CN114854536B - 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 - Google Patents
一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114854536B CN114854536B CN202210670064.7A CN202210670064A CN114854536B CN 114854536 B CN114854536 B CN 114854536B CN 202210670064 A CN202210670064 A CN 202210670064A CN 114854536 B CN114854536 B CN 114854536B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gas
- bubbling
- tank
- bioreactor
- pipeline
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 60
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 95
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 102
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 83
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 claims description 82
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 7
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 6
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 claims description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 4
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 210000001822 immobilized cell Anatomy 0.000 description 7
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 6
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 5
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 5
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 4
- ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 4-aminobenzoic acid Chemical compound NC1=CC=C(C(O)=O)C=C1 ALYNCZNDIQEVRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 4
- PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N Niacin Chemical compound OC(=O)C1=CC=CN=C1 PVNIIMVLHYAWGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N Riboflavin Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 4
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 241001052560 Thallis Species 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N folic acid Chemical compound C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-LBPRGKRZSA-N 0.000 description 4
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 4
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 4
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 4
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 4
- 150000003722 vitamin derivatives Chemical class 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910021580 Cobalt(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N D-Lyxoflavin Natural products OCC(O)C(O)C(O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O AUNGANRZJHBGPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 description 2
- XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N L-Cysteine Chemical compound SC[C@H](N)C(O)=O XUJNEKJLAYXESH-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L Magnesium chloride Chemical compound [Mg+2].[Cl-].[Cl-] TWRXJAOTZQYOKJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N N-Pteroyl-L-glutaminsaeure Natural products C=1N=C2NC(N)=NC(=O)C2=NC=1CNC1=CC=C(C(=O)NC(CCC(O)=O)C(O)=O)C=C1 OVBPIULPVIDEAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004619 Na2MoO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 2
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 2
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 2
- FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L calcium D-pantothenic acid Chemical compound [Ca+2].OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O.OCC(C)(C)[C@@H](O)C(=O)NCCC([O-])=O FAPWYRCQGJNNSJ-UBKPKTQASA-L 0.000 description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 229960002079 calcium pantothenate Drugs 0.000 description 2
- FDJOLVPMNUYSCM-UVKKECPRSA-L cobalt(3+);[(2r,3s,4r,5s)-5-(5,6-dimethylbenzimidazol-1-yl)-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)oxolan-3-yl] [(2r)-1-[3-[(2r,3r,4z,7s,9z,12s,13s,14z,17s,18s,19r)-2,13,18-tris(2-amino-2-oxoethyl)-7,12,17-tris(3-amino-3-oxopropyl)-3,5,8,8,13,15,18,19-octamethyl-2,7, Chemical compound [Co+3].N#[C-].C1([C@H](CC(N)=O)[C@@]2(C)CCC(=O)NC[C@@H](C)OP([O-])(=O)O[C@H]3[C@H]([C@H](O[C@@H]3CO)N3C4=CC(C)=C(C)C=C4N=C3)O)[N-]\C2=C(C)/C([C@H](C\2(C)C)CCC(N)=O)=N/C/2=C\C([C@H]([C@@]/2(CC(N)=O)C)CCC(N)=O)=N\C\2=C(C)/C2=N[C@]1(C)[C@@](C)(CC(N)=O)[C@@H]2CCC(N)=O FDJOLVPMNUYSCM-UVKKECPRSA-L 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 229960000304 folic acid Drugs 0.000 description 2
- 235000019152 folic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000011724 folic acid Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 2
- AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M lipoate Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC1CCSS1 AGBQKNBQESQNJD-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 235000019136 lipoic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- 229960003512 nicotinic acid Drugs 0.000 description 2
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 2
- MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N nitrilotriacetic acid Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CC(O)=O MGFYIUFZLHCRTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229960002477 riboflavin Drugs 0.000 description 2
- 235000019192 riboflavin Nutrition 0.000 description 2
- 239000002151 riboflavin Substances 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 description 2
- 229960002663 thioctic acid Drugs 0.000 description 2
- 229910000368 zinc sulfate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011686 zinc sulphate Substances 0.000 description 2
- RBCOYOYDYNXAFA-UHFFFAOYSA-L (5-hydroxy-4,6-dimethylpyridin-3-yl)methyl phosphate Chemical compound CC1=NC=C(COP([O-])([O-])=O)C(C)=C1O RBCOYOYDYNXAFA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- SXGZJKUKBWWHRA-UHFFFAOYSA-N 2-(N-morpholiniumyl)ethanesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)CC[NH+]1CCOCC1 SXGZJKUKBWWHRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000013878 L-cysteine Nutrition 0.000 description 1
- 239000004201 L-cysteine Substances 0.000 description 1
- 229910021380 Manganese Chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L Manganese chloride Chemical compound Cl[Mn]Cl GLFNIEUTAYBVOC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910003424 Na2SeO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020350 Na2WO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 1
- JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N Thiamine Natural products CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N JZRWCGZRTZMZEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229960004050 aminobenzoic acid Drugs 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 239000012736 aqueous medium Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 1
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 230000019771 cognition Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910000366 copper(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052564 epsomite Inorganic materials 0.000 description 1
- HHFAWKCIHAUFRX-UHFFFAOYSA-N ethoxide Chemical compound CC[O-] HHFAWKCIHAUFRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IMBKASBLAKCLEM-UHFFFAOYSA-L ferrous ammonium sulfate (anhydrous) Chemical compound [NH4+].[NH4+].[Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O IMBKASBLAKCLEM-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 1
- 229910001629 magnesium chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L magnesium sulphate Substances [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000011565 manganese chloride Substances 0.000 description 1
- 229910052603 melanterite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N pyridoxine hydrochloride Chemical compound Cl.CC1=NC=C(CO)C(CO)=C1O ZUFQODAHGAHPFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960004172 pyridoxine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 235000019171 pyridoxine hydrochloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011764 pyridoxine hydrochloride Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 238000011218 seed culture Methods 0.000 description 1
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 1
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011781 sodium selenite Substances 0.000 description 1
- 229910052979 sodium sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N sodium sulfide (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[S-2] GRVFOGOEDUUMBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000019157 thiamine Nutrition 0.000 description 1
- 229960003495 thiamine Drugs 0.000 description 1
- 239000011721 thiamine Substances 0.000 description 1
- KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N thiamine Chemical compound CC1=C(CCO)SCN1CC1=CN=C(C)N=C1N KYMBYSLLVAOCFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229960000344 thiamine hydrochloride Drugs 0.000 description 1
- 235000019190 thiamine hydrochloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011747 thiamine hydrochloride Substances 0.000 description 1
- DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M thiamine hydrochloride Chemical compound Cl.[Cl-].CC1=C(CCO)SC=[N+]1CC1=CN=C(C)N=C1N DPJRMOMPQZCRJU-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 1
- NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L zinc sulfate Chemical compound [Zn+2].[O-]S([O-])(=O)=O NWONKYPBYAMBJT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
- C12M21/12—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses for producing fuels or solvents
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
- C12M25/14—Scaffolds; Matrices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/04—Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
- C12M29/24—Recirculation of gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
- C12M33/14—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus with filters, sieves or membranes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
- C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes
- C12M41/24—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes inside the vessel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/30—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration
- C12M41/34—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
- C12P7/14—Multiple stages of fermentation; Multiple types of microorganisms or re-use of microorganisms
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
- C12R2001/145—Clostridium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12R—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
- C12R2001/00—Microorganisms ; Processes using microorganisms
- C12R2001/645—Fungi ; Processes using fungi
- C12R2001/85—Saccharomyces
- C12R2001/865—Saccharomyces cerevisiae
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器及其应用，包括依次连接的合成气气瓶、微气泡发生器、鼓泡式生物反应器、鼓泡式厌氧生物发酵罐、气液分离器、菌体分离器、循环泵和产物收集罐等。利用除菌后的合成气进入微气泡发生器，形成微米级气泡体系，之后自发酵罐底部进入反应腔内，在微生物的催化作用下将合成气转变为乙醇等产物。本发明的反应装置和方法具有合成气反应压力超低、气液比小、气液传质面积大，反应速率快，能耗低，工艺灵活和生产安全性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及微生物发酵领域，具体涉及一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用。
背景技术
燃料乙醇作为绿色可持续能源已经得到越来越多的重视，近年来，我国大力推进煤制乙醇技术，受甲醇行业持续低迷、乙醇市场行情走高导致消毒酒精紧缺及煤基乙醇技术认知度不断提高等因素提振，目前，煤制乙醇工业项目在建产能已达到200万 t/a，然而，煤炭资源的不可再生性进一步限制了煤制乙醇技术的大规模转化应用。相反地，生物质的可再生性使得生物质乙醇比煤制乙醇更能获得更大的应用市场空间。
生物质乙醇的制备方法主要是合成气生物发酵法，首先以生物质为原料，通过气化过程获得粗合成气，其主要成分包括H2、CO和CO2等，粗合成气再经过净化处理后通入发酵设备中，产乙醇微生物进一步通过厌氧发酵过程将合成气转化为乙醇。其中，CO是厌氧发酵生产乙醇的较优底物，比CO2更易被微生物吸收转化为乙醇和乙酸，而H2在厌氧发酵过程中又作为还原剂，使CO和CO2能得到最大程度的利用，合成气只有溶解到发酵液中才能被菌体吸收和利用，但实际上CO和H2在水性介质中溶解度较低，气液传质阻力大，导致微生物对气体底物的吸收低，无法有效利用气体组分，最终导致生产力低下，因此，气液传质的限制是合成气发酵生产乙醇的主要挑战之一。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对合成气制备乙醇过程中合成气溶解度低、气液传质受限等问题，提出一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，通过制备合成气微米气泡来实现合成气在制备乙醇过程中的高效气液传质，从而进一步将微米气泡体系拓展至无氧体系。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，包括微气泡发生单元、种子罐、鼓泡式生物反应器、鼓泡式厌氧生物发酵罐、配料罐、气液分离器、菌体分离器以及产物收集罐。
其中，所述微气泡发生单元和种子罐分别连接至鼓泡式生物反应器中，将种子液送入鼓泡式生物反应器内与产生的微气泡进行充分混合。
所述鼓泡式生物反应器、鼓泡式厌氧生物发酵罐、气液分离器、菌体分离器以及产物收集罐通过管道连接；所述配料罐与鼓泡式厌氧生物发酵罐通过进料管连接，向鼓泡式厌氧生物发酵罐中输送原料，与鼓泡式生物反应器输送来的种子气泡液进行厌氧发酵反应，产物依次经气液分离器和菌体分离器后，收集于产物收集罐中。
具体地，所述微气泡发生单元包括依次通过气体管道连接的合成气气瓶、气体过滤器和微气泡发生器；所述微气泡发生器输出端通过管道连接至鼓泡式生物反应器内的气体分布器上，且该管道上还设有抽气泵。
具体地，所述鼓泡式生物反应器内设置有水平多孔隔板和气体分布器；所述种子罐通过管道连接至鼓泡式生物反应器的底部进料口；所述微气泡发生单元通过管道连接至位于鼓泡式生物反应器侧面的气体分布器接口上，所述气体分布器位于水平多孔隔板的下方；所述鼓泡式生物反应器的上方侧面排料口通过管道连接至鼓泡式厌氧生物发酵罐，且该管道上还设有第一提水泵。
具体地，所述鼓泡式厌氧生物发酵罐底部一侧进气口与鼓泡式生物反应器连接，底部另一侧出料口通过管道与气液分离器连接；鼓泡式厌氧生物发酵罐的顶部进料口与配料罐通过管道连接，且该管道上设有进料泵。
所述鼓泡式厌氧生物发酵罐的侧面外壁上设置有夹套式换热器，用于对罐内发酵反应温度进行控制。
具体地，所述气液分离器内距离罐体顶部高度1/2-2/3处设有微孔过滤器；气液分离器顶部一侧进料口与鼓泡式厌氧生物发酵罐连接，且该管道上还设有气相平衡管；气液分离器的底部排料口通过管道连接至菌体分离器；气液分离器的侧面位于微孔过滤器上方开有出气口，其通过一回路管道连接至微气泡发生单元，将反应气体循环利用，且该回路管道上设有循环泵。
具体地，所述菌体分离器内设有分离膜，距离罐顶1/3-1/2处；菌体分离器的顶部一侧进料口通过管道与气液分离器连接，顶部另一侧排料口通过循环管道连接至气液分离器内，用于发酵液中菌体和产物的循环分离，且该循环管道上设有第二提水泵；菌体分离器的底部排料口通过管道连接至产物收集罐内。
优选地，所述微气泡发生器为气动式微气泡发生器、液动式微气泡发生器或气液联动式微气泡发生器；
进一步地优选地，微气泡发生器为至少三个；其通过串联或并联方式连接形成微气泡发生器组后，再连接至鼓泡式生物反应器。
优选地，所述分离膜为微孔分离膜或陶瓷分离膜。
进一步地，本发明还要求保护上述生物反应器用于厌氧发酵制备乙醇的应用。
具体地，上述生物反应器用于厌氧发酵制备乙醇包括如下步骤：
（1）首先，分别对种子罐、配料罐中的物料和鼓泡式厌氧生物发酵罐进行蒸汽灭菌待用；
（2）接着，配置好比例的合成气经过滤除菌后与活化后的种子液同时流入鼓泡式生物反应器中，包裹着细胞的合成气微气泡形成后，进一步通入鼓泡式厌氧生物发酵罐进行乙醇的合成；其中，合成气气体流量控制在6~8 L/min，种子液液体流量控制为2~3 m3/h；形成的合成气微气泡尺寸不高于450 nm，存在时间在300 s以上；
（3）待发酵结束后，气液分离器和菌体分离器对发酵液中的菌体和产物进行多次循环分离，粗乙醇最终流入产物收集罐中。
最终，合成气微气泡的形成可将乙醇产量提升16%以上，乙醇产率提升58%以上，进一步循环使用可使存在时间延长15%以上。
有益效果
（1）将微气泡反应器应用于合成气制备乙醇的过程，一方面增强了原料的利用度，另一方面增强了合成气在发酵液中的溶解度，从根本上增强了气体的传质效率，有助于乙醇的高效合成。
（2）微气泡发生器与鼓泡式生物反应器的联用促进了合成气在溶液中的二次分散，延长了合成气在发酵液中的存在时间，气液传质面积更大。
（3）气液分离器和菌体分离器的联用，减少了产物在分离过程中的损失，并且缩短了发酵液在容器中的停留时间。
（4）将微气泡应用于合成气制备乙醇，不仅有助于解决合成气气液传质受限等问题，还进一步拓展了微气泡在无氧体系、厌氧发酵等方面的应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是本发明生物反应器的整体结构示意图。
其中，各附图标记分别代表：
1、合成气气瓶，2、气体过滤器，3、微气泡发生器，4、种子罐，5、抽气泵，6、水平多孔隔板，7、鼓泡式生物反应器，8、气体分布器，9、第一提水泵，10、夹套式换热器，11、鼓泡式厌氧生物发酵罐，12、气相平衡管，13、微孔过滤器，14、气液分离器，15、第二提水泵，16、分离膜，17、菌体分离器，18、产物收集罐，19、进料泵，20、配料罐，21、循环泵。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
如图1所示，本发明用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，包括合成气气瓶1、微气泡发生器3、种子罐4、鼓泡式生物反应器7、鼓泡式厌氧生物发酵罐11、气液分离器14、菌体分离器17和产物收集罐18。
其中，微气泡发生器3、鼓泡式生物反应器7、鼓泡式厌氧生物发酵罐11、气液分离器14、菌体分离器17和产物收集罐18依次连接，所述配料罐20与鼓泡式厌氧生物发酵罐11连接。
合成气气瓶1出气口与气体过滤器2进气口连接，除菌后的合成气送入微气泡发生器3中经剪切力形成合成气微气泡，然后送入鼓泡式生物反应器7中与种子液混合，再送入鼓泡式厌氧生物发酵罐11中，与配料罐20送入的原料一起进行发酵，发酵产物经气液分离器14和菌体分离器17分离后，送入产物收集罐18中。
微气泡发生器3为气动式微气泡发生器、液动式微气泡发生器或气液联动式微气泡发生器中的一种；所述微气泡发生器3设有至少三个：微气泡发生器串联形成一个微气泡发生器组后连接鼓泡式生物反应器。
微气泡发生器3的出口与鼓泡式生物反应器7侧面下方进气口连接，连接管路上设有抽气泵；鼓泡式生物反应器7底部进液口与种子罐4出料口连接；鼓泡式生物反应器7中还设有气体分布器8和多孔水平隔板6，用于合成气微气泡在种子液中的多次分散，减少种子液的纵向循环。
鼓泡式生物反应器7侧面上方出料口通过第一提水泵9连接至鼓泡式厌氧生物发酵罐11底部进料口；所述鼓泡式厌氧生物发酵罐11包括配料罐20、壳体、反应腔和夹套式换热器10；顶部进料口与配料罐20连接，底部出料口与气液分离器14连接，夹套式换热器10包裹在鼓泡式厌氧生物发酵罐11壳体外部。
配料罐20用于盛放无菌发酵培养基，为防止空气的渗入，配料罐20与鼓泡式厌氧生物发酵罐11的连接管路上设有进料泵，无菌发酵培养以10~100 mL/min的速率经鼓泡式厌氧生物发酵罐11顶部的进料口流入反应腔中，进料泵可以是柱塞泵或涡旋泵；鼓泡式厌氧生物发酵罐11反应腔中央设有一个长圆柱形的丝网固定器，用于固定亚麻，亚麻大小为60 cm* 180 cm ~80 cm* 200 cm，载体加入量为40~60 g/L；夹套式换热器10中所用冷媒可以是自来水，水温控制在2-8℃。
鼓泡式厌氧生物发酵罐11底部出料口与气液分离器14连接的管道上，设有气相平衡管12，用以维持两罐之间的压力平衡；所述气液分离器14中在距离罐体顶部1/2~2/3处还设有微孔过滤器，用于初步截留发酵液中的菌体；所述气液分离器14侧面上方气相出口通过一循环泵21与微气泡发生器3第二入口连接，将未反应完全的合成气回收至微气泡发生器3内，气体流量控制在1~4 L/min。
气液分离器14底部分离料口与菌体分离器17第一进料口连接；所述菌体分离器17中在距离罐顶1/3~1/2处内置分离膜16；所述分离膜16可以是微孔分离膜、陶瓷分离膜、离心机或是微滤装置中的一种；所述菌体分离器17还包括第二进料口和分离料口；底部分离料口与产物收集罐18连接；第二进料口通过第二提水泵15与气液分离器14第二进料口连接，用于发酵液中菌体和产物的循环分离。
实施例
采用上述装置利用合成气微气泡进行固定化细胞发酵制备乙醇，具体包括：
混合菌群的种子培养及厌氧发酵：
（1）发酵所用的菌株：乙醇梭菌DSM 10061和酵母菌ATCC 208289。
（2）种子富集培养基（g/L）：KH2PO40.6，NH4Cl 0.4，(NH4)SO40.3，NaCl 0.4，MgCl2·6H2O 0.3，MgSO4·7H2O 0.04，CaCl2·2H2O 0.05，Na2S·9H2O 0.5，维生素溶液a 15 mL，微量元素溶液a 2 mL，pH 6.0。
（3）维生素溶液a（mg/L）：生物素 20，叶酸 20，盐酸吡哆辛 16，硫辛酸 60，核黄素53，盐酸硫胺素 56，泛酸钙 56，维生素B1250，对氨基苯甲酸 53，烟碱酸 56，过滤除菌备用。
（4）微量元素溶液a（g/L）：ZnSO4·7H2O 0.115，MnCl2·H2O 0.03，H3BO30.05，CoCl2·6H2O 0.2，NiCl2·6H2O 0.06，Na2MoO4·2H2O 0.04，FeSO4·7H2O 1.5，Na2SeO30.01，CuSO40.0015，氨三乙酸 1.5，pH 6.5。
（5）发酵培养基（g/L）：NH4Cl 3，NaCl 1，MgSO40.15，KH2PO40.1，CaCl20.04，酵母膏0.3，L-半胱氨酸 0.2，2-吗啉乙磺酸 10，BES 2.1，维生素溶液b 10 mL，微量元素溶液b 10mL，pH 4.5。
（6）维生素溶液b（mg/L）：维生素B610，硫胺素 5，核黄素 5，泛酸钙 5，硫辛酸 5，对氨基苯甲酸 5，烟碱酸 5，维生素B125，生物素 2，叶酸 2，过滤除菌后备用。
（7）微量元素溶液b（g/L）：氨三乙酸 2，MgSO4 1，硫酸亚铁铵 0.8，CoCl20.2，ZnSO40.2，CuCl20.02，NiCl20.02，Na2MoO40.02，Na2WO40.02。
（8）将摇瓶种子液37℃，150 rpm活化20 h后，以60%的接种量将活化后的种子液转接至种子罐4中，37℃培养18 h至生长对数期用于固定化细胞发酵。
生物反应器用于合成气制备乙醇的操作按照如下流程进行：
（9）首先，将大小为65 cm* 190 cm的亚麻缠绕在长圆柱形的丝网固定器上，加入量为40 g/L，置于鼓泡式厌氧生物发酵罐11内反应腔中央，随后分别对种子罐4、配料罐20中的物料和鼓泡式厌氧生物发酵罐11进行121℃，30 min蒸汽灭菌备用。
（10）配置好合成气组分比例为24%H2、65%CO和11%CO2，微气泡发生器3选用气动式微气泡发生器，与鼓泡式生物反应器7串联接入整个回路中，接着，经摇瓶一次活化和种子罐4二次转接，培养至对数生长期后，打开合成气气瓶1，同时启动气体过滤器2、微气泡发生器3和种子罐4，经气体过滤器2除菌后，调节合成气流量达到10 L/min使其进入微气泡发生器3中，随后，打开抽气泵5，控制合成气微气泡的气体流量为8 L/min，同时种子液进入鼓泡式生物反应器7的液体流量为2 m3/h。
（11）在鼓泡式生物反应器7中，气体分布器8设置在距离塔底1/3处，水平多孔隔板6设置在距离塔顶1/3处用于提高合成气微气泡在种子液中的气体分散度，鼓泡式生物反应器7内空速控制在1.2 h-1，混合均匀后，包裹着混合菌株的合成气微气泡形成，气泡尺寸为450 nm，存在时间为300 s。
（12）进一步，启动进料泵19、配料罐20和夹套式换热器10，使得配料罐20中的物料以100 mL/min匀速流入鼓泡式厌氧生物发酵罐11的反应腔中，同时，夹套式换热器10中的自来水以4℃，1 m3/h的流速流经鼓泡式厌氧生物发酵罐11壳体外部进行热交换。
（13）当鼓泡式厌氧生物发酵罐11中发酵液温度持续维持在37℃，pH稳定在4.5之后，将（11）中制得的含有混合菌株的合成气微气泡以2 m3/h的流量经鼓泡式厌氧生物发酵罐11底部进料口流入反应腔内进行固定化细胞发酵。
（14）待发酵结束后，打开气相平衡管12，使鼓泡式厌氧生物发酵罐11与气液分离器14处于压力平衡状态，发酵液从连通管道进入气液分离器14中，其中，气液分离器14在距离罐体顶部1/2处设有微孔过滤器，用于初步截留发酵液中的菌体，此外，为防止合成气微气泡未反应完全造成损失，打开循环泵21，以3 L/min的气体流量使合成气从气液分离器14侧面上方的气相出口流入微气泡发生器3中。
（15）气液分离器14底部分离料口进一步与菌体分离器17连通，菌体分离器17在距离罐顶1/3处还设有微孔分离膜，用于对发酵液中菌体和产物粗乙醇的二次分离，此外，为防止发酵液中菌体和产物分离不彻底，截留下的发酵液由菌体分离器17顶部第二进料口经第二提水泵15作用返回至气液分离器14中进行二次分离。经不断分离，产物由菌体分离器17底部分离料口流入产物收集罐18中。
（16）待发酵液全部流出且收集完毕后，利用鼓泡式厌氧生物发酵罐11中亚麻表面的固定化细胞开展第二批次发酵，无需再次进行接种，其中，配料罐20中的物料重新装填并经蒸汽灭菌处理后待用，具体的操作流程参照（12）~（15）进行。
在单批次固定化细胞发酵过程中，发酵周期为72 h，乙醇产量为50 g/L，乙醇产率为0.69 g/L/h，合成气微气泡平均尺寸为450 nm，存在时间在300 s以上。
进一步在连续式固定化细胞发酵过程中，发酵周期由72 h缩短至35 h，乙醇产量可达到60 g/L，乙醇产率为1.71 g/L/h，并且经多次循环，合成气微气泡尺寸缩小至300~430 nm，存在时间延长至360 s。
对比例
同实施例1进行菌株的种子活化和培养。
参照实施例2中的方法利用生物反应器进行合成气制备乙醇，区别在于整个生物反应器体系中不含有微气泡发生器3，发酵72 h后，乙醇产量仅有38 g/L，乙醇产率为0.53g/L/h。
进一步经固定化细胞连续厌氧发酵后，乙醇产量可到44 g/L，发酵周期由72 h缩短至46 h，乙醇产率提升至0.96 g/L/h。
本发明提供了一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器及其应用的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，包括微气泡发生单元、种子罐（4）、鼓泡式生物反应器（7）、鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）、配料罐（20）、气液分离器（14）、菌体分离器（17）以及产物收集罐（18）；
所述微气泡发生单元和种子罐（4）分别连接至鼓泡式生物反应器（7）中，将种子液送入鼓泡式生物反应器（7）内与产生的微气泡进行充分混合；
所述鼓泡式生物反应器（7）、鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）、气液分离器（14）、菌体分离器（17）以及产物收集罐（18）通过管道连接；所述配料罐（20）与鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）通过进料管连接，向鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）中输送原料，与鼓泡式生物反应器（7）输送来的种子气泡液进行厌氧发酵反应，产物依次经气液分离器（14）和菌体分离器（17）后，收集于产物收集罐（18）中；
所述鼓泡式生物反应器（7）内设置有水平多孔隔板（6）和气体分布器（8）；所述种子罐（4）通过管道连接至鼓泡式生物反应器（7）的底部进料口；所述微气泡发生单元通过管道连接至位于鼓泡式生物反应器（7）侧面的气体分布器（8）接口上，所述气体分布器（8）位于水平多孔隔板（6）的下方；所述鼓泡式生物反应器（7）的上方侧面排料口通过管道连接至鼓泡式厌氧生物发酵罐（11），且该管道上还设有第一提水泵（9）；
气液分离器（14）顶部一侧进料口与鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）连接；气液分离器（14）的底部排料口通过管道连接至菌体分离器（17）；气液分离器（14）的侧面位于微孔过滤器（13）上方开有出气口，其通过一回路管道连接至微气泡发生单元，将反应气体循环利用，且该回路管道上设有循环泵（21）；
菌体分离器（17）的顶部一侧进料口通过管道与气液分离器（14）连接，顶部另一侧排料口通过循环管道连接至气液分离器（14）内，用于发酵液中菌体和产物的循环分离，且该循环管道上设有第二提水泵（15）；菌体分离器（17）的底部排料口通过管道连接至产物收集罐（18）内。
2.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述微气泡发生单元包括依次通过气体管道连接的合成气气瓶（1）、气体过滤器（2）和微气泡发生器（3）；所述微气泡发生器（3）输出端通过管道连接至鼓泡式生物反应器（7）内的气体分布器（8）上，且该管道上还设有抽气泵（5）。
3.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）底部一侧进气口与鼓泡式生物反应器（7）连接，底部另一侧出料口通过管道与气液分离器（14）连接；鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）的顶部进料口与配料罐（20）通过管道连接，且该管道上设有进料泵（19）；
所述鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）的侧面外壁上设置有夹套式换热器（10），用于对罐内发酵反应温度进行控制。
4.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述气液分离器（14）内距离罐体顶部高度1/2-2/3处设有微孔过滤器（13）；气液分离器（14）顶部一侧进料口与鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）连接的管道上设有气相平衡管（12）。
5.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述菌体分离器（17）内设有分离膜（16），距离罐顶1/3-1/2处。
6.根据权利要求2所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述微气泡发生器（3）为气动式微气泡发生器、液动式微气泡发生器或气液联动式微气泡发生器；
微气泡发生器（3）为至少三个；其通过串联或并联方式连接形成微气泡发生器组后，再连接至鼓泡式生物反应器（7）。
7.根据权利要求5所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器，其特征在于，所述分离膜（16）为微孔分离膜或陶瓷分离膜。
8.权利要求1~7中任意一项生物反应器用于厌氧发酵制备乙醇的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对种子罐（4）、配料罐（20）中的物料和鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）分别进行蒸汽灭菌待用；
（2）配置好比例的合成气经过滤除菌后与活化后的种子液同时流入鼓泡式生物反应器（7）中，包裹着细胞的合成气微气泡形成后，进一步通入鼓泡式厌氧生物发酵罐（11）进行乙醇的合成；其中，合成气气体流量控制在6~8 L/min，种子液液体流量控制为2~3 m3/h；形成的合成气微气泡尺寸不高于450 nm，存在时间在300 s以上；
（3）发酵结束后，气液分离器（14）和菌体分离器（17）对发酵液中的菌体和产物进行多次循环分离，粗乙醇最终流入产物收集罐（18）中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210670064.7A CN114854536B (zh) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210670064.7A CN114854536B (zh) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114854536A CN114854536A (zh) | 2022-08-05 |
| CN114854536B true CN114854536B (zh) | 2024-07-12 |
Family
ID=82624436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210670064.7A Active CN114854536B (zh) | 2022-06-14 | 2022-06-14 | 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114854536B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115141748A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-04 | 南京工业大学 | 一种微孔膜管反应器及其用于固定化酶催化反应中的应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103012062A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-03 | 上海戊正工程技术有限公司 | 一种合成气间接生产乙醇的工艺及其应用 |
| CN112481073A (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-12 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种微界面强化发酵系统及工艺 |
| CN217578866U (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-14 | 南京工业大学 | 一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3505457B2 (ja) * | 2000-02-08 | 2004-03-08 | 三洋電機株式会社 | 水処理装置 |
| WO2012017475A1 (ja) * | 2010-08-03 | 2012-02-09 | アート電子株式会社 | 微細気泡発生装置 |
| JP5789127B2 (ja) * | 2011-05-26 | 2015-10-07 | 三井造船株式会社 | エタノール製造方法およびエタノール製造装置 |
| CN102408985A (zh) * | 2011-10-28 | 2012-04-11 | 河南农业大学 | 一种生物质合成气发酵生产乙醇用设备 |
| US9327251B2 (en) * | 2013-01-29 | 2016-05-03 | Lanzatech New Zealand Limited | System and method for improved gas dissolution |
| CN204710289U (zh) * | 2015-08-08 | 2015-10-21 | 宁波章甫能源科技有限公司 | 一种鼓泡塔气液反应器 |
| CN111530380B (zh) * | 2019-03-15 | 2021-02-02 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种重油加氢制备船舶燃料的微界面强化反应系统及方法 |
| CN211133866U (zh) * | 2019-03-20 | 2020-07-31 | 南京简迪环境工程有限公司 | 一种微纳米气泡反应器 |
| CN212741326U (zh) * | 2020-05-22 | 2021-03-19 | 天津科技大学 | 一种氨基酸生物发酵快速反应系统 |
| CN111848344A (zh) * | 2020-07-16 | 2020-10-30 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种采用合成气制乙醇的反应系统及方法 |
| CN113512483A (zh) * | 2021-07-14 | 2021-10-19 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种超高效低压气源微界面强化生物发酵的装置及方法 |
| CN113546589A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-10-26 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种微界面强化制备dmc的系统及制备方法 |
-
2022
- 2022-06-14 CN CN202210670064.7A patent/CN114854536B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103012062A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-03 | 上海戊正工程技术有限公司 | 一种合成气间接生产乙醇的工艺及其应用 |
| CN112481073A (zh) * | 2019-09-11 | 2021-03-12 | 南京延长反应技术研究院有限公司 | 一种微界面强化发酵系统及工艺 |
| CN217578866U (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-14 | 南京工业大学 | 一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114854536A (zh) | 2022-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101979615B (zh) | 一种固定床发酵分离耦合连续生产生物丁醇的方法 | |
| CN102094048A (zh) | 一种发酵合成气生产有机酸或醇的方法及装置 | |
| AU2017416198B2 (en) | Jet flow anaerobic bioreactor for treating high-concentration organic wastewater | |
| CN102311924B (zh) | 一种敞开式培养微藻的方法 | |
| CN101235394B (zh) | 一种分离提取富马酸的方法 | |
| CN114854536B (zh) | 一种用于合成气转化的微界面强化生物反应器及其应用 | |
| CN217459384U (zh) | 一种氧气微纳气泡增强好氧发酵生物反应器 | |
| CN101538532B (zh) | 一种外环流气提式膜生物反应器 | |
| CN106754259A (zh) | 一种发酵合成气生产醇类的系统及其处理方法 | |
| CN114806810A (zh) | 一种氧气微纳气泡增强好氧发酵生物反应器及其应用 | |
| CN217578866U (zh) | 一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器 | |
| CN101831382A (zh) | 以难溶气体为发酵原料的无泡供气-固液分离一体式膜生物膜反应器 | |
| CN205061828U (zh) | 一种利用菌藻提高低cod废水热值的超临界系统 | |
| CN105624026A (zh) | 一种低碳零排放循环制取氢气的装置 | |
| CN109097416B (zh) | 木质纤维素一锅法生物转化方法 | |
| CN108467878B (zh) | 一种固态发酵生产鼠李糖脂生物表面活性剂的方法 | |
| CN110656027A (zh) | 废气co/co2发酵制乙醇的气液逆向传输生物膜反应器 | |
| CN102617283A (zh) | 对含乙醇的液体进行真空气提的系统及方法 | |
| CN102492725A (zh) | 提高产氢发酵效能的发酵-分离耦合生物制氢方法 | |
| CN216360474U (zh) | 含一氧化碳原料气发酵制含氧有机物的发酵反应器 | |
| CN108892238B (zh) | 一种处理污水的产氢产甲烷反应器 | |
| CN108841580B (zh) | 一种处理固体废弃物的产氢产甲烷反应器 | |
| CN206645989U (zh) | 生物质热电联产的微藻养殖系统 | |
| CN201148433Y (zh) | 一种沉浸式膜生物反应器 | |
| CN104531506A (zh) | 适用于需氧发酵的纤维床反应器及其生产l-鸟氨酸方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |