Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor zum Durchführen biologisch katalysierter Reaktionen sowie eine Rektifizierkolonne mit einem solchen Bioreaktor.
Bei bekannten Bioreaktoren dieser Art werden die Biokatalysatoren üblicherweise auf festen Trägern fixiert und als Schüttung von festen Partikeln in Kugel- oder Pelletform im Reaktionsraum untergebracht, wo sie von den Reaktanden umströmt werden. Als Biokatalysatoren kommen Mikroorganismen, tierische oder pflanzliche Zellen oder Teile davon in Betracht.
Bei den so ausgebildeten Reaktoren entstehen einerseits hohe Druckabfälle, andererseits erfolgt keine einheitliche Konzentrationsverteilung über den Reaktorquerschnitt, so dass die Ausbeute der gewünschten Endprodukte nicht optimal ist.
Für enzymatische Reaktionen sind auch die sogenannten Enzym-Membranreaktoren bekannt, in denen der Biokatalysator in Flüssigkeit gelöst vorliegt und von Ultrafiltrationsmembranen im Reaktor zurückgehalten wird, während die Reaktanden und die Produkte die Membranen passieren können. Enzym-Membran-Reaktoren in den bisher gebräuchlichen Bauweisen, z.B. als Hohlfaser-Membranreaktor, haben den Nachteil, dass die Reaktanden ungleichmässig über den Reaktorquerschnitt verteilt werden, und ausserdem Konzentrationspolarisationsschichten den Stoffaustausch zwischen Biokatalysator und Reaktanden bzw. Produktelösung stark behindern.
Für die chemische Reaktionstechnik hat man vorgeschlagen, sogenannte statische Mischer einzusetzen, die aus einem Zusammenbau von mehreren stationär in einem Mischrohr angeordneten, sich kreuzenden Lagen bestehen, die entweder mit einem festen Katalysatormaterial, beispielsweise mittels eines Bindemittels beschichtet sind oder auch selbst aus Katalysatormaterial bestehen (vergl. beispielsweise die CH-PS 537 208). Diese Ausführungsformen weisen zwar beachtliche Vorteile auf, nämlich eine homogene Temperatur- und Konzentrationsverteilung, eine enge Verweilzeitverteilung und einen relativ geringen Druckabfall, auch bei Einsatz in katalytischen Festbettreaktoren. Jedoch bestehen wesentliche Nachteile darin, dass die Katalysatormaterialien jeweils ausschliesslich an den Oberflächen der in Form von statischen Mischern ausgebildeten Vorrichtungen mit den Reaktanden in Kontakt kommen.
Ausserdem ist das Beschichten der Lagen mit dem Katalysator arbeitsintensiv und kann häufig nur mit Hilfe von Bindemitteln, wie z.B. Zwischenschichten aus Aluminiumoxid erfolgen, was die katalytische Wirksamkeit herabsetzt. Bildet man die Lagen selbst aus Katalysatormaterial aus, so setzt dies voraus, dass das Material auf einfache Weise in die gewünschte Form gebracht werden kann. Ausserdem sind solche Materialien unter Umständen sehr kostenaufwendig.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen Bioreaktor zu schaffen, der eine lange Lebensdauer der Biokatalysatoren ermöglicht sowie die Verwendung eines breiten Spektrums solcher Katalysatoren. So soll die Erfindung sowohl für Biokatalysatoren, die in fester Form vorliegen, wie z.B. Mikroorganismen, pflanzliche oder tierische Zellen, trägerfixierte Enzyme etc. verwendet werden können als auch für Enzymlösungen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei ihr ebenfalls die an sich für reine Mischverfahren bekannten Eigenschaften ausgenutzt werden, wie z.B. homogene Temperaturverteilung und Konzentrationsausgleich über den Querschnitt, enge Verweilzeitverteilung und sehr wenig bis keine Rückvermischung.
Der homogene Temperaturausgleich und der günstige Wärmeübergang an den Wandungen der Einbauten sind insbesondere massgebend für eine lange Lebensdauer der Biokatalysatoren sowie für hohe Produktausbeute.
Ein vorteilhaftes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Kombination produktinhibitierter biokatalytischer Reaktionen mit der kontinuierlichen Produktentfernung mittels Destillation bzw. Rektifikation, sofern die abzutrennenden Produkte dies zulassen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform der Einbauten eines Bioreaktors nach der Erfindung,
Fig. 2 ein anderes Beispiel der Einbauten, ebenfalls in perspektivischer Darstellung,
Fig. 2a die Einbauten von Fig. 2 in zerlegter Anordnung dargestellt,
Fig. 3a u. 3b Seitenansicht bzw. Draufsicht einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt einen Bioreaktor und
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine Rektifikationskolonne, die unter anderem ein Biokatalysator-Festbett enthält.
Das in Fig. 1 dargestellte Paket 1 von Einbauten besteht aus parallel zueinander angeordneten, gefalteten Lagen 2, die jeweils zwei Wände 2a und 2b aufweisen, zwischen denen ein Zwischenraum freigelassen ist. In den von den Doppelwänden 2a und 2b begrenzten Zwischenräumen ist ein entsprechend dem Verwendungszweck gewählter Biokatalysator 4 in fester oder flüssiger Form frei oder trägerfixiert eingebracht. Die Wände bestehen aus einem für die Reaktanden durchlässigen und für den Biokatalysator 4 undurchlässigen Material.
Es ist auch möglich, den Biokatalysator in flüssiger Form zwischen die Wände 2a und 2b einer Lage einzubringen und anschliessend in den festen Aggregatzustand überzuführen.
Als Beispiele solcher Biokatalysatoren sind Zellen in Alginet oder Carragenan zu nennen. Es ist ebenso möglich, in die Zwischenräume nur eine kleine Menge des schliesslich wirksamen Biokatalysators einzubringen und dort durch Zellwachstum auf die gewünschte wirksame Menge zu vergrössern.
Gemäss Fig. 1 weist das Paket 1 einen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Form des Querschnittes wird der jeweils gewählten Formgebung des in Fig. 1 nicht dargestellten Reaktorgehäuses angepasst, d.h. sie kann auch quadratisch, rechteckig oder polygonzugartig ausgeführt sein.
Die zueinander parallelen Faltungen 5 der einzelnen Lagen 2 verlaufen unter einen Winkel zur Längsachse des Paketes 1, die in Fig. 1 vertikal steht. Die Faltungen 5 von einander benachbarten Lagen 2 kreuzen sich.
Gemäss Fig. 4 weist der Bioreaktor 6 ein zylindrisches Gehäuse 7 auf, in dem Rohre 8 angeordnet sind, die einen Wärmetauschraum 11 durchqueren und deren offene Enden in Rohrböden 9 dicht befestigt sind. In den Rohren 8 sind mehrere gemäss Fig. 1 ausgebildete Pakete 1 übereinander angeordnet, wobei einander benachbarte Pakete jeweils um einen Winkel von 90 DEG gegeneinander bezüglich der Rohrachse versetzt sind.
Am Gehäuse 7 sind Rohrstutzen 12 und 13 angeschlossen für das Zu- bzw. Wegführen eines die Rohre 8 umströmenden und dabei wärmeaufnehmenden oder -zuführenden Mediums. Unterhalb der Rohre 8 ist ein Einlassraum 14 für die über einen Rohrstutzen 15 zugeführten Reaktanden vorgesehen und oberhalb der Rohre 8 ist ein Auslassraum 16 mit Rohrstutzen 17 für das Wegführen des Produktes und der Nebenprodukte angeordnet.
Als Beispiel einer biologisch katalysierten Reaktion sollen im Bioreaktor 6 monoklonale Antikörper hergestellt werden. Hierzu werden in die Zwischenräume jeder Lage 2 (Fig. 1) Maus-Maus-Hybridzellen mit Hilfe einer geeigneten Steriltechnik eingebracht. Die Wände 2a und 2b sind in diesem Fall aus Drahtgewebe mit einer Porengrösse von 5 bis 10 Mikrometer gefertigt. Über den Rohrstutzen 15 und den Einlassraum 14 wird ein geeignetes Nährmedium den Rohren 8 zugeführt. Während einiger Tage vermehren sich die Zellen durch Zellteilung, bis die Zwischenräume ganz mit Zellen angefüllt sind. Nun setzt die Bildung des erwünschten Produktes ein, das zusammen mit verbrauchtem Nährmedium über den Auslassraum 16 und den Rohrstutzen 17 entnommen und der weiteren Aufarbeitung zugeführt wird.
Durch Zu- und Abführen einer geeigneten Wärmeträgerflüssigkeit über die Rohrstutzen 12 bzw. 13 wird der Reaktor 6 auf der zugehörigen Kultivationstemperatur gehalten, die im vorliegenden Fall 37 DEG C beträgt.
Gemäss Fig. 5 ist in einer Rektifikationskolonne 20 eine biologisch katalysierte Reaktion integriert, die in einem Festbettabschnitt 21 abläuft, der mit Paketen 1 gemäss Fig. 1 bestückt ist. Im Abschnitt 21 an der Reaktion beteiligte Edukte werden über zwei Leitungen 24 und 25 der Kolonne 20 zugeführt. Oberhalb und unterhalb dieses Festbettabschnittes 21 sind Stoffaustauschabschnitte 22 und 23 angeordnet, in denen die Stofftrennung der im Abschnitt 21 entstandenen Produkte stattfindet. Die Abschnitte 22 und 23 können in bekannter Weise z.B. als Sieb- oder Glockenböden ausgebildet sein. Vorteilhaft weisen diese aber auch sogenannte Packungskörper mit geordneter Struktur auf, wie sie beispielsweise in der CH-PS 547 120 als statische Mischer beschrieben sind. In diesem Fall werden diese Packungskörper von flüssigen und gas- oder dampfförmigen Phasen im Gegenstrom durchsetzt.
Die einzelnen gefalteten Lagen sind hierbei einschichtig ausgebildet, d.h. sie weisen keine Doppelwände mit Zwischenräumen auf.
Am Boden der Kolonne 20 ist eine Ableitung 26 für das flüssige Sumpfprodukt angeschlossen. Ein Teil dieses Produktes wird in an sich bekannter Weise - nach Verdampfung in einem Verdampfer 28 - über eine Leitung 27 in die Kolonne 20 rezirkuliert. Ebenfalls ist in bekannter Weise am Kopf der Kolonne 20 eine Leitung 29 für die Entnahme des gas- oder dampfförmigen Kopfproduktes angeschlossen. Nach Verflüssigung dieses Kopfproduktes in einem Kondensator 30 wird eine Teilmenge als Rücklauf über eine Leitung 31 in die Kolonne zurückgeführt, während die übrige Menge des flüssigen Produktes über eine Leitung 32 aus dem Rektifikationsprozess weggeführt wird. Ausser der im Biokatalysator-Festbett 21 stattfindenden Reaktion der über die Leitungen 24 und 25 eingeleiteten Edukte findet im Abschnitt 21 auch eine Rektifikation des Reaktionsgemisches statt.
Die Vorteile des erfindungsgemäss als Bioreaktor ausgebildeten Festbettabschnittes 21 sind die gleichen wie diejenigen des in Fig. 4 gezeigten Reaktors. Je nach Art des Prozesses kann der Abschnitt 21 auch im unteren oder oberen Teil der Kolonne 20 angeordnet sein.
Als weiteres Beispiel einer biologisch katalysierten Reaktion soll aus konzentrierter Zuckerlösung (Zuckeranteil grösser als 30 Gewichtsprozente) Äthylalkohol gewonnen werden. Als Biokatalysator werden in diesem Fall geeignete Hefe- oder Bakterienzellen verwendet, die - in einem geeigneten Trägermaterial (Carragenan oder Alginet) fixiert - frei oder flockuliert in die Zwischenräume der doppelwandigen Lagen 2 in den Paketen 1 gemäss Fig. 1 eingebracht werden. Die Porengrösse in den Wänden 2a und 2b beträgt bei Verwendung freier Zellen 1 bis 5 Mikrometer und bei Verwendung flockulierter oder fixierter Zellen zwischen 10 Mikrometer und einigen Millimetern. Die Zuckerlösung wird über die Leitung 24 der Kolonne 20 zugeführt und im Festbettabschnitt 21 biokatalytisch in Äthylalkohol umgesetzt.
Die Kolonne 20 wird bei Siedebedingungen für das entstehende Äthylalkohol/Wasser-Gemisch und bei für die Zellen geeigneter Temperatur betrieben, d.h. bei Temperaturen zwischen 30 und 40 DEG C und Drücken zwischen 35 und 120 Millibar. Der Äthylalkohol verlässt in konzentrierter Form die Kolonne 20 über die Leitung 32, während verbrauchtes Nährmedium mit geringsten Konzentrationen an Äthylalkohol der Kolonne über die Leitung 33 entnommen wird. Durch das kontinuierliche Abführen von Äthylalkohol aus dem Festbettabschnitt 21 gelingt es, die Konzentration an Äthylalkohol in diesem Reaktionsraum so tief zu halten, dass keine Beeinträchtigung der Reaktionskinetik (Produktinhibition) auftritt.
Gemäss Fig. 2 und 2a besteht das Paket 1 aus mehreren parallel zueinander angeordneten Lagen 42, die jeweils zwischen zwei ebenen Wänden 43 und 43 min eine Tasche 46 bilden und die jeweils auf der Aussenseite der einen Wand 43 min Leitelemente 44 aufweisen. Diese Leitelemente bestehen aus gefalteten oder gewellten Blechplatten, die mit der Wand 43 min z.B. durch Punktschweissen verbunden sind. Die mit der Wand 43 min verbundenen Wellentäler als auch die an der Wand 43 der benachbarten Lage 42 anliegenden Wellenberge bilden Strömungskanäle 45 für die Reaktanden.
Es ist vorteilhaft, die gewellten Blechplatten derart auszubilden, dass die von ihnen geformten Strömungskanäle 45 zur vertikalen Achse der Taschen 46 einen Winkel einschliessen. Einander benachbarte Lagen 42 werden beim Zusammenbau eines Paketes 1 derart zusammengefügt, dass sich die Strömungskanäle 45 benachbarter Lagen kreuzen. Mehrere, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnete Pakete werden vorzugsweise um ca. 90 DEG gegeneinander versetzt. Hierdurch wird eine ausgezeichnete radiale Quervermischung der Teilströme der Reaktanden in Art eines statischen Mischers bewirkt.
Die Leitelemente 44 dienen gleichzeitig zur Verstärkung der jeweils mit ihnen verbundenen Lage 42. Die an der Wand 43 der benachbarten Lage anliegenden Wellenberge dienen gleichzeitig zur Distanzhaltung der Lagen. Es sei erwähnt, dass der Begriff "gewellt" auch eine zickzackförmige Profilierung der Platte umfassen soll.
Die die Leitelemente 44 bildenden Blechplatten können auch gelocht sein. Die Leitelemente können aber auch aus Kunststoff oder einem Drahtgewebe und dgl. bestehen.
Die Wände 43 und 43 min , die an ihren seitlichen Rändern miteinander fest verbunden sind, z.B. durch Nieten, Schweissen oder Löten, bestehen erfindungsgemäss aus einem für die Reaktanden durchlässigen, für den Biokatalysator aber undurchlässigen Material.
In die Taschen 46 wird ein entsprechend dem Verwendungszweck gewählter Biokatalysator in fester oder flüssiger Form eingebracht.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3a und 3b sind die Leitelemente 44 min der Lagen 42 als Stabelemente mit rundem Querschnitt ausgebildet und mit den Wänden 43 min z.B. durch Punktschweissung verbunden. Im übrigen gelten alle Angaben zu den Fig. 2 und 2a auch für das Beispiel in Fig. 3 und 3a. Pakete aus den in Fig. 2 und 2a sowie Fig. 3a und 3b gezeigten Lagen können also auch in die Rohre 8 des Bioreaktors gemäss Fig. 4 oder in den Festbettabschnitt 21 der Kolonne 20 gemäss Fig. 5 eingebaut werden.
The invention relates to a bioreactor for carrying out biologically catalyzed reactions and to a rectification column with such a bioreactor.
In known bioreactors of this type, the biocatalysts are usually fixed on solid supports and placed in the reaction space as a bed of solid particles in spherical or pellet form, where the reactants flow around them. Microorganisms, animal or plant cells or parts thereof can be considered as biocatalysts.
In the reactors designed in this way, high pressure drops occur on the one hand, and on the other hand there is no uniform concentration distribution over the reactor cross section, so that the yield of the desired end products is not optimal.
The so-called enzyme membrane reactors are also known for enzymatic reactions, in which the biocatalyst is present in solution in liquid and is retained in the reactor by ultrafiltration membranes, while the reactants and the products can pass through the membranes. Enzyme membrane reactors in the designs previously used, e.g. As a hollow fiber membrane reactor, they have the disadvantage that the reactants are distributed unevenly over the cross section of the reactor and, moreover, concentration polarization layers severely hinder the mass transfer between the biocatalyst and the reactants or product solution.
For chemical reaction technology, it has been proposed to use so-called static mixers, which consist of an assembly of several crossing layers arranged in a stationary manner in a mixing tube, which are either coated with a solid catalyst material, for example by means of a binder, or also consist of catalyst material ( see, for example, CH-PS 537 208). These embodiments have considerable advantages, namely a homogeneous temperature and concentration distribution, a narrow residence time distribution and a relatively low pressure drop, even when used in catalytic fixed bed reactors. However, there are significant disadvantages in that the catalyst materials come into contact with the reactants exclusively on the surfaces of the devices in the form of static mixers.
In addition, coating the layers with the catalyst is labor-intensive and can often only be done with the help of binders, such as e.g. Intermediate layers made of aluminum oxide occur, which reduces the catalytic effectiveness. If the layers are formed from catalyst material itself, this presupposes that the material can be brought into the desired shape in a simple manner. In addition, such materials can be very expensive.
The invention has set itself the task of creating a bioreactor that enables a long life of the biocatalysts and the use of a wide range of such catalysts. Thus, the invention is intended for both biocatalysts that are in solid form, e.g. Microorganisms, plant or animal cells, carrier-fixed enzymes etc. can be used as well as for enzyme solutions.
According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1.
The main advantage of the invention is that it also uses the properties known per se for pure mixing processes, such as e.g. homogeneous temperature distribution and concentration compensation across the cross-section, narrow residence time distribution and very little to no backmixing.
The homogeneous temperature compensation and the favorable heat transfer on the walls of the internals are particularly important for the long life of the biocatalysts and for high product yield.
An advantageous field of application of the invention is the combination of product-inhibited biocatalytic reactions with continuous product removal by means of distillation or rectification, provided that the products to be separated allow this.
Some embodiments of the invention are explained in more detail in the following description with reference to the drawing. Show it:
1 is a perspective view of an embodiment of the internals of a bioreactor according to the invention,
2 shows another example of the internals, also in perspective,
2a shows the internals of FIG. 2 in a disassembled arrangement,
Fig. 3a u. 3b side view or top view of a further embodiment,
Fig. 4 partially in view and partially in section a bioreactor and
5 shows a schematic representation of a rectification column which contains, inter alia, a fixed biocatalyst bed.
1 consists of internally arranged, folded layers 2, each having two walls 2a and 2b, between which an intermediate space is left open. In the intermediate spaces delimited by the double walls 2a and 2b, a biocatalyst 4 selected according to the intended use is introduced in solid or liquid form in a free or fixed manner. The walls consist of a material that is permeable to the reactants and impermeable to the biocatalyst 4.
It is also possible to introduce the biocatalyst in liquid form between the walls 2a and 2b of a layer and then to convert it to the solid state.
Examples of such biocatalysts are cells in Alginet or Carragenan. It is also possible to introduce only a small amount of the ultimately effective biocatalyst into the interstices and to enlarge it there to the desired effective amount by cell growth.
1, the package 1 has a circular cross section. The shape of the cross section is adapted to the shape of the reactor housing not shown in FIG. 1, i.e. it can also be square, rectangular or polygonal.
The mutually parallel folds 5 of the individual layers 2 run at an angle to the longitudinal axis of the package 1, which is vertical in FIG. 1. The folds 5 of adjacent layers 2 intersect.
4, the bioreactor 6 has a cylindrical housing 7, in which tubes 8 are arranged which pass through a heat exchange chamber 11 and whose open ends are tightly fastened in tube plates 9. In the tubes 8, a plurality of packages 1 designed according to FIG. 1 are arranged one above the other, wherein adjacent packages are each offset by an angle of 90 ° with respect to the tube axis.
Pipe sockets 12 and 13 are connected to the housing 7 for the supply or removal of a medium flowing around the pipes 8 and thereby absorbing or supplying heat. Below the tubes 8 there is an inlet space 14 for the reactants supplied via a tube stub 15 and above the tubes 8 there is an outlet space 16 with tube stubs 17 for the removal of the product and the by-products.
As an example of a biologically catalyzed reaction, 6 monoclonal antibodies are to be produced in the bioreactor. For this purpose, mouse-mouse hybrid cells are introduced into the interstices of each layer 2 (FIG. 1) using a suitable sterile technique. In this case, the walls 2a and 2b are made of wire mesh with a pore size of 5 to 10 micrometers. A suitable nutrient medium is supplied to the tubes 8 via the pipe socket 15 and the inlet space 14. The cells multiply by cell division for a few days until the interstices are completely filled with cells. Now the formation of the desired product begins, which, together with the used nutrient medium, is removed via the outlet space 16 and the pipe socket 17 and fed to further processing.
The reactor 6 is kept at the associated cultivation temperature, which in the present case is 37 ° C., by supplying and removing a suitable heat transfer fluid via the pipe stubs 12 and 13.
According to FIG. 5, a biologically catalyzed reaction is integrated in a rectification column 20, which takes place in a fixed bed section 21 which is equipped with packages 1 according to FIG. 1. Educts involved in the reaction in section 21 are fed to column 20 via two lines 24 and 25. Mass transfer sections 22 and 23 are arranged above and below this fixed bed section 21, in which the material separation of the products formed in section 21 takes place. Sections 22 and 23 may e.g. be designed as sieve or bell bottoms. However, these also advantageously have so-called packing bodies with an ordered structure, as are described, for example, in CH-PS 547 120 as static mixers. In this case, these packing bodies are traversed by liquid and gaseous or vaporous phases in countercurrent.
The individual folded layers are formed in one layer, i.e. they have no double walls with gaps.
At the bottom of the column 20, a discharge line 26 for the liquid bottom product is connected. Part of this product is recirculated in a manner known per se - after evaporation in an evaporator 28 - into the column 20 via a line 27. A line 29 for the removal of the gaseous or vaporous top product is also connected in a known manner at the top of the column 20. After liquefying this top product in a condenser 30, a portion is returned to the column as a return line 31, while the remaining amount of the liquid product is removed from the rectification process via a line 32. In addition to the reaction of the starting materials introduced via lines 24 and 25 in the fixed biocatalyst bed 21, the reaction mixture is rectified in section 21.
The advantages of the fixed bed section 21 designed according to the invention as a bioreactor are the same as those of the reactor shown in FIG. 4. Depending on the type of process, section 21 can also be arranged in the lower or upper part of column 20.
As another example of a biologically catalyzed reaction, ethyl alcohol should be obtained from concentrated sugar solution (sugar content greater than 30 percent by weight). In this case, suitable yeast or bacterial cells are used as the biocatalyst, which - fixed in a suitable carrier material (Carragenan or Alginet) - are introduced into the interstices of the double-walled layers 2 in the packages 1 according to FIG. 1, free or flocculated. The pore size in the walls 2a and 2b is 1 to 5 micrometers when using free cells and between 10 micrometers and a few millimeters when using flocculated or fixed cells. The sugar solution is fed via line 24 to column 20 and is converted biocatalytically into ethyl alcohol in fixed bed section 21.
The column 20 is operated at boiling conditions for the resulting ethyl alcohol / water mixture and at a temperature suitable for the cells, i.e. at temperatures between 30 and 40 ° C and pressures between 35 and 120 millibars. The concentrated ethyl alcohol leaves the column 20 via the line 32, while spent nutrient medium with the lowest concentrations of ethyl alcohol is removed from the column via the line 33. The continuous removal of ethyl alcohol from the fixed bed section 21 makes it possible to keep the concentration of ethyl alcohol in this reaction space so low that there is no impairment of the reaction kinetics (product inhibition).
2 and 2a, the package 1 consists of a plurality of layers 42 arranged parallel to one another, each of which forms a pocket 46 between two flat walls 43 and 43 minutes and each has guide elements 44 on the outside of one wall 43 minutes. These guide elements consist of folded or corrugated sheet metal plates, which with the wall 43 min e.g. are connected by spot welding. The wave troughs connected to the wall 43 min as well as the wave crests on the wall 43 of the adjacent layer 42 form flow channels 45 for the reactants.
It is advantageous to design the corrugated sheet metal plates in such a way that the flow channels 45 they form form an angle with the vertical axis of the pockets 46. Layers 42 that are adjacent to one another are assembled when a package 1 is assembled such that the flow channels 45 of adjacent layers intersect. Several packets arranged one behind the other in the flow direction are preferably offset from one another by approximately 90 °. This results in an excellent radial cross-mixing of the partial streams of the reactants in the manner of a static mixer.
The guide elements 44 serve at the same time to reinforce the layer 42 connected to them. It should be mentioned that the term "corrugated" is also intended to include a zigzag profile of the plate.
The sheet metal plates forming the guide elements 44 can also be perforated. The guide elements can also consist of plastic or a wire mesh and the like.
The walls 43 and 43 min, which are firmly connected at their lateral edges, e.g. by riveting, welding or soldering, according to the invention consist of a material which is permeable to the reactants but impermeable to the biocatalyst.
In the pockets 46, a biocatalyst selected according to the intended use is introduced in solid or liquid form.
In the embodiment according to FIGS. 3a and 3b, the guide elements 44 min of the layers 42 are designed as rod elements with a round cross-section and with the walls 43 min e.g. connected by spot welding. For the rest, all information relating to FIGS. 2 and 2a also apply to the example in FIGS. 3 and 3a. Packages from the layers shown in FIGS. 2 and 2a and FIGS. 3a and 3b can therefore also be installed in the tubes 8 of the bioreactor according to FIG. 4 or in the fixed bed section 21 of the column 20 according to FIG. 5.