[发明专利]一种由微型携酶颗粒集群控制的酶解装置及其方法

说明书

本发明涉及一种由微型携酶颗粒集群控制的酶解装置，包括设有进料口的罐体，在罐体的顶部和底部分别设置成对的Z向励磁线圈，在罐体的左右外周缘分别设置成对的环形励磁线圈，在罐体的顶部还设置顶部电机，在罐体内部设置搅拌器，顶部电机带动搅拌器转动，在罐体内部盛装有混合溶液，在混合溶液中含有待酶解的生物质物料以及多个微型携酶颗粒；所述搅拌器包括搅拌轴和设置在搅拌轴上的多个浆式搅拌叶片。本发明还公开使用该酶解装置进行酶解的方法。本发明罐体内待酶解的生物质物料从进入开始就充分地接触酶解剂，实现生物质物料的快速酶解。

技术领域

本发明属于生物质酶解设备技术领域，涉及一种由微型携酶颗粒集群控制的酶解装置及其方法。

背景技术

生物反应器是通过模拟细胞生存环境，对细胞进行体外培养进而获得细胞目的代谢产物药用蛋白的设备。根据不同工况的需求，搅拌槽也会呈现不同的结构，常见的一般为圆柱罐体，由于圆柱罐体的结构特殊性，可使其内部流体在旋转流动过程更具规律性，减少壁面死区的产生。搅拌器是生物反应器的重要组成部分，它搅拌产生了混合流场，使得反应器内营养物质快速传递，是驱动细胞生长的动力源。但桨叶在搅拌同时产生的剪切力会对细胞产生损伤，因此如何寻找一种适宜反应器类型和结构参数，是生物反应器桨叶设计的主要问题。若按照搅拌器在搅拌容器中所产生的宏观流动形态对其进行划分，可将搅拌器分为轴向流式和径向流式两类。径向流式：流体在桨叶的搅拌下，产生径向流动，与壁面碰撞后，产生了两个循环(分别向上和向下)，最终都重新回到桨叶处。轴向流式：桨叶附近的流体沿轴向流出，并与搅拌槽底部发生碰撞后，转向贴着壁面自下而上的流动，最后沿着轴向向下完成一个循环，其整个流动场是一个较为简单的“单循环”运动形态。而对于在生物反应器内待搅拌的混合浆液，不同介质黏度的搅拌粘度指流体对流动的阻抗能力，其定义为：液体以1cm/s的速度流动时，在每平方厘米平面上所需剪切力的大小，成为动力粘度，以Pa·s为单位。粘度是流体的一种属性，流体在管路中流动时，有层流、过渡流、湍流三种状态，与此同时流体类型也分为牛顿流体、非牛顿流体等。

生物反应器使用在对玉米芯、秸秆等物料进行高浓糖化酶解发酵，物料为农林剩余物玉米芯废渣、玉米秸秆和小麦秸秆等的一种或多种混合物的预处理浆料，干物含量为20%~25%，或者具有更高的固含量，而对于这种高黏度的生物浆料，组合式搅拌器应用广泛，包括搅拌轴，搅拌轴上层设置有斜桨式搅拌器，下层设有圆盘式搅拌器，但是搅拌效果不够理想，经数值模拟发现，循环流动明显，并且搅拌轴周边浆料的搅拌速度偏小，导致生物反应器内浆料混合速度慢且黏度下降较慢。

另一方面，在现有的生物反应器中待酶解生物质物料和酶解剂是分批投放的，部分生物质物料不能与酶解剂充分接触，使得其酶解不充分或不能被酶解，浪费原料，提高生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种由微型携酶颗粒集群控制的酶解装置及其方法，使得待酶解的生物质物料从进入罐体开始就充分地接触酶解剂，实现生物质物料的快速酶解。

本发明是这样实现的，提供一种由微型携酶颗粒集群控制的酶解装置，包括设有进料口的罐体，在罐体的顶部和底部分别设置成对的Z向励磁线圈，在罐体的左右外周缘分别设置成对的环形励磁线圈，在罐体的顶部还设置顶部电机，在罐体内部设置搅拌器，顶部电机带动搅拌器转动，在罐体内部盛装有混合溶液，在混合溶液中含有待酶解的生物质物料以及多个微型携酶颗粒；所述搅拌器包括搅拌轴和设置在搅拌轴上的多个浆式搅拌叶片。

进一步地，所述多个浆式搅拌叶片分别设置在搅拌轴的上部分，在所述搅拌轴的下部分还设置多个涡轮式搅拌叶片。

进一步地，在多个浆式搅拌叶片中至少设有一个主浆式搅拌叶片，所述主浆式搅拌叶片的长度大于其它浆式搅拌叶片的长度。

进一步地，在所述搅拌轴上设有2~7片浆式搅拌叶片。

进一步地，在多个涡轮式搅拌叶片中至少设有一个主涡轮式搅拌叶片，其长度大于其它的涡轮式搅拌叶片。