐蓋7，松開罐蓋7及罐底的中央鎖緊螺絲15和16，將反應柱以順式方式安裝于柱罐內，使反應柱的出水管4自罐底中央孔9伸出，并鎖緊罐底的中央鎖緊螺絲16，關閉罐底的進液口 10。
接下來，將底物溶液(50% (W/V)葡萄糖，含ImM的硫酸鎂、0. 04%的亞硫酸鈉，pH 為7. 8)倒入罐內并盛滿。之后，向罐內不斷補充底物溶液以維持滿罐狀態(tài)，使底物溶液滲入反應柱并向下流動。
再后，當反應柱的出水管4有液體且無氣泡流出時，關閉出水管4 ；蓋上罐蓋7，讓反應柱的中軸1從罐蓋7的中央孔8伸出；將溫度計13插入溫度計插孔中并鎖緊，將罐蓋 7及罐蓋7上的觀察口 12及中央鎖緊螺絲15鎖緊密封；關閉罐蓋7上的進液口 11，連接開通75°C的恒溫循環(huán)水的出入接口 14。打開出水管4及罐底的進液口 10，以200ml/min的速度將加熱至75°C的底物溶液從罐底的進液口 10泵入罐內，持續(xù)運行。
實施例9，固定化葡萄糖異構酶雙壁層反應裝置的制備與運行2
請參閱圖4，本實施例中所采用的柱罐的結構與圖2所示相同，在此不再贅述。下面結合圖4僅詳細說明本實施例中的固相催化劑反應裝置的制備及運行過程。
首先，按照前述實施例2-6所述的方法制備固定化葡萄糖異構酶反應柱。
然后，打開柱罐的罐蓋7，松開罐蓋7及罐底的中央鎖緊螺絲15和16，將反應柱以反式方式安裝于柱罐內，使反應柱的中軸1自罐底中央孔9伸出，并鎖緊罐底的中央鎖緊螺絲16 ；蓋上罐蓋7，讓反應柱的出水管4從罐蓋7的中央孔8伸出；將溫度計13插入溫度計插孔中并鎖緊，將罐蓋7及罐蓋7上的觀察口 12鎖緊密封；關閉罐底的進液口 10，連接開通75 °C恒溫循環(huán)水。
接下來，以200ml/min的速度將75°C的底物溶液(其成分與實施例8中的相同) 從罐蓋的進液口 11泵入罐內，至反應柱的出水管4流出液體時，松開觀察口 12排氣。當觀察口 12有液體流出時，鎖緊觀察口 12。以上述狀態(tài)持續(xù)運行。
實施例10，固定化葡萄糖異構酶雙壁層反應裝置的制備與運行3
本實施例中所采用的柱罐的結構與圖2所示相同，并且運行過程與前述實施例9 類似，在此不再贅述。
本實施例與實施例9具有下述不同之處其一，本實施例中所采用的固定化葡萄糖異構酶反應柱是按照前述實施例7所述的方法制備的，換言之，本實施例中所采用的固定化葡萄糖異構酶反應柱不帶有中軸；其二，由于本實施例中的反應柱不帶有中軸，故而需要將柱罐罐底的中央孔9密封，例如，可以采用實心短軸封堵。
實施例11，固定化葡萄糖異構酶常規(guī)反應裝置的制備與運行。
下面結合圖5以固定化葡萄糖異構酶常規(guī)反應裝置為例，說明現有裝置的制備與運行，以進一步說明本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置與之相比所具有的有益效果。
現有裝置中所采用的固相催化劑反應柱的制備過程及其結構如下
首先，按照公開號為“CN1982445”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”的中國專利申請制備厚為5mm、寬為50mm的片帶狀固定化葡萄糖異構酶。
然后，以直徑為20mm的不銹鋼實心軸為軸心，將片帶狀固定化葡萄糖異構酶卷繞成50mm厚、直徑為170mm的圓盤狀。在其卷繞末端以少量熱熔膠粘貼固定。
再后，重復卷繞操作，共制成四個相同大小的圓盤狀固定化葡萄糖異構酶塊。將這四個酶塊彼此靠緊堆積成200mm高的酶塊圓柱體18，即，固相催化劑反應柱18。
本實施例中所采用的柱罐的結構與圖2所示相同，在此不再贅述。
下面僅說明常規(guī)反應裝置的運行過程。
首先，將制得的酶塊圓柱體18插入柱罐中，使其位于罐內的中央位置，并使酶塊圓柱體18的中軸17穿過罐蓋7及罐底的中央孔8和9，鎖緊罐蓋7及中央孔8和9的鎖緊螺絲15和16。
然后，連接開通75°C恒溫循環(huán)水的出入接口 14 ；并以200ml/min的速度將75°C的底物溶液從罐底的進液口 10泵入罐體，直至罐蓋7的進液口 11流出液體。以上述狀態(tài)持續(xù)運行。
接下來，比較上述各個實施例的試驗結果。
按照上述實施例8 11所述的方法實施試驗，每天定時收集反應柱的流出物。按照公開號為“CN198M45”、發(fā)明名稱為“用于制備固定化酶或固定化細胞的載體以及使用該載體的固定化方法”所述的方法測定底物溶液的果糖轉化率，由轉化率隨時間的衰減程度計算各實施例中固相酶的半衰期，結果如下
權利要求
1.一種固相催化劑反應裝置，包括反應容器和置于反應容器內的固相催化劑，所述固相催化劑具有反應液可以流入的第一端面、反應后的產物溶液可以流出的第二端面以及在所述第一端面和第二端面之間延伸的周面，其特征在于，在所述固相催化劑的周面上包裹有防水膜。
2.根據權利要求
1所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，還包括與所述固相催化劑的第二端面緊貼的接口盤，所述接口盤為空腔結構，具有下述各個部分第三端面，其上帶有進液孔槽并與所述固相催化劑的第二端面緊貼，用于支撐所述固相催化劑以及收集來自所述固相催化劑的液體；第四端面，其上設置有出水口，用于將所述接口盤內的液體向外排出；在所述第三端面和第四端面之間延伸的密閉周面，其與所述第四端面共同構成容納液體的腔室。
3.根據權利要求
2所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述出水口為出水管。
4.根據權利要求
3所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，位于所述接口盤內腔中的出水管管段的管壁上設置有孔洞，接口盤內的液體可經由所述孔洞流入所述出水管。
5.根據權利要求
2所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述防水膜延伸至所述接口盤，并將所述固相催化劑周面和所述接口盤周面一起包裹起來。
6.根據權利要求
1或5所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述防水膜借助于粘結劑將所述周面包裹起來。
7.根據權利要求
6所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述粘結劑包括熱熔膠、 橡皮膏、地毯膠。
8.根據權利要求
6所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述防水膜外表面纏繞有扎緊帶，用以扎緊所述防水膜，從而使所述防水膜更為牢固地包裹在所述周面上。
9.根據權利要求
1所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述防水膜為塑料膜。
10.根據權利要求
1所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述固相催化劑呈柱狀。
11.根據權利要求
10所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述柱狀固相催化劑由片帶狀固相催化劑卷繞而成。
12.根據權利要求
10所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述柱狀固相催化劑由顆粒狀固相催化劑制成。
13.根據權利要求
1或2所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述固相催化劑具有中軸。
14.根據權利要求
13所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述固相催化劑由片帶狀固相催化劑圍繞所述中軸卷繞而成。
15.根據權利要求
13所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述中軸固定在所述接口盤的中央部位。
16.根據權利要求
2所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述反應裝置采用順式安裝方式，即，所述固相催化劑在上、所述接口盤在下，反應液從位于上方的所述固相催化劑的第一端面進入固相催化劑，并自上而下浸潤流動而與固相催化劑反應，反應后的產物溶液由位于下方的接口盤收集并排出。
17.根據權利要求
2所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述反應裝置采用反式安裝方式，即，所述固相催化劑在下、所述接口盤在上，反應液從位于下方的所述固相催化劑的第一端面進入固相催化劑，并自下而上浸潤流動而與固相催化劑反應，反應后的產物溶液由位于上方的接口盤收集并排出。
18.根據權利要求
1所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述反應容器為柱罐。
19.根據權利要求
18所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述柱罐包括罐蓋，所述罐蓋和/或罐底上設置有進液口，反應液經所述進液口進入到所述柱罐內。
20.根據權利要求
19所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述罐蓋和/或罐底設置有中央孔，以供所述固相催化劑的中軸和/或接口盤的出水管伸出。
21.根據權利要求
18至20中任意一項所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述柱罐的罐壁為夾層，夾層外壁設置有恒溫水出入口，用以向夾層內通入恒溫水以進行保溫。
22.根據權利要求
18至20中任意一項所述的固相催化劑反應裝置，其特征在于，所述柱罐的罐壁為單層，壁外裹附有保溫棉和/或聚氨酯泡沫材料。
23.如權利要求
1所述的固相催化劑反應裝置的運行方法，其特征在于，向反應容器內注入反應液，使所述反應液經由所述固相催化劑的第一端面進入其內，并在所述防水膜的約束下向所述固相催化劑的第二端面流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液自所述固相催化劑的第二端面流出。
24.根據權利要求
23所述的固相催化劑反應裝置的運行方法，其特征在于，所述反應液從所述反應容器的底部進入反應容器內，沿所述反應容器內壁和所述防水膜之間的間隙上升至所述固相催化劑頂部，由位于頂部的第一端面進入所述固相催化劑，并在所述防水膜的約束下在所述固相催化劑內向下浸潤流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液從位于所述固相催化劑底部的第二端面流出。
25.根據權利要求
23所述的固相催化劑反應裝置的運行方法，其特征在于，所述反應液從所述反應容器頂部進入反應容器內，沿所述反應容器內壁和所述防水膜之間的間隙向下流動到所述固相催化劑底部，由位于底部的第一端面進入所述固相催化劑，并在所述防水膜的約束下在所述固相催化劑內向上浸潤流動，同時與所述固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液從位于所述固相催化劑頂部的第二端面流出。
26.根據權利要求
23至25中任意一頂所述的固相催化劑反應裝置的運行方法，其特征在于，所述反應裝置還包括與所述固相催化劑的第二端面緊貼的接口盤，所述接口盤為空腔結構，具有下述各個部分即，其上帶有進液孔槽并與所述固相催化劑的第二端面緊貼的第三端面，其上設置有出水口的第四端面，在所述第三端面和第四端面之間延伸的密閉周面，其中進入到所述固相催化劑內的反應液與所述固相催化劑發(fā)生反應，產物溶液自所述固相催化劑的第二端面流出，經由所述接口盤的第三端面而被收集到所述接口盤內，而后經由所述接口盤的出水口排出。
27.根據權利要求
23所述的固相催化劑反應裝置的運行方法，其特征在于，所述反應容器的容器壁為夾層，所述運行方法還包括向所述夾層內通入恒溫水以進行保溫的步驟。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種固相催化劑反應裝置及其運行方法。該裝置包括反應容器和置于反應容器內的固相催化劑，該固相催化劑具有第一端面、第二端面以及在所述第一端面和第二端面之間延伸的周面。其中，所述固相催化劑的周面上包裹有防水膜。該方法具體為向反應容器內注入反應液，使反應液經由固相催化劑的第一端面進入其內，并在防水膜的約束下向其第二端面流動，同時與固相催化劑發(fā)生反應，反應后的產物溶液自固相催化劑的第二端面流出。本發(fā)明提供的固相催化劑反應裝置及其運行方法，能夠使固相催化劑反應柱易于裝入和取出，并能夠避免反應柱內的液體從柱面直接流出以及固相催化劑在運行過程中發(fā)生形變/收縮而導致短路，從而提高反應效率和運行效率。
文檔編號C12N11/00GKCN101392244 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 200710140652
公開日2012年4月18日 申請日期2007年9月21日
發(fā)明者王駿, 金彩科 申請人:百瑞全球有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan