[实用新型]秸秆同步酶解发酵燃料乙醇循环式反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于微生物发酵设备技术领域，涉及一种以秸秆为原料，采用同步酶解发酵工艺，能重复利用含有纤维素酶、木聚糖酶和酵母的发酵液生产燃料乙醇的一体化反应器。

背景技术

以可再生的秸秆废弃物为原料，采用微生物发酵技术生产燃料乙醇，已经成为缓解我国能源危机，综合利用秸秆废弃物，保障能源安全的重要战略措施。但目前还没有形成大规模、工业化生产，主要的原因就是生产的成本过高。以玉米秸秆为代表的利用秸秆中纤维素生产乙醇的工艺一般包括预处理、酶解和发酵三个步骤。其中酶解主要是水解纤维素和半纤维素分解成糖，发酵主要将糖转化成酒精。目前，秸秆原料的酶解在整个燃料乙醇生产成本中约占60%左右，为简化设备，缩短生产周期，常采用同步酶解发酵(SSF)工艺方法。该方法是将纤维素酶和合适的酵母放在同一容器中连续进行纤维素的酶解和发酵。该工艺优点降低了葡萄糖的反馈抑制，提高了酒精得率和生产效率。如何提高纤维素酶和酵母的利用率，是进一步提高同步酶解发酵的效率和乙醇的产量，减少纤维素酶和酵母的用量，降低乙醇生产成本的关键。而研发合适的反应器（实用新型专利ZL200680034205.5，将纤维素材料转化为乙醇的方法和设备，提到反应器的重要性），为秸秆类原料生产燃料乙醇工业化推进做出积极探索，是该技术领域科研人员急需解决的问题之一。

传统的同步酶解发酵反应器大多采用机械搅拌式反应器，纤维素酶和酵母以及秸秆原料一次同时投放,发酵结束后，残余纤维素酶和酵母随着发酵残渣一起放出，造成了纤维素酶和酵母的浪费，没有充分发挥酶和酵母的利用效率。而纤维素酶的用量成本占到酶解发酵成本的70%以上。 

实用新型内容

针对现有技术中同步酶解发酵过程中反应器存在的上述问题，为解决富含纤维素酶和酵母的混合菌液的充分循环利用问题，本实用新型提供一种工艺简单、效果显著的循环式一体化反应器。

本实用新型的技术方案是：

秸秆同步酶解发酵燃料乙醇循环式反应器，包括50～100000L机械搅拌式发酵罐、空气净化装置、蒸汽产生装置、温度控制系统、蒸馏塔、下位机控制系统、上位机监控系统、传感器与仪表系统、调速器与搅拌电机、配套的管路系统和阀门、0.098MPa～4.0MPa压力泵，所述机械搅拌式发酵罐的上端设有进料口和回料口，下端设有发酵残渣排出口；还包括陶瓷超滤膜分离装置，所述陶瓷超滤膜分离装置的上端与机械搅拌式发酵罐上端的回料口相连，下端经压力泵与机械搅拌式发酵罐下端的发酵残渣排出口相连。  

进一步，该秸秆同步酶解发酵燃料乙醇循环式反应器还包括一张30×30～500×500mm细滤网，所述细滤网设置于机械搅拌式发酵罐下端的发酵残渣排出口处。

进一步，所述陶瓷超滤膜分离装置由1～10只Φ50×5500的管式氧化锆陶瓷超滤膜组成，陶瓷超滤膜的膜孔径为0.05μm～10μm。

进一步，所述陶瓷超滤膜分离装置整体设置于不锈钢管内。

进一步，所述发酵残渣排出口处设有上法兰和下法兰，所述细滤网设置于上下法兰连接处或者设置于上法兰里。

本实用新型的有益效果是：

(1) 该反应器集灭菌、酶解和发酵于一体，既可用于秸秆同步酶解发酵燃料乙醇的生产，也可用于秸秆分步酶解、发酵工艺生产燃料乙醇。大大提高了设备利用率。

(2) 该反应器采用了陶瓷超滤膜分离装置，能实现纤维素酶、酵母的反复循环利用，大大减少酶和酵母的用量，节约生产成本，提高生产效率。

(3) 该反应器不仅可以用于秸秆酶解发酵燃料乙醇的生产，而且还可用于抗生素、氨基酸、酶等生物制品的发酵生产。

附图说明

图1是本实用新型秸秆同步酶解发酵燃料乙醇循环式反应器的结构示意图。

图中：1、机械搅拌式发酵罐；2、空气净化装置；3、蒸汽产生装置；4、蒸馏塔；5、下位机控制系统；6、上位机监控系统；7、调速器；8、搅拌电机；9、压力泵；10、进料口；11、回料口；12、发酵残渣排出口；13、陶瓷超滤膜分离装置；14、细滤网；15、不锈钢管；16、上法兰；17、下法兰；18、加热水箱；19、蠕动泵；20、夹套；21、pH变送器；22、DO变送器。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。