一种酶催化酮还原成手性醇的反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及手性醇生产技术领域，尤其涉及一种酶催化酮还原成手性醇的反应装置。


背景技术：

2.酶催化酮还原成的手性醇具有广泛的应用，比如：
3.1、利用丁酮醇可还原成r-1，3-丁二醇，该r-1，3-丁二醇是重要的医药中间体，广泛应用在食品添加等领域；
4.2、利用普利酮酸可还原成r-普利羟酸，该普利羟酸是心脑血管药物的必须中间体；
5.3、乙酰乙酸乙酯可还原成r-3-羟基丁酸乙酯，该r-3-羟基丁酸乙酯是食品添加剂，广泛应用在功能饮料等方面。
6.通常情况下，利用酶催化酮还原成手性醇时，反应路线如下所示。
[0007][0008]
在酶催化还原成手性醇的过程中，由于还原反应所需的供氢体异丙醇在还原反应后会产生丙酮。在现有技术中，因无法去除供氢体异丙醇在还原反应过程中产生的丙酮而导致丙酮在反应溶液中积聚，从而影响还原反应的进行，进而影响手性醇的生产效率。另外，由于供氢体异丙醇在还原反应过程中产生的丙酮多是通过蒸馏方式去除反应溶液中的丙酮，不仅会造成能源的浪费，还会因反应溶液中的丙酮无法完全去除而排放到环境中，污染环境。


技术实现要素：

[0009]
为提高手性醇的生产效率，节约能源，保护环境，本实用新型提出一种酶催化酮还原成手性醇的反应装置，该反应装置包括酶催化反应釜、丙酮吸收釜、供氮机构和丙酮回收件，所述酶催化反应釜的底部设置有进氮口，该进氮口通过输气管与所述供氮机构连通并向所述酶催化反应釜中充入氮气；所述丙酮吸收釜的顶部设置有气体吸收口，所述气体吸收口通过回气管与位于所述酶催化反应釜顶部的排气口连通将所述酶催化反应釜中的混合气体充入到所述丙酮吸收釜中；所述丙酮回收件通过回收管与所述丙酮吸收釜底部的回收排液口连通，回收所述丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液。
[0010]
在使用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置还原生产手性醇时，需向酶
催化反应釜中加入酶催化原料、还原酶及供氢体，使酶催化原料和供氢体在还原酶的催化下还原反应生成手性醇和丙酮；通过供氮机构从酶催化反应釜底部向酶催化反应釜中充入氮气，以利用氮气将酶催化反应釜中的丙酮吹出，且吹出的丙酮通过回气管回收到丙酮吸收釜中由丙酮吸收釜中的水吸收形成丙酮水溶液，最后由丙酮回收件通过回收管回收丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液，完成丙酮的回收。由此可见，采用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置还原生产手性醇时，可利用供氮机构从酶催化反应釜的底部向酶催化反应釜中充入氮气将还原反应产生的丙酮吹送到丙酮吸收釜中，可有效去除酶催化反应釜中的丙酮，避免还原反应产生的丙酮在反应溶液中积聚而影响还原反应生成手性醇的效率，从而可有效提高手性醇的生产效率，且不用蒸馏去除丙酮，可有效节约能耗，避免能源浪费；利用丙酮吸收釜中的丙酮吸收剂水吸收溶解丙酮形成丙酮水溶液，并利用丙酮回收件回收丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液，完成丙酮的回收，避免丙酮被排放到环境中，保护环境。
[0011]
优选地，所述输气管上设置有供氮风机，该供氮风机将所述供氮机构输出的氮气充入到所述酶催化反应釜中。这样，利用供氮风机将供氮机构输出的氮气充入到酶催化反应釜中，可有效提高氮气的充入效率，从而可有效提高去除酶催化反应釜的反应溶液中的丙酮的效率，进而可有效提高还原反应生成手性醇的效率。进一步地，所述供氮风机为鼓风机。这样，采用鼓风机作为供氮风机，选取简单，安装方便快捷且易控制。
[0012]
优选地，所述丙酮吸收釜的顶部设置有循环出气口，该循环出气口通过循环管道与所述供氮风机的氮气进口连通，且所述供氮机构的出口处设置有控制阀。这样，在本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气充足后，可关闭控制阀来关闭供氮机构提供的外接氮气，并利用供氮风机来实现氮气的内循环，可有效节约氮气使用，避免资源浪费，从而降低还原生产手性醇的成本。进一步地，所述酶催化反应釜和所述丙酮吸收釜上设置有压力表，该压力表用于检测所述酶催化反应釜和所述丙酮吸收釜中的气压。这样，在利用供氮机构充入氮气的过程中，可根据酶催化反应釜和丙酮吸收釜中的气压判断本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气是否充足，判断简单方便。
[0013]
优选地，所述回收管上设置有回收泵，且该回收泵的进液口与所述丙酮吸收釜连通，所述回收泵的出液口与所述丙酮回收件连通。这样，可利用回收泵将丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液输送到丙酮回收件中，回收方便快速且可控。进一步地，所述丙酮回收件为氢化釜，且该氢化釜底部的排液口通过排液管与所述酶催化反应釜顶部的进液口连通。这样，利用氢化釜作为丙酮回收件，可将回收的丙酮水溶液加氢还原成异丙醇，并通过排液管将含有异丙醇的水溶液输送到酶催化反应釜中作为还原反应用的原料使用，可实现丙酮的完全回收，实现绿色化学合成，保护环境。
[0014]
优选地，所述丙酮吸收釜的气体吸收口处设置有文丘里吸收器，且该文丘里吸收器的进液口通过回流管与所述回收泵的出液口连通，所述文丘里吸收器的出口与所述丙酮吸收釜连通，所述文丘里吸收器的进气口与所述酶催化反应釜连通。这样，可使酶催化反应釜输送的丙酮与回流管回流的丙酮水溶液在文丘里吸收器中混合，增大丙酮与水的接触面积，从而可有效提高丙酮的吸收率。进一步地，所述回流管上设置有回流调节阀。这样，在使用时，可根据需要利用回流调节阀调节控制回流管回流的丙酮水溶液的流量，方便使用。
附图说明
[0015]
图1为本实用新型较佳实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置的结构示意图。
[0016]
图2为本实用新型另一较佳实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置的结构示意图。
[0017]
图3为本实用新型另一个较佳实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置的结构示意图。
具体实施方式
[0018]
实施例1
[0019]
结合图1对本实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置进行详细说明。
[0020]
如图1所示，本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置包括酶催化反应釜1、丙酮吸收釜2、供氮机构3和丙酮回收件4。
[0021]
其中，酶催化反应釜1的底部设置有进氮口(图中未示出)，该进氮口通过输气管5与供氮机构3连通并向酶催化反应釜1中充入氮气。
[0022]
丙酮吸收釜2的顶部设置有气体吸收口(图中未示出)，气体吸收口通过回气管7与位于酶催化反应釜1顶部的排气口(图中未示出)连通将酶催化反应釜1中的混合气体充入到丙酮吸收釜2中。
[0023]
丙酮吸收釜2的顶部设置有出气口(图中未示出)，该出气口通过管道8与外界(可接废气处理设备)连通。且供氮机构3的出口处设置有控制阀(图中未示出)。
[0024]
本实施例中，酶催化反应釜1和丙酮吸收釜2上设置有压力表(图中未示出)，该压力表用于检测酶催化反应釜1和丙酮吸收釜2中的气压。这样，在利用供氮机构3充入氮气的过程中，可根据酶催化反应釜1和丙酮吸收釜2中的气压判断本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气是否充足，判断简单方便。
[0025]
丙酮回收件4通过回收管9与丙酮吸收釜2底部的回收排液口(图中未示出)连通，回收丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液。
[0026]
本实施例中，回收管9上设置有回收泵10，且该回收泵10的进液口与丙酮吸收釜2连通，回收泵10的出液口与丙酮回收件4连通。这样，可利用回收泵10将丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液输送到丙酮回收件4中，回收方便快速且可控。
[0027]
本实施例中，丙酮回收件4为氢化釜，且该氢化釜底部的排液口通过排液管11与酶催化反应釜1顶部的进液口(图中未示出)连通。这样，利用氢化釜作为丙酮回收件4，可将回收的丙酮水溶液加氢还原成异丙醇，并通过排液管11将含有异丙醇的水溶液输送到酶催化反应釜1中作为还原反应用的原料使用，可实现丙酮的完全回收，实现绿色化学合成，保护环境。
[0028]
丙酮吸收釜2的气体吸收口处设置有文丘里吸收器12(文丘里吸收器是吸收处理有机气体的常规设备)，文丘里吸收器12的出口与丙酮吸收釜2连通，文丘里吸收器12的进气口与酶催化反应釜1连通。
[0029]
实施例2
[0030]
结合图2对本实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置进行详细说明。
[0031]
如图2所示，本实施例酶催化酮还原成手性醇的反应装置包括酶催化反应釜1、丙酮吸收釜2、供氮机构3和丙酮回收件4。
[0032]
其中，酶催化反应釜1的底部设置有进氮口(图中未示出)，该进氮口通过输气管5与供氮机构3连通并向酶催化反应釜1中充入氮气。
[0033]
本实施例中，输气管5上设置有供氮风机6，该供氮风机6将供氮机构3输出的氮气充入到酶催化反应釜1中。这样，利用供氮风机6将供氮机构3输出的氮气充入到酶催化反应釜1中，可有效提高氮气的充入效率，从而可有效提高去除酶催化反应釜1的反应溶液中的丙酮的效率，进而可有效提高还原反应生成手性醇的效率。供氮风机6可以为鼓风机。这样，采用鼓风机作为供氮风机6，选取简单，安装方便快捷且易控制。
[0034]
丙酮吸收釜2的顶部设置有气体吸收口(图中未示出)，气体吸收口通过回气管7与位于酶催化反应釜1顶部的排气口(图中未示出)连通将酶催化反应釜1中的混合气体充入到丙酮吸收釜2中。本实施例中，丙酮吸收釜2的顶部设置有循环出气口(图中未示出)，该循环出气口通过循环管道8与供氮风机6的氮气进口连通，且供氮机构3的出口处设置有控制阀(图中未示出)。这样，在本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气充足后，可关闭控制阀来关闭供氮机构3提供的外接氮气，并利用供氮风机6来实现氮气的内循环，可有效节约氮气使用，避免资源浪费，从而降低还原生产手性醇的成本。
[0035]
本实施例中，酶催化反应釜1和丙酮吸收釜上设置有压力表(图中未示出)，该压力表用于检测酶催化反应釜和丙酮吸收釜中的气压。这样，在利用供氮机构3充入氮气的过程中，可根据酶催化反应釜1和丙酮吸收釜2中的气压判断本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气是否充足，判断简单方便。
[0036]
丙酮回收件4通过回收管9与丙酮吸收釜2底部的回收排液口(图中未示出)连通，回收丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液。回收管9上设置有回收泵10，且该回收泵10的进液口与丙酮吸收釜2连通，回收泵10的出液口与丙酮回收件4连通。这样，可利用回收泵10将丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液输送到丙酮回收件4中，回收方便快速且可控。
[0037]
丙酮回收件4为氢化釜，且该氢化釜底部的排液口通过排液管11与酶催化反应釜1顶部的进液口(图中未示出)连通。这样，利用氢化釜作为丙酮回收件4，可将回收的丙酮水溶液加氢还原成异丙醇，并通过排液管11将含有异丙醇的水溶液输送到酶催化反应釜1中作为还原反应用的原料使用，可实现丙酮的完全回收，实现绿色化学合成，保护环境。
[0038]
丙酮吸收釜2的气体吸收口处设置有文丘里吸收器12(文丘里吸收器是吸收处理有机气体的常规设备)，文丘里吸收器12的出口与丙酮吸收釜2连通，文丘里吸收器12的进气口与酶催化反应釜1连通。
[0039]
本实施例中，酶催化反应釜1的顶部设有阻流网101，其可以为10-30目的不锈钢网，阻流网101被设置用于阻止氮气携带酶催化反应釜1中的反应液体进入回气管7。本实施例中，阻流网101为锥角向酶催化反应釜1底部的锥形网格结构，中部设有避免搅拌轴干涉的通孔。锥形的阻流网101能够显著提高阻止反应液体进入回气管7的效率，且方便阻流网101上的反应液体回流滴下到酶催化反应釜1中。
[0040]
实施例3
[0041]
下面，结合图3对本实施例的酶催化酮还原成手性醇的反应装置进行详细说明。
[0042]
如图3所示，本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置包括酶催化反应釜1、
丙酮吸收釜2、供氮机构3和丙酮回收件4。其中，酶催化反应釜1的底部设置有进氮口(图中未示出)，该进氮口通过输气管5与供氮机构3连通并向酶催化反应釜1中充入氮气。优选地，输气管5上设置有供氮风机6，该供氮风机6将供氮机构3输出的氮气充入到酶催化反应釜1中。这样，利用供氮风机6将供氮机构3输出的氮气充入到酶催化反应釜1中，可有效提高氮气的充入效率，从而可有效提高去除酶催化反应釜1的反应溶液中的丙酮的效率，进而可有效提高还原反应生成手性醇的效率。优选地，供氮风机6为鼓风机。这样，采用鼓风机作为供氮风机6，选取简单，安装方便快捷且易控制。
[0043]
丙酮吸收釜2的顶部设置有气体吸收口(图中未示出)，气体吸收口通过回气管7与位于酶催化反应釜1顶部的排气口(图中未示出)连通将酶催化反应釜1中的混合气体充入到丙酮吸收釜2中。优选地，丙酮吸收釜2的顶部设置有循环出气口(图中未示出)，该循环出气口通过循环管道8与供氮风机6的氮气进口连通，且供氮机构3的出口处设置有控制阀(图中未示出)。这样，在本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气充足后，可关闭控制阀来关闭供氮机构3提供的外接氮气，并利用供氮风机6来实现氮气的内循环，可有效节约氮气使用，避免资源浪费，从而降低还原生产手性醇的成本。优选地，酶催化反应釜1和丙酮吸收釜上设置有压力表(图中未示出)，该压力表用于检测酶催化反应釜和丙酮吸收釜中的气压。这样，在利用供氮机构3充入氮气的过程中，可根据酶催化反应釜1和丙酮吸收釜2中的气压判断本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置中的氮气是否充足，判断简单方便。
[0044]
丙酮回收件4通过回收管9与丙酮吸收釜2底部的回收排液口(图中未示出)连通，回收丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液。优选地，回收管9上设置有回收泵10，且该回收泵10的进液口与丙酮吸收釜2连通，回收泵10的出液口与丙酮回收件4连通。这样，可利用回收泵10将丙酮吸收釜2排出的丙酮水溶液输送到丙酮回收件4中，回收方便快速且可控。优选地，丙酮回收件4为氢化釜，且该氢化釜底部的排液口通过排液管11与酶催化反应釜1顶部的进液口(图中未示出)连通。这样，利用氢化釜作为丙酮回收件4，可将回收的丙酮水溶液加氢还原成异丙醇，并通过排液管11将含有异丙醇的水溶液输送到酶催化反应釜1中作为还原反应用的原料使用，可实现丙酮的完全回收，实现绿色化学合成，保护环境。
[0045]
丙酮吸收釜2的气体吸收口处设置有文丘里吸收器12，且该文丘里吸收器12(文丘里吸收器是吸收处理有机气体的常规设备)的进液口通过回流管13与回收泵10的出液口连通，文丘里吸收器12的出口与丙酮吸收釜2连通，文丘里吸收器12的进气口与酶催化反应釜1连通。这样，可使酶催化反应釜1输送的丙酮与回流管13回流的丙酮水溶液在文丘里吸收器12中混合，增大丙酮与水的接触面积，从而可有效提高丙酮的吸收率。优选地，回流管13上设置有回流调节阀(图中未示出)。这样，在使用时，可根据需要利用回流调节阀调节控制回流管13回流的丙酮水溶液的流量，方便使用。
[0046]
在使用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置将酶催化酮还原成手性醇时，可采用不同的酶催化原料。下面，采用多个应用例对不同的酶催化原料利用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置还原产生手性醇的过程进行详细说明。
[0047]
应用例1
[0048]
参考图3，以乙酰乙酸乙酯作为酶催化原料时，将乙酰乙酸乙酯、酶及异丙醇投至酶催化反应釜1内，开启酶催化反应釜1进行搅拌，并打开供氮风机6向酶催化反应釜1中鼓
入氮气；乙酰乙酸乙酯、酶及异丙醇开始进行还原反应后，反应产生手性醇和丙酮，鼓入到酶催化反应釜1中的氮气将丙酮吹起并通过回气管7送入到丙酮吸收釜2中，由丙酮吸收釜2中的丙酮吸收剂水吸收丙酮形成丙酮水溶液；丙酮水溶液经回收管9输送到丙酮回收件4中，由丙酮回收件4回收；丙酮回收件4回收的丙酮可加氢还原成异丙醇，还原成的异丙醇与水的混合液可通过排液管11输送到酶催化反应釜1中继续与乙酰乙酸乙酯进行还原反应生成手性醇和丙酮，循环反应，直至酶催化反应釜1中的酶催化原料乙酰乙酸乙酯完全转化为r-3-羟基丁酸乙酯，停止反应。
[0049]
应用例2
[0050]
参考图3，以丁酮醇作为酶催化原料时，将丁酮醇、酶及异丙醇投至酶催化反应釜1内，开启酶催化反应釜1进行搅拌，并打开供氮风机6向酶催化反应釜1中鼓入氮气；丁酮醇、酶及异丙醇开始进行还原反应后，反应产生手性醇和丙酮，鼓入到酶催化反应釜1中的氮气将丙酮吹起并通过回气管7送入到丙酮吸收釜2中，由丙酮吸收釜2中的水吸收形成丙酮水溶液；丙酮水溶液经回收管9输入到丙酮回收件4中，由丙酮回收件4回收；丙酮回收件4回收的丙酮可加氢还原成异丙醇，且还原成的异丙醇与水的混合液可通过排液管11输送到酶催化反应釜1中继续与丁酮醇进行还原反应生成手性醇和丙酮，循环反应，直至酶催化反应釜1中的丁酮醇完全转化为r-1，3-丁二醇，停止反应。
[0051]
应用例3
[0052]
参考图3，以普利酮酸作为酶催化原料时，将普利酮酸、酶及异丙醇投至酶催化反应釜1内，开启酶催化反应釜1进行搅拌，并打开供氮风机6向酶催化反应釜1中鼓入氮气；普利酮酸、酶及异丙醇开始进行还原反应后，反应产生手性醇和丙酮，鼓入到酶催化反应釜1中的氮气将丙酮吹起并通过回气管7送入到丙酮吸收釜2中，由丙酮吸收釜2中的水吸收形成丙酮水溶液；丙酮水溶液经回收管9输入到丙酮回收件4中，由丙酮回收件4回收；丙酮回收件4回收的丙酮可加氢还原成异丙醇，且还原成的异丙醇与水的混合液可通过排液管11输送到酶催化反应釜1中继续与普利酮酸进行还原反应生成手性醇和丙酮，循环反应，直至酶催化反应釜1中的普利酮酸完全转化为r-普利羟酸，停止反应。
[0053]
在使用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置还原生产手性醇时，需向酶催化反应釜中加入酶催化原料、还原酶及供氢体，使酶催化原料和供氢体在还原酶的催化下还原反应生成手性醇和丙酮；通过供氮机构从酶催化反应釜底部向酶催化反应釜中充入氮气，以利用氮气将酶催化反应釜中的丙酮吹出，且吹出的丙酮通过回气管回收到丙酮吸收釜中由丙酮吸收釜中的水吸收形成丙酮水溶液，最后由丙酮回收件通过回收管回收丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液，完成丙酮的回收。由此可见，采用本实用新型酶催化酮还原成手性醇的反应装置还原生产手性醇时，可利用供氮机构从酶催化反应釜的底部向酶催化反应釜中充入氮气将还原反应产生的丙酮吹送到丙酮吸收釜中，可有效去除酶催化反应釜中的丙酮，避免还原反应产生的丙酮在反应溶液中积聚而影响还原反应生成手性醇的效率，从而可有效提高手性醇的生产效率，且不用蒸馏去除丙酮，可有效节约能耗，避免能源浪费；利用丙酮吸收釜中的丙酮吸收剂水吸收溶解丙酮形成丙酮水溶液，并利用丙酮回收件回收丙酮吸收釜排出的丙酮水溶液，完成丙酮的回收，避免丙酮被排放到环境中，保护环境。