[发明专利]一种用于纤维素发酵挥发性醇的蠕动固态发酵反应器及其发酵方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维素发酵工业技术领域，特别涉及一种用于纤维素发酵挥发性 醇的蠕动固态发酵反应器及其发酵方法。

背景技术

自上个世纪以来，随着世界人口的增加及更多国家的工业化，能源消耗也日 趋增加。许多专家估计，世界上已知的石油储存量大约30年内将被消耗完，所 以世界各国纷纷开展了对新能源的研究与开发。太阳能是人类取之不尽、用之不 竭的可再生能源，植物高效利用太阳能合成的木质纤维素，是巨大的可再生资源。 据估计，作为植物生物质的主要成分——木质素和纤维素每年以约1640亿吨的 速度不断再生，如以能量换算，相当于目前石油年产量的15倍～20倍。如果这 部分资源能得到利用，人类相当于拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝库。 随着石油资源的日益减少，纤维素原料用于生产燃料的意义日益突出，利用纤维 素原料发酵挥发性醇类，比如乙醇、丁醇，是现在的研究热点。

纤维素发酵方式分为液态发酵和固态发酵两种方式，若纤维素发酵挥发性醇 采用液态发酵的方式，由于用水量大，造成发酵产物浓度过低，产物分离成本太 高，使得纤维素液态发酵挥发性醇缺乏经济性。另外为了强化传质、传热效果， 液态发酵一般采用机械搅拌的方式，而机械搅拌存在剪切力，会损伤发酵微生物 细胞的活性，甚至造成微生物细胞的死亡。

固态发酵是指培养基呈固态，虽然含水丰富，但在没有或几乎没有自由流动 水的状态下进行的一种或多种微生物发酵过程。由于固态发酵用水量少，能提高 发酵产物的浓度，降低产物分离成本，但是固态发酵又普遍存在传质、传热困难 的问题，尤其在大规模工业化生产中问题更突出。

发明内容

本发明的目的是针对现有的纤维素发酵挥发性醇反应器无法解决传质、传热 问题，或者采用搅拌强化传质、传热带来搅拌剪切力损伤微生物细胞的问题，提 出一种用于纤维素发酵挥发性醇的蠕动固态发酵反应器及其发酵方法，利用上下 运动的球体模仿小肠蠕动方式，实现对固态料的来回推动，强化传质、传热效果， 球体对固态料的推动力属于法向作用力，可解决搅拌剪切力对微生物细胞损伤的 问题，并且利用气提实现挥发性醇的在线分离，减除发酵过程的产物抑制。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种用于纤维素发酵挥发性醇的蠕动固态发酵反应器，其特征 在于，该反应器包括：仿生蠕动发酵反应器(1)，蠕动驱动装置(7，8)，循环 气提装置(13，14)，热泵分离装置(9、10、11、12)；

所述的发酵反应器包括圆筒形罐体(1)、倒锥形罐底(5)、上部封头(6)、 气体分布器(4)，圆筒形罐体(1)上端安装上部封头(6)，下端与倒锥形罐底 (5)相连，连接处安装气体分布器(4)，气体分布器(4)还起到支撑物料的作 用。

上部封头(6)开有通气孔，通过管道A与热泵蒸发器(9)的下端相连通； 倒锥形罐底(5)侧面开有通气孔，通过管道B与热泵蒸发器(9)的上端相连 通，该管道B上安装有气体循环泵(13)和阀门(14)；热泵冷凝器(10)不与 整个系统相连，产生热量可作它用；

罐内有上下运动的球体(2、3)固定在垂直轴(7)上，球体(2、3)在轴 (7)上等间距分布，轴(7)在罐内呈同心圆分布；轴(7)垂直穿过上部封头 (6)与气体分布器(4)安装，不能水平运动，只能带动球体(2、3)上下运动， 轴(7)的上下运动由电机的旋转运动通过曲轴、连杆(8)实现；靠近罐壁的轴 (7)上的球体为半球(2)，罐内轴(7)上的球体为完整球体(3)；罐体材料为 刚性材料，在靠近罐壁处还有一层柔性材料(15)，靠近罐壁的轴(7)以及半球 (20都被夹在罐体(1)与柔性材料(15)之间，罐内轴(7)以及轴(7)上球 体(3)外面也包裹一层柔性材料(15)，柔性材料(15)固定位置不动。

所述的主发酵罐(1)的高径比为1～15。

所述的球体(2、3)与主发酵罐(1)的直径比为1∶2～50。

所述的球体(2、3)的直径与球体(2、3)在轴(7)上的间距之比为1∶ 1～10。

所述的轴(7)分布的同心圆圈数为1～50。

所述的相邻同心圆上的轴(7)上下运动的方向可以相同，也可以相反；

使用本发明的反应器用于纤维素发酵挥发性醇的步骤如下：