本申请涉及用于进行化学反应的装置，更具体地，涉及一种用于进行固液反应的装置。
背景技术：
固液反应是指有固态反应物和液态反应物参与的化学反应。固液反应装置属于生物、化工、医药、食品等领域常用的反应装置或设备，其被构造成为容纳固态反应物和液态反应物并为之提供反应条件，以使固态反应物和液态反应物彼此充分混合并发生化学反应，在反应结束后导出反应产物。在一些固液反应中，固态反应物属于可重复利用的反应物，例如固体催化剂、固定化酶、固定化细胞等等。在此情况下，还需要固液反应装置提供固液分离功能来分离反应产物和固态反应物，从而便于固态反应物的重复再利用。
技术实现要素：
本申请的目的就在于提供一种固液反应装置，其能够提高固态反应物的分离效率和利用率。
本申请提供了一种固液反应装置，所述固液反应装置包括：具有倾斜的底面的反应容器和过滤构件，所述反应容器包括：进料口，所述进料口被设置为接收固态和液态的反应物；出料口，所述出料口被设置为允许反应产物从所述反应容器排出；卸料口，所述卸料口被设置为允许固态反应物从所述反应容器排出，其中所述卸料口位于所述底面的较低的一侧。所述过滤构件被布置于所述出料口的上游，以在允许所述反应产物从所述出料口排出的同时，阻挡固态反应物从所述出料口排出。
在一些实施例中，所述底面相对于水平面的倾斜角度为10度至30度。
在一些实施例中，所述反应容器设有底面调节装置，所述底面调节装置配置成可调节所述底面相对于水平面的倾斜角度。
在一些实施例中，所述底面上设置有延伸至所述卸料口的沟槽。
在一些实施例中，所述固液反应装置还包括至少部分设置于所述反应容器内的搅拌构件，所述搅拌构件包括搅拌杆和从所述搅拌杆横向延伸的多个叶片，且其中至少两个叶片从所述搅拌杆上的不同的轴向位置延伸。
在一些实施例中，所述搅拌杆被设置为可在所述反应容器内运动。
在一些实施例中，所述进料口包括固态反应物进料口和液态反应物进料口，所述固态反应物进料口和/或液态反应物进料口设置有计量构件，所述计量构件被设置为计量通过所述进料口的反应物的量。
在一些实施例中，所述出料口下游设置有反应转化率测量构件，所述反应转化率测量构件被设置为测量从所述出料口排出的反应产物的至少一项参数，并基于所测得参数确定反应容器内反应物的转化率。
在一些实施例中，所述反应转化率测量构件包括电导率测量仪，用于测量从所述出料口排出的反应产物的电导率。
在一些实施例中，所述过滤构件为中空滤筒，且所述过滤构件可拆卸地固定至所述反应容器。
以上为本申请的概述，可能有简化、概括和省略细节的情况，因此本领域的技术人员应该认识到，该部分仅是示例说明性的，而非旨在以任何方式限定本申请范围。本概述部分既非旨在确定所要求保护主题的关键特征或必要特征，也非旨在用作为确定所要求保护主题的范围的辅助手段。
附图说明
通过下面说明书和所附的权利要求书并与附图结合，将会更加充分地清楚理解本申请内容的上述和其他特征。可以理解，这些附图仅描绘了本申请内容的若干实施方式，因此不应认为是对本申请内容范围的限定。通过采用附图，本申请内容将会得到更加明确和详细地说明。
图1示出了根据本申请一个实施例的固液反应装置的示意性结构图。
图2示出了根据本申请另一个实施例的固液反应装置的示意性结构图。
图3示出了根据本申请一个实施例的固液反应装置的搅拌构件的示意图。
图4示出了根据本申请另一个实施例的固液反应装置的搅拌构件的示意图。
图5示出了根据本申请又一个实施例的固液反应装置的搅拌构件的示意图。上述附图中的附图标记对应为：100-固液反应装置，101-反应容器，102-过滤构件，103-搅拌构件，111-液态反应物进料口，112-固态反应物进料口，113-出料口，114-卸料口，115-反应空间，116-底面，131-搅拌杆，132-叶片，200-固液反应装置，203-搅拌构件，231-搅拌杆，232-叶片，303-直叶式搅拌器，403-锚式搅拌器，503-锚框式搅拌器。
具体实施方式
在下面的详细描述中，参考了构成其一部分的附图。详细描述、附图和权利要求书中描述的说明性实施方式并非旨在限定。在不偏离本申请的主题的精神或范围的情况下，可以采用其他实施方式，并且可以做出其他变化。可以理解，可以对本申请中一般性描述的、在附图中图解说明的本申请内容的各个方面进行多种不同构成的配置、替换、组合、设计，而所有这些都明确地构成本申请内容的一部分。
图1示出了根据本申请一个实施例的固液反应装置100的示意性结构图。如图1所示，固液反应装置100包括反应容器101、过滤构件102和搅拌构件103。其中，反应容器101限定用于进行固液反应的反应空间115。一些实施例中，反应容器101及其限定的反应空间115为大致圆柱形。另一些实施例中，反应容器101或反应空间115也可以构造为适于进行固液反应的任何其他形状，例如球形、半球形、圆台形等等。过滤构件102设置于反应容器101的内部，用于在导出反应产物时分离其中的固态反应物。搅拌构件103设置在反应容器101内部，用于搅拌反应容器101内的反应物，以使其中的固态反应物和液态反应物充分接触，从而提高反应效率。
进一步地，反应容器101包括液态反应物进料口111和固态反应物进料口112。用于固液反应的液态反应物和固态反应物可以分别通过液态反应物进料口111和固态反应物进料口112被投入反应空间115。需要说明的是，虽然如图1所示的反应容器101具有分别用于投放固态反应物和液态反应物的两个进料口，但在一些实施例中，反应容器101也可以只具有单个进料口，用于接收固态和液态反应物。而在另一些实施例中，反应容器101也可以同时具有多个液态反应物进料口和/或固态反应物进料口。例如，反应容器101上可以设置有两个或更多固态反应物进料口，这些固态反应物进料口分布在反应容器101的不同位置，从而能够从不同的固态反应物进料口投放相同或不同的固态反应物。
虽然在图1所示的实施例中，液态反应物进料口111和固态反应物进料口112均设置于反应容器101的顶部，但在一些实施例中，固液反应装置100的进料口也可以设置于反应容器101的其他部位，如侧壁上部等。在一些实施例中，进料口处设置用于打开和封闭进料口的进料口开闭构件，该进料口开闭构件可在打开位置和封闭位置之间运动。在打开位置，进料口被打开，从而允许向反应容器101内投放固态反应物和液体反应物。而在封闭位置，进料口被进料口开闭构件封闭，从而在反应期间保证反应空间115的封闭性，防止反应物和/或反应产物从反应容器101泄露。进料口开闭构件可构造为挡板、阀门或其他类似结构。
虽然图中未示出，在一些实施例中，固液反应装置100的进料口处可以设置有计量构件，用于计量通过进料口投入反应空间115的反应物的量。该计量构件可以是任意能够计量固体反应物或液体反应物的投放量的计量装置。比如，用于液态反应物进料口111处的计量构件可以是转子流量计、容积式流量计、超声波流量计等等。而用于固态反应物进料口112的计量构件则可以是布置于固态反应物进料口112上方的体积计量罐或者称重投料机构。具体地，将固态反应物首先投入体积计量罐或者置于称重投料机构上。当体积计量罐被装满或者称重投料机构所测得的固态反应物达到指定重量时，体积计量罐中或称重投料机构上的固态反应物将通过固态反应物进料口112投入反应空间115。计量构件的存在可以使得固态反应物和液态反应物被定量投入反应空间115，从而保证理想的反应效率。
继续参照图1，反应容器101还具有出料口113，在固液反应完成以后，反应空间115中的反应产物经由该出料口113被排出反应容器101。虽然图1仅示出两个设置于反应容器101的侧壁下方的出料口113，但在一些实施例中，反应容器101可以仅具有单个出料口113，而在另一些实施例中，反应容器101可以具有更多数量的出料口113，例如3个、4个、5个、6个、7个、8个等。当设有两个以上的出料口时，这些出料口可以围绕反应容器101的周向均匀排布，从而提高出料速度。在一些实施例中，出料口113处设置用于打开和封闭出料口113的出料口开闭构件，该出料口开闭构件可在打开位置和封闭位置之间运动。在打开位置，出料口被打开，从而允许反应空间115内的反应物和/或反应产物排出反应容器101。而在封闭位置，出料口被出料口开闭构件封闭，从而在反应期间保证反应空间115的封闭性，防止反应物和/或反应产物从反应容器101泄露。出料口开闭构件可构造为挡板、阀门或其他类似结构。
在一些实施例中，固液反应装置100还具有设置于出料口113下游的反应转化率测量构件，该反应转化率测量构件被设置为测量从出料口113排出的反应产物的至少一项参数，并基于所述至少一项参数确定反应容器内反应物的转化率。例如，在一些实施例中，反应转化率测量构件可以包括电导率测量仪，该电导率测量仪能够测量从出料口113排出的反应产物的电导率。对于反应产物中包括可电离形式的带电基团的固液反应，该电导率测量仪能够测量的反应产物的电导率，从而确定反应产物中带电基团的量，进而计算出反应容器101内反应物的转化率。另一些具体实施例中，反应转化率测量构件可以是对某种特定生物物质敏感的生物传感器。对于产物中包括该特定生物物质的固液反应，该生物传感器能够测量特定生物物质的量，进而计算出反应物的转化率。在一些实施例中，固液反应装置100还可以具有控制模块，该控制模块与反应转化率测量构件通信连接，并根据反应转化率测量构件所提供的信息，确定是否需要向反应容器101添加液态反应物或者是否更换固态反应物。
如图1所示，过滤构件102被布置于出料口113的上游，从而在允许反应产物从出料口113排出反应容器101的同时，阻止固态反应物从出料口113排出。具体如图所示，过滤构件102被布置于反应容器101内邻近出料口113的位置，反应产物在通过过滤构件102后，最终通过出料口113排出反应容器。过滤构件102可以是用于固液分离的任何可用的过滤结构或装置。一些实施例中，过滤构件102为滤筒或滤网，其滤孔孔径为100至500目，优先为150至300目。在一些实施例中，过滤构件102为中空圆柱形滤筒。过滤构件102可以为被焊接、铆接或粘接至反应容器101的内壁。另一些实施例中，过滤构件102可以被可拆卸地附接至反应容器101内，从而允许操作人员根据不同反应所需的固态反应物的粒径，选择不同的过滤构件102附接至反应容器101，从而提高固液反应装置100的兼容性。
在实践中，固态反应物的粒径在一定范围内，而非仅有一种粒径，因此过滤构件102很难将固态反应物完全阻挡反应容器101内，从出料口113排出的反应产物中可能夹杂有部分固态反应物。因此，在一些实施例中，固液反应装置100还进一步包括设置于出料口113下游的固液分离构件，以对流出的反应产物进行固液分离，以将反应产物与混入其中的固态反应物分开。
在一些实施例中，固液分离构件为一级或多级滤筒或滤芯。而另一些实施例中，固液分离构件为离心分离器，该离心分离器可以是市售的离心分离器，例如广州富一液体分离技术有限公司、烟台诚博机械科技有限公司、东莞市耀天电气科技有限公司、temasystem、kyte、heinkel、gea等公司生产的离心分离器。在一些实施例中，被固液分离构件分离出的固态反应物被实时地重新投入至反应容器101中，以提高固态反应物的利用率。在另一些实施中，被固液分离构件分离出的固态反应物被收集在一缓存容器，并在预定时间，例如一个批次的固液反应完成而将反应产物排出反应容器101以后，被重新投入反应容器101中。
继续参照图1，固液反应装置100的反应容器101还包括卸料口114，反应空间115中的固态反应物可经由卸料口114从反应容器101中排出。卸料口114处设置有构造为挡板或阀门的卸料口开闭构件，卸料口开闭构件可在打开位置和封闭位置之间运动。在打开位置，卸料口被打开，从而允许反应容器101内的固态反应物连同部分未排净的反应产物从卸料口114排出。而在封闭位置，卸料口被卸料口开闭构件封闭，从而在反应期间保证反应空间115的封闭性，防止反应物和/或反应产物从反应容器101泄露。该卸料口开闭构件通常处于闭合状态，一般仅在反应空间115中的固态反应物需要更换时，才打开卸料口114，以使得反应容器101中的固态反应物以及可能残留的反应产物可经由卸料口114排出反应容器101。如图1所示，反应容器101具有倾斜的底面116，而卸料口114位于倾斜的底面116的较低一侧。由于倾斜的底面116存在，当需要卸料时，反应容器101内的固态反应物和可能存在的反应产物更容易流向较低一侧的卸料口114。
在一些实施例中，反应容器101的底面116相对于水平面的倾斜角度为10度至30度，优选为15度至25度。虽然图中未示出，在一些实施例中，反应容器设有底面调节装置，该底面调节装置配置成可调节底面116相对于水平面的倾斜角度。例如底面调节装置被配置为设置在反应容器101的多个可升降的支撑部件，通过调节各个支撑部件的高度，可以将反应容器101的底面116在0度至30度、优选为0度至25度的范围内进行调节。
在一些实施例中，在反应进行时，底面116可以被调整为水平状态(即相对于水平面成0度)，可避免固态反应物在底面的较低处堆积。而当需要卸料时，底面116可以被调节为相对于水平面成10度至30度，以便于卸料。虽然图中未示出，一些实施例中，底面116上还可以设置有延伸至卸料口114的一个或多个沟槽。当设有多个沟槽时，多个沟槽可以设置为从卸料口114呈放射状地延伸，使得反应容器101内的固态反应物和可能存在的反应产物更容易流向卸料口114。一些实施例中，底面116上还可以设置有光滑不易粘附的涂层，例如陶瓷涂层或聚四氟乙烯涂层等，以便于剩余固态反应物在倾斜的底面116上的滑动或流动。
如图1所示，固液反应装置100还包括至少部分设置于反应容器101内部的搅拌构件103。搅拌构件103被设置为搅拌反应容器101内部的液态反应物和固态反应物，以使其充分接触。参照图1，搅拌构件103包括搅拌杆131和从搅拌杆131横向延伸(即与搅拌杆的轴线相交的方向)的两个叶片132。在一些实施例中，搅拌构件103也可只具有一个从搅拌杆131横向延伸的叶片。在另一些实施例中，搅拌构件103可以具有更多从搅拌杆131横向延伸的叶片，例如3、4、5、6、7、8片。在一些实施例中，搅拌构件103可以是如图3所示的直叶式搅拌器303、图4所示的锚式搅拌器403和图5所示的锚框式搅拌器503中的任意一种。在一些实施例中，搅拌构件103也可以是图3、图4和图5所示搅拌器的叶片结构的任意结合。
虽然图中仅示出一个搅拌构件103，但在一些实施例中，固液反应装置100可以包括多个搅拌构件103，从而使得反应空间115中的反应物更为充分地混匀。在一些实施例中，搅拌构件103被设置为能够在反应容器101内运动，从而避免出现搅拌死角。具体地，在一些实施例中，搅拌构件103被配置为能够在反应容器内上下运动。在一些实施例中，搅拌构件103被配置为能够在反应容器101内进行前后平移运动、左右平移运动和/或绕某个竖直轴线圆周运动。在一些实施例中，搅拌构件103被配置为在反应容器101内进行摆动，例如进行钟摆运动。显而易见的是，搅拌构件103也可以被设置为能够在反应容器101内实现上述运动的任意组合。
图2示出了根据本申请另一个实施例的固液反应装置200的透视图。该实施例与图1所示的固液反应装置100的主要区别在于搅拌构件的结构不同。以下主要说明搅拌构件的结构，其他部件的结构及功能与图1所示实施例相同，因此采用相同的附图标记示出，对其具体结构和功能在此不做赘述。
如图2所示，固液反应装置200的搅拌构件203具有4组从搅拌杆231的不同轴向位置延伸而出的叶片232，从而能够在不同液位均能实现充分搅拌，从而提高固液反应装置200的反应效率。在一些实施方式中，可以设置数量更多或更少组的叶片，例如2组、3组、5组、6组叶片。本领域技术人员可以根据实际需要，例如反应容器101的容积，来选择合适的叶片组数以及这些叶片组的设置位置。
在一些实施例中，固液反应装置被设置为用于酶促反应，而其固态反应物为固定化酶或固定化细胞。下面结合附图1，以具体的酶促反应为例阐述固液反应装置100的工作过程。在该酶促反应中，液态反应物为泛解酸内酯外消旋体，固态反应物为含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞或固定化酶，两者反应得到获得d-泛解酸和l-泛解酸内酯。
1)通过液态反应物进料口111加入一定量的泛解酸内酯外消旋体，并通过固态反应物进料口112加入一定量的含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞/固定化酶，随后利用搅拌构件103充分搅拌进入反应容器101的反应混合物，使得含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞/固定化酶与泛解酸内酯外消旋体充分接触反应，最终获得d-泛解酸和l-泛解酸内酯。
2)在经过预定反应时间以后，打开出料口113，使得最终反应产物d-泛解酸和l-泛解酸内酯通过出料口113流出反应容器101，而未反应完全的含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞/固定化酶被过滤构件102阻挡在反应容器101中。
3)通过液态反应物进料口111再加入一定量的泛解酸内酯外消旋体，随后利用搅拌构件103进行搅拌，以使固定化细胞中剩余的含有d-泛解酸内酯水解酶与泛解酸内酯外消旋体充分接触反应。
4)在经过预定反应时间以后，打开出料口113，使得反应产物d-泛解酸和l-泛解酸内酯通过出料口113流出，而未反应完全的含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞被过滤构件102阻挡在反应容器101中。
5)重复第3)和4)步，并测定反应产物的电导率，基于反应产物的电导率确定是否需要更换新一批含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞/固定化酶。
6)当第5)步中确定需要更换新一批含有d-泛解酸内酯水解酶的固定化细胞/固定化酶时，打开卸料口114，使反应容器101内的固定化细胞/固定化酶与可能存在的反应产物通过卸料口114排出反应容器101。
本申请所述的固液反应装置可不限于酶促反应，还可以用于其他固液反应。
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了固液反应装置的不同部分以及这些不同部分的子部分，但是这种划分仅仅是示例性的而非强制性的。本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、说明书附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在本申请的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。
1.一种固液反应装置，其特征在于，所述固液反应装置包括：
具有倾斜的底面的反应容器，所述反应容器包括：
进料口，所述进料口被设置为接收固态和液态的反应物；
出料口，所述出料口被设置为允许反应产物从所述反应容器排出；
卸料口，所述卸料口被设置为允许固态反应物从所述反应容器排出，其中所述卸料口位于所述底面的较低的一侧；
过滤构件，所述过滤构件被布置于所述出料口的上游，以在允许所述反应产物从所述出料口排出的同时，阻挡固态反应物从所述出料口排出。
2.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述底面相对于水平面的倾斜角度为10度至30度。
3.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述反应容器设有底面调节装置，所述底面调节装置配置成可调节所述底面相对于水平面的倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述底面上设置有延伸至所述卸料口的沟槽。
5.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述固液反应装置还包括至少部分设置于所述反应容器内的搅拌构件，所述搅拌构件包括搅拌杆和从所述搅拌杆横向向外延伸的多个叶片，且其中至少两个叶片从所述搅拌杆上的不同的轴向位置延伸。
6.根据权利要求5所述的固液反应装置，其特征在于，所述搅拌杆被设置为可在所述反应容器内运动。
7.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述进料口包括固态反应物进料口和液态反应物进料口，所述固态反应物进料口和/或液态反应物进料口设置有计量构件，所述计量构件被设置为计量通过所述进料口的反应物的量。
8.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述出料口下游设置有反应转化率测量构件，所述反应转化率测量构件被设置为测量从所述出料口排出的反应产物的至少一项参数，并基于所述至少一项参数确定所述反应容器内反应产物的转化率。
9.根据权利要求8所述的固液反应装置，其特征在于，所述反应转化率测量构件包括电导率测量仪，用于测量从所述出料口排出的反应产物的电导率。
10.根据权利要求1所述的固液反应装置，其特征在于，所述过滤构件构造为中空滤筒，且所述过滤构件可拆卸地固定至所述反应容器。
技术总结