[发明专利]一种合成气发酵生产有机酸和醇的反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种合成气厌氧发酵装置，发酵产物为有机酸或醇，其特点 在于能大大提高气体底物的利用率。

背景技术

合成气来自于煤、石油、生物质和有机废物的气化，是这些含碳物质部分 氧化和高温分解产生的，它的主要成分为CO，H₂和CO₂。研究发现，合成气是一 类丰富而廉价的生物加工原料，可通过厌氧发酵转化为乙酸，丁酸，乙醇和丁 醇等。乙醇是一种优质的液体燃料，其比热容、辛烷值(抗爆性)、汽化潜热等 均优于汽油，且不含硫和灰份等杂质，是汽油的理想替代品。乙酸、丁酸和丁 醇则是重要的溶剂和化工原料。不少研究者认为，在生物质、废弃物和一些不 能用于直接发酵的原料转化上，合成气发酵将发挥重要作用。

能够利用合成气生产有机酸和醇的是一类特殊的厌氧微生物，该发酵过程 是一个多相的反应过程，包括气体底物、培养液和微生物细胞等气、液、固三 相。气体底物需要经过多个步骤的传递才能到达细胞表面被微生物吸收利用， 因而合成气发酵过程的限速步骤是气液传质，且由于CO和H₂在水中的溶解度低， 该传质限制显得更为突出。因此，用于合成气发酵的反应器必须有较高的传质 速率。

搅拌罐式反应器在实验室规模的合成气发酵中应用非常广泛，它可以通过 提高单位体积搅拌功率来提高传质速率，可是搅拌功率增加意味着能耗增加， 一定程度上限制了它在工业规模上的应用。另一种常用的反应器是气升式反应 器，它不设搅拌装置，但需要提高通气量来实现通气与搅拌的目的。因为合成 气组分在水中的溶解度低，通入的气体底物未能充分利用就被作为废气排出， 大大降低了底物的利用率。另外，发酵过程中产生的CO₂还可作为发酵底物利用， 直接排放很可惜。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的合成气发酵反应装置的不足，提供一种新的 合成气发酵生产有机酸和醇的反应装置，该装置结合了搅拌罐式反应器与气升 式反应器的优点，并增加了一个气体循环装置，在得到高的传质速率的同时能 够实现气体的循环利用。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：一种合成气发酵生产有 机酸和醇的反应装置，包括有主体反应器，与主体反应器连接并为主体反应器 内产生的气体提供气体循环的外部气体循环系统，所述主体反应器包括有反应 器罐体、设置在反应器罐体内并通过支架固定的导流筒，导流筒为反应器罐体 的同心圆柱体；沿导流筒内的中轴上设有叶片式的搅拌器，该搅拌器带搅拌叶 片的一端靠近导流筒底端设置，搅拌器另一端连接有驱动电机；还包括有气体 分布器，气体分布器的通气管伸入到所述导流筒内底面与搅拌叶片下方之间， 另一端伸出导流筒与气体输入管道连通。

反应器罐体内部设置气体分布器、搅拌器和导流筒，输入反应器的气体由 气体分布器分散成小的气泡，搅拌器进一步将这些气泡破碎，夹带着细小气泡 的培养液在导流筒内上升，导流筒外部的液体由于密度较大向下流动，即在导 流筒内外形成液体循环，在这个过程中，气体组分由气相向液相传递，进而被 微生物利用。由于同时采用了气体分布器和搅拌器，在较低的搅拌转速和较低 的气速下，气体也能得到很好分散，且由于使用了导流筒，液体在反应器内部 循环，延长了气泡的停留时间。另外，反应器是密封的，内部维持一定压力， 有助于提高气体组分在水中的溶解度。发酵过程中产生的气体以及未被利用的 气体排到液面上方，当反应器内部压力超过一定值时，排气阀门打开，多余的 气体排放到一个气体贮罐中，储存在该贮罐中的气体最终由一个空气压缩机输 送回反应器中循环利用。

所述通气管弯折成与导流筒内底面相同的圆形结构，该圆形的直径为搅拌 叶片直径的0.8～0.9。

在所述通气管朝向所述搅拌叶片的方向上开设有多个通气孔。

所述导流筒内径为反应器罐体直径的1/2～2/3。

所述搅拌叶片的直径为导流筒内径的1/3～1/2。

所述外部气体循环系统包括排气阀、气体贮罐以及空气压缩机；所述排气阀 一端与所述反应器罐体连接，另一端与气体贮罐的一端连接，气体贮罐另一端 与空气压缩机连接，空气压缩机连通到所述气体分布器，在所述气体贮罐和空 气压缩机之间的气体管路上还设有阀门。