[发明专利]基于小肠仿生的连续水解反应器及方法

说明书

本发明公开了一种基于小肠仿生的连续水解反应器，包括柔性软管，其特征在于：该柔性软管具有一定的弹性模量，可在外力作用下进行径向的收缩与膨胀；所述柔性软管的上表面均匀设置有若干个刚性压片，所有刚性压片的一端均套设在固定轴上，所述固定轴由固定支架支撑；每个刚性压片的上方均设置有凸轮，所有凸轮均套设在转轴上，所述转轴由伺服电机带动旋转；当伺服电机带动转轴旋转时，转轴旋转带动凸轮旋转；当转轴旋转到设定角度时，凸轮与对应的刚性压片相抵触，对对应的刚性压片形成挤压，使刚性压片对柔性软管形成挤压；本发明可广泛应用于传热、化工和食品等领域。

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，特别涉及一种基于小肠仿生的连续水解反应器及方法。

背景技术

利用木质纤维素类生物质资源生产生物燃料是解决能源危机与环境污染的潜在手段。木质纤维素主要是由纤维素、半纤维素、木质素三大组分组成，纤维素和半纤维素是能够被水解发酵生产生物燃料的碳水化合物，木质素是一类酚类网状高分子聚合物，能够保护纤维素和半纤维素被微生物降解，一般来说，需要先利用纤维素酶和半纤维素酶将纤维素、半纤维素等转化为葡萄糖、木糖等可小分子糖，然后其才能被微生物利用生产生物燃料，因此酶水解是木质纤维素生产生物燃料的最关键步骤。

酶水解反应器是木质纤维素中纤维素与半纤维素被酶水解成可发酵单糖的主要场所，其运行方式与结构形式对酶解过程的效率有着至关重要的影响。现阶段酶水解生物反应器从运行方式上可以分为批次式反应器与连续式反应器。批次反应器是反应物全部处于反应器中一起反应，在所需条件反应一定时间，达到所需转化率后全部取出反应器，再将下一批需要反应的物料加入反应器中，前后批次间互不影响。连续式反应器是物料不停流入，产物不停流出的一种反应器。相较于批次反应器，连续式反应器具有产品质量稳定、产物抑制作用较小、易于操作控制，有利于工业化应用等优点。

酶解反应器从结构形式上可以分为釜式反应器、管式反应器、填料塔反应器等。它们的结构大多由钢铁或其合金材料组成。由于器壁不能收缩或运动，不会参与内部物料的混合，因此常常需要借助搅拌桨等来加强反应器内物料混合以实现较高的反应效率。但针对木质纤维素浆液这种高粘度的物料，会产生“分隔区域”，混合效率低，对固体颗粒分布的影响也较弱，同时搅拌桨的高速剪切造成纤维素酶的失活，降低转化效率，且当进口浆料固体含量的升高时，体系粘度的增加、抗剪性增强，搅拌功率会随之指数倍增加，因此对于酶解反应器而言，其连续生产过程会受到反应器内强化混合方式的限制而出现生产效率下降的问题，故开发新型的酶解反应器结构形式，应用新式的物料混合强化方式对其性能的提升至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于小肠仿生的连续水解反应器及方法，以克服针对水解过程中采用传统刚式反应器存在传质受限、能耗高等问题或者采用传统搅拌方式造成剪切力使酶失活等问题。

本发明的技术方案是：一种基于小肠仿生的连续水解反应器，包括柔性软管，其特征在于：该柔性软管具有一定的弹性模量，可在外力作用下进行径向的收缩与膨胀；所述柔性软管放置在底板上并通过卡槽固定，所述柔性软管的上表面均匀设置有若干个刚性压片，所有刚性压片的一端均套设在固定轴上，所述固定轴由固定支架支撑；每个刚性压片的上方均设置有凸轮，所有凸轮均套设在转轴上，所述转轴由伺服电机带动旋转；当伺服电机带动转轴旋转时，转轴旋转带动凸轮旋转；当转轴旋转到一定角度时，凸轮与对应的刚性压片相抵触，对对应的刚性压片形成挤压，使刚性压片对柔性软管形成挤压，柔性软管发生径向形变；使柔性软管的挤压点处浆料的轴向流动速度迅速减小并转化为一定的径向速度，挤压点附近形成较强的二次流动，挤压点附近物料混合得到强化；当凸轮离开刚性压片后，刚性压片停止对柔性软管挤压，柔性软管恢复原状；通过凸轮旋转，凸轮对刚性压片形成周期性挤压，使柔性软管产生周期性蠕动，以强化柔性软管内流场扰动和物料混合。