CN105273994A - 一种合成气厌氧发酵用塔式反应器 - Google Patents

一种合成气厌氧发酵用塔式反应器 Download PDF

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Abstract

本发明属于生物反应器技术领域，具体涉及一种可较好提高合成气厌氧发酵过程中气液传质系数的塔式反应器。该反应器包括发酵罐、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐连接。本发明通过料液循环系统，使得微生物能够获得均匀一致的生长环境；而塔板系统为微生物与合成气的接触提供了重组的接触空间，能够更好地提高合成气的利用率；而合成气气控系统可实现对于合成气通入量的精确控制，调节反应速率，避免资源浪费。本发明具有可调节性强、适应范围广、气—液传质系数高、合成气转化效果好等优点，在生物质转化、合成利用方面具有较好的推广应用前景。

Description

一种合成气厌氧发酵用塔式反应器
技术领域
本发明属于生物反应器技术领域，具体涉及一种可较好提高合成气厌氧发酵过程中气液传质系数的塔式反应器。
背景技术
合成气是由化石燃料、生物质废料、日常生活有机废物气化所得的含碳、氢的混合气体，主要成分有H2﹑CO﹑CO2﹑CH4﹑N2等。随着世界各国对能源的需求急剧增加，资源匮乏、能源紧缺情况逐渐严峻，人们迫切需要改善乃至解决这些问题。我国合成气资源丰富，石油石化等相关企业在生产活动中会产生大量的温室气体，每年排放的焦炉煤气及农业废弃物等均能作为合成气来源，合成气厌氧发酵既能解决环境污染问题，又能进行废物利用，产物还能用于人们日常生活，因此，作为一项极具潜力的工程，合成气厌氧发酵已得到大家广泛认同及工业推广。
然而在合成气厌氧发酵过程中还存在很多问题，比如气液传质问题、菌种单一问题、合成气组分不均匀等，其中气液传质问题尤为严重，已经成为合成气厌氧发酵中最主要的影响因素。合成气厌氧发酵过程中，生物反应器中质量传递主要是气—液传递，即合成气气体传递。在液体培养基中，合成气气泡周围的液膜阻挡了合成气的传递，成为了主要阻力，因而必须采用各种方法提高反应体系间气液体积传质系数（KLa），提高合成气传递速率，获得更大的发酵反应效率。
近年来，合成气厌氧发酵生物反应器类型不断增多，常用的如鼓泡塔生物反应器（BCR）、填充床反应器（PBR）等，但总体而言气—液传递效率仍然较低，搅拌槽反应器（STR）中气—液传质虽然比BCR、PBR稍强，但却耗能极大，因此仍需改良和设计新的生物反应器，以期增强气—液传质系数，从而推动合成气厌氧发酵的研究进展，利于进一步的工业化推广应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种合成气厌氧发酵用塔式反应器，该反应器可较好提高合成气厌氧发酵过程中气液传质系数，提高产物产率，利于菌体发酵。
本发明所采取的技术方案如下。
一种合成气厌氧发酵用塔式反应器，包括发酵罐、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐连接；
所述发酵罐顶部设有固定法兰，封口法兰与固定法兰连接实现对发酵罐密封，优选设置中，封口法兰与固定法兰之间设有用于密封的垫片，封口法兰与固定法兰之间通过螺栓连接固定；发酵罐顶部穿过封口法兰设有加料口、进液口、气液凝聚器，其中气液凝聚器上设有具备止回阀和空气过滤器功能的耦合装置，气液凝聚器用于预防液体随气体排出，而耦合装置中的空气过滤器也能防止染菌；发酵罐底部设有进气口、取样口、出液口；优选设置中，发酵罐顶部还设有测温计和压力计，可以实现对发酵罐体内部压力和发酵液温度的实时监测；优选设置中，发酵罐罐体为透明材料制备而成，便于观察发酵罐体内发酵程度；优选设置中，发酵罐底部还设有放空阀，便于发酵罐的清洗；优选设置中，发酵罐底部外壁设有可拆卸的水平仪，便于调整发酵罐的平整度；
所述塔板系统，包括螺旋柱、气体通过塔板、液体通过塔板，气体通过塔板和液体通过塔板的中心处均设有通孔，优选设置中，通孔内设螺纹，气体通过塔板和液体通过塔板通过通孔的内设螺纹连接并间隔分布于螺旋柱上，并且固定位置可以调节；进一步优选设置结构中，液体通过塔板中心处通孔由若干条（例如3条）均匀间隔分布的辐条形成，而辐条所形成的间隔可作为液体孔，加快发酵液体流动；气体通过塔板和液体通过塔板的直径小于发酵罐内径；优选设置中，气体通过塔板的直径为发酵罐内径的5/6~6/7，而液体通过塔板直径小于发酵罐内径0.5~1.0mm；气体通过塔板上均匀分布有气孔，便于气体通过；一般而言，液体孔孔径应明显大于气孔孔径，气孔孔径范围为0.1~1.0mm，液体通过塔板中中心处孔径（即包含通孔的中部所形成的最大孔孔径）为发酵罐内径的1/7~1/6；优选设置中，如果气体通过塔板和液体通过塔板的塔板厚度较薄，例如，厚度在2~10mm，那么气体通过塔板和液体通过塔板则需通过螺栓固定于螺旋柱上，螺栓与塔板之间需设塔板垫片；优选设置中，发酵罐下端内壁设有垫板，便于底部的气体通过塔板或液体通过塔板放置其上，从而起到支撑作用；气体通过塔板和液体通过塔板在螺旋柱上的位置及数量均可根据需要进行调节；螺旋柱竖直设于发酵罐中部；优选设置中，螺旋柱采用不锈钢材质制备而成；
所述合成气气控系统，包括合成气储罐、氮气储罐及与其分别连接的气体调节阀；合成气储罐和氮气储罐并行连接后通过气体输送管与发酵罐底部进气口连接；优选设置中，气体输送管上设有气体流量计，以便监测气体流量；另一种优选设置中，气体输送管上还设有滤膜过滤器，可对所输送气体进行过滤除杂；
所述发酵料液循环系统，包括设于料液输送管上的料液输送泵，料液输送管一端与发酵罐底部的出液口连接，另一端与发酵罐顶部的进液口连接；优选设置中，料液输送管上还设有液体流量计，可以对料液循环速度进行实时检测。
所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，发酵罐耐温范围为121℃~150℃，耐压范围为2~3个大气压强，发酵罐的高径比范围为2~10︰1。
所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，螺旋柱长度为发酵罐高度的5/6~6/7，优选直径为5~20mm。
所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，气液凝聚器上空气过滤器的滤径为0.2μm；气体输送管上滤膜过滤器的滤径为0.2μm。
本发明的主要技术思路是：通过料液循环系统，使得微生物能够获得均匀一致的生长环境；而塔板系统为微生物与合成气的接触提供了重组的接触空间，能够更好地提高合成气的利用率；而合成气气控系统可实现对于合成气通入量的精确控制，调节反应速率，避免资源浪费。
本发明所提供的生物反应器，包括透明发酵罐、可调式塔板系统、合成气气控系统及料液回流系统；本发明将塔板装至螺旋柱上，再将螺旋柱放置于发酵罐，可根据需要任意上下调整塔板高度，可根据需要增减塔板数目；同时，利用料液回流系统向发酵罐循环流入液体培养基，达到增强气液传质的效果；通过合成气气控系统向发酵罐内补给合成气，为厌氧菌发酵提供所需的碳源与能源组分。
本发明所提供的合成气厌氧发酵用塔式反应器，其主要优点体现在：气密性好，且能促进菌体生长与发酵；反应器中通过采用连续补气方法，较好增加气液接触面积，增加气体溶解度，且培养基的循环利用较好提高了底物转化率；能显著提高气液传质速率及加强气液传质，即具有更好的气—液传质系数，更高的合成气利用效率，而实现这一优点的主要是通过改造塔板系统，使发酵液与合成气具有更大接触面积、更长接触时间来实现的；同时塔板系统具有更好的可调节性和灵活性，可根据发酵罐体积、发酵量、发酵时间等需要对塔板数量、塔板高度及塔板间距等进行灵活调节。因而总体而言，本发明具有可调节性强、适应范围广、气—液传质系数高、合成气转化效果好等优点，在生物质转化、合成利用方面具有较好的推广应用前景。
附图说明
图1为本发明所提供合成气厌氧发酵用塔式反应器结构示意图；
图2为本发明所提供合成气厌氧发酵用塔式反应器顶部俯视图；
图3为本发明所提供合成气厌氧发酵用塔式反应器中塔板系统中气体通过塔板俯视结构示意图；
图4为本发明所提供合成气厌氧发酵用塔式反应器中塔板系统中液体通过塔板俯视结构示意图；
附图标记说明：1-发酵罐，2-固定法兰，3-垫片，4-封口法兰，5-加料口，6-压力计，7-
进液口，8-耦合装置（止回阀/空气过滤器）,9-气液凝聚器，10-料液输送管，11-取样口，12-液体流量计，13-料液输送泵，14-出液口，15-进气口，16-放空阀，17-滤膜过滤器，18-气体流量计，19-气体输送管，20-测温计，21-气体调节阀，22-氮气储罐，23-合成气储罐，24-螺旋柱，25-气体通过塔板，26-液体通过塔板，27-塔板垫片，28-气孔，29-垫板，30-通孔，31-水平仪，32-法兰螺孔，33-螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例
如图1~4所示，本发明所提供合成气厌氧发酵用塔式反应器，包括发酵罐1、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐1内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐1连接；发酵罐1优选采用透明材质，便于实验员观察发酵情况。
发酵罐1顶部设有固定法兰2，封口法兰4与固定法兰2连接实现对发酵罐1密封，优选设置中，封口法兰4与固定法兰2之间设有用于密封的垫片3，封口法兰4与固定法兰2之间通过螺栓33连接固定；发酵罐1顶部穿过封口法兰4设有加料口5、进液口7、气液凝聚器9，其中气液凝聚器9上设有具备止回阀和空气过滤器功能的耦合装置8，其中气液凝聚器9用于预防液体随气体排出，而耦合装置8中的空气过滤器也能防止染菌；发酵罐1底部设有进气口15、取样口11、出液口14；优选设置中，发酵罐1顶部还设有测温计20和压力计6，可以实现对发酵罐体内部压力和发酵液温度的实时监测；优选设置中，发酵罐1底部还设有放空阀16，便于发酵罐1的清洗；优选设置中，发酵罐1底部外壁设有可拆卸的水平仪31，便于调整发酵罐的平整度。
所述塔板系统，包括螺旋柱24、气体通过塔板25、液体通过塔板26，气体通过塔板25和液体通过塔板26的中心处均设有通孔30，优选设置中，通孔30内设螺纹，气体通过塔板25和液体通过塔板26通过通孔30的内设螺纹间隔分布于螺旋柱24上，并且固定位置可以调节；进一步优选设置结构中，液体通过塔板26中心处通孔30由若干条（例如3条）均匀间隔分布的辐条形成通孔30，而辐条所形成的间隔可作为液体孔，加快发酵液体流动；气体通过塔板25和液体通过塔板26的直径小于发酵罐1内径；优选设置中，气体通过塔板25的直径为发酵罐内径的5/6~6/7，而液体通过塔板26直径小于发酵罐1内径0.5~1.0mm；气体通过塔板25上均匀分布有气孔28，便于气体通过；液体通过塔板26外围设置均匀分布的气孔28，中间辐条处所形成的通孔30周围作为液体孔，一般而言，液体孔孔径明显大于气孔28孔径，气孔28孔径范围为0.1~1.0mm，液体通过塔板26中心孔孔径（即包含有通孔30的中部所形成的最大孔孔径）为发酵罐1内径的1/7~1/6；优选设置中，如果气体通过塔板25和液体通过塔板26的塔板厚度较薄，例如，厚度在2~10mm，那么气体通过塔板25和液体通过塔板26则需通过螺栓固定于螺旋柱24上，螺栓与塔板之间需设塔板垫片27；优选设置中，发酵罐1下端内壁设有垫板29，便于底部的气体通过塔板25或液体通过塔板26放置其上，从而起到支撑作用；气体通过塔板25和液体通过塔板26在螺旋柱24上的位置及数量均可根据需要进行调节；螺旋柱24最下端的液体通过塔板26（或气体通过塔板25）与垫板29相压接，以保证螺旋柱24竖直立于发酵罐1中部；优选设置中，螺旋柱24采用不锈钢材质制备而成。
所述合成气气控系统，包括合成气储罐23、氮气储罐22及与其分别连接的气体调节阀21；合成气储罐23和氮气储罐22并行连接后通过气体输送管19与发酵罐1底部进气口15连接；优选设置中，气体输送管19上设有气体流量计18，以便监测气体流量；另一种优选设置中，气体输送管上19还设有滤膜过滤器17，可对所输送气体进行过滤除杂。
所述发酵料液循环系统，包括设于料液输送管10上的料液输送泵13，料液输送管10一端与发酵罐1底部的出液口14连接，另一端与发酵罐1顶部的进液口7连接；优选设置中，料液输送管10上还设有液体流量计12，可以对料液循环速度进行实时检测。
具体参数方面，发酵罐1耐温范围为121℃~150℃，耐压范围为2~3个大气压强，发酵罐1的高径比范围为2~10︰1。螺旋柱24长度为发酵罐1高度的5/6~6/7，优选直径为5~20mm。气液凝聚器9上空气过滤器的滤径为0.2μm；气体输送管19上滤膜过滤器17的滤径为0.2μm。
本发明所提供的用于提高合成气厌氧发酵过程中气液传质的塔式反应器，其基本原理是：塔式反应器作为合成气厌氧发酵的主要发酵平台，首先在无菌条件下将各部分设备组装完成，然后通入合成气，开始输入发酵液，使发酵用料液在塔式反应器内形成回流；由于发酵料液与合成气具有更大的接触面积，且发酵液流动较为充分，因而整个发酵生产过程中，发酵速度较快，发酵效果较好。
详细操作过程如下所述：
首先打开加料口5，此时取样口11和放空阀16关闭，通过加料口5往发酵罐1内加入接种好的培养基质（或者加入培养基后再接种），关闭加料口5后，通过水平仪31调整发酵罐1，使其处于水平状态。调节完成后，打开合成气气孔系统的气体调节阀21，向发酵罐1内通入合成气和氮气的混合气，同时开启料液输送泵13，使发酵料液循环流动。发酵液循环流动过程中，塔板系统中的塔板较好地增大了发酵液与合成气的接触面，从而能够促进合成气的转化。发酵过程中，通过取样口11取样对发酵罐1内发酵料液情况进行检测。同时通过发酵罐1顶部的压力计6、测温计20、气体输送管19上的气体流量计18和料液输送管10上的料液流量计12，随时检测发酵罐体内温度、压力等变化情况，并进行相应的调整以控制发酵反应程度。发酵结束后，依次关闭气体调节阀21和料液输送泵13后，通过放空阀16排出发酵液并对发酵罐1进行清洗、保养等操作。
总体而言，本发明通过采用多层塔板系统，增加了料液与合成气的接触面积和接触时间，通过料液循环系统，提高了合成气在发酵液中的溶解度，因而较好地提高了气—液传质系数，提高了合成气的利用率。

Claims (10)

1.一种合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，该反应器包括发酵罐、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐连接；
所述发酵罐顶部设有固定法兰和封口法兰；封口法兰位于固定法兰之上，穿过封口法兰设有加料口、进液口、气液凝聚器，其中气液凝聚器上设有具备止回阀和空气过滤器功能的耦合装置；发酵罐底部设有进气口、取样口、出液口；
所述塔板系统，包括螺旋柱、中心处开设有通孔的气体通过塔板和液体通过塔板，气体通过塔板和液体通过塔板分别通过通孔间隔分布于螺旋柱上；气体通过塔板和液体通过塔板的直径小于发酵罐内径；
所述合成气气控系统，包括合成气储罐、氮气储罐及与其分别连接的气体调节阀；合成气储罐和氮气储罐并行连接后通过气体输送管与发酵罐底部的进气口连接；
所述发酵料液循环系统，包括设有料液输送泵的料液输送管，料液输送管的一端与发酵罐底部的出液口连接，料液输送管的另一端与发酵罐顶部的进液口连接。
2.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，封口法兰与固定法兰之间设有垫片，封口法兰与固定法兰通过螺栓连接固定。
3.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐罐体为透明材料制成；发酵罐顶部设有测温计和压力计。
4.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐底部设有放空阀；发酵罐下部的外壁设有可拆卸的水平仪。
5.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体通过塔板的直径为发酵罐内径的5/6~6/7，液体通过塔板的直径比发酵罐内径小0.5~1.0mm。
6.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体通过塔板和液体通过塔板上的通孔的内壁设有螺纹，气体通过塔板和液体通过塔板与螺旋柱螺纹连接；发酵罐下端内壁设有垫板；螺旋柱采用不锈钢材质制备而成。
7.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体输送管上设有气体流量计和滤膜过滤器，其中滤膜过滤器的滤径为0.2μm。
8.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，料液输送管上设有液体流量计。
9.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐耐温范围为121℃~150℃，耐压范围为2~3个大气压强，发酵罐的高径比范围为2~10︰1。
10.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，螺旋柱长度为发酵罐高度的5/6~6/7。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108373350A (zh) * 2018-01-20 2018-08-07 徐州市禾协肥业有限公司 立体带式发酵设备及其发酵方法、产物
CN114984604A (zh) * 2022-06-30 2022-09-02 张闻龙 一种连续式双塔蒸馏系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201339027Y (zh) * 2008-10-06 2009-11-04 科威国际技术转移有限公司 用于发酵的溶氧塔
CN102191277A (zh) * 2011-03-31 2011-09-21 河南农业大学 塔板气泡式生物质连续制氢方法与装置
CN103930538A (zh) * 2011-06-30 2014-07-16 伊内奥斯生物股份公司 具有高co传质系数的合成气发酵方法和装置
CN103952289A (zh) * 2014-04-23 2014-07-30 河南农业大学 一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器
CN105039150A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 南京荣之盛生物科技有限公司 一种带有筛板的气升式发酵罐

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201339027Y (zh) * 2008-10-06 2009-11-04 科威国际技术转移有限公司 用于发酵的溶氧塔
CN102191277A (zh) * 2011-03-31 2011-09-21 河南农业大学 塔板气泡式生物质连续制氢方法与装置
CN103930538A (zh) * 2011-06-30 2014-07-16 伊内奥斯生物股份公司 具有高co传质系数的合成气发酵方法和装置
CN103952289A (zh) * 2014-04-23 2014-07-30 河南农业大学 一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器
CN105039150A (zh) * 2015-07-24 2015-11-11 南京荣之盛生物科技有限公司 一种带有筛板的气升式发酵罐

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
宋安东等: "合成气厌氧发酵生物反应器的研究进展", 《生物加工过程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108373350A (zh) * 2018-01-20 2018-08-07 徐州市禾协肥业有限公司 立体带式发酵设备及其发酵方法、产物
CN114984604A (zh) * 2022-06-30 2022-09-02 张闻龙 一种连续式双塔蒸馏系统
CN114984604B (zh) * 2022-06-30 2024-01-09 河南金大地化工有限责任公司 一种连续式双塔蒸馏系统

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