CN1908150A

CN1908150A - 移动床生化反应器

Info

Publication number: CN1908150A
Application number: CN 200610041337
Authority: CN
Inventors: 吴植仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2007-02-07

Abstract

本发明涉及一种生化反应器，如水解罐、酶解罐、活化罐、发酵罐等。生化反应器是进行生化反应的最关键设备，它的任务是保证在最佳条件下进行和完成生物化学反应。本发明的目的，在于寻找一种高效生化反应器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在生化反应进行过程中，设法使料层不断移动。这种生化反应器是由罐体、分配器、催化剂雾化装置、物料循环装置、加热(冷却)装置和其它辅助装置所组成。其特征在于：混合催化剂以及进行生化反应时，料层是移动的，液态催化剂是经过雾化加入的，亦可采用梯级混合法使催化剂与物料均匀，生化反应器的结构有竖形和水平形，使物料移动的机构有搅龙、螺旋给料机、螺带机和振动。当物料“稀化”到一定程度后，可采用搅拌浆叶或泵进行循环，以加速生化反应。反应器有单个间隙式和多台串联连续两种生产方式。本发明的有益效果是，可显著提高物料和催化剂混合的均匀性，缩短反应时间，提高容积效率，有可能在一个反应器内完成酶解和发酵的交叉、相继的两个生化反应，提高酶解物料的固含量，增加发酵产物中乙醇含量，减少后工序蒸馏装置的能耗。

Description

移动床生化反应器

所属技术领域

本发明涉及一种生化反应中的反应器，如水解罐、酶解罐、活化罐、发酵罐等。

背景技术

生化技术是一项既古老而又近代的技术，古老的酿酒工艺已有数千年历史，应用仿生学方法，将农作物秸秆等废弃物酶解成为营养物，则是当今世界最前沿的科学技术。

生化反应器是进行生化反应的最关键设备，它的任务是保证在最佳条件下(温度、压力、浓度，PH值等)进行和完成生物化学反应。由于进行生化反应的原料、目标产品、生物催化剂(酶和酵母等)千差万别，最佳生化条件也各不相同，因此，高效生化反应器在设计和制造时，必需充分了解并满足这些个性化的特质和要求。

为提高生化反应器的容积效率，缩短生化反应时间，提高效率，降低操作成本，为此，要尽可能地提高生物催化剂和原料混合的均匀性，根椐生物催化剂对环境的适应性，合理地提出对反应条件控制指标的上下限。

混合的均匀性对于原料为固态散物料，非均相生化反应(例如用秸秆纤维生产乙醇)尤为重要。

古典的酿酒和制造豆瓣酱的原料是固态散物料，是靠人工翻混加入生物催化剂。近代传统的固态散物料的混合设备有旋转筒式混合器，螺带式混合器和螺旋式混合器。它们都不适用于生产规模较大，在生化反应进行过程中，又要求物料仍不停搅拌的工况中。为此出现了气浮式生化罐。其特点是随着生化反应的进行，往固态散物料中鼓入压缩空气，使散物料处于浮动状态。

利用秸秆纤维生产乙醇的工艺中，第一步是将秸秆纤维酶解成醣，而后再将醣发酵为乙醇。随着酶解的发展，物料的状态由固态散物料逐步变为液态，即不断“稀化”。气浮式生化罐也难于适应于这类“稀化”的工况。试验表明，带立式螺带搅拌的固定床反应罐的效果也不理想。可以说迄今为止，人们尚没有找到一种能适用于这类特殊工况的生化反应器。

发明内容

本发明的目的，在于寻找能满足这类工艺的高效生化反应器。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在生化反应进行过程中，设法使料层不断移动，故称为“移动床生化反应器”。这种生化反应器是由罐体、分配器、催化剂雾化装置、物料循环装置、加热(冷却)装置、(防架桥装置、人孔、手孔、捡查孔、仪表传感器等)(括号中所述装置，都是常规的通用辅助装置，故在下面的文字叙述和附图中均予以省略)等所组成。其特征在于：混合催化剂以及进行生化反应时，料层是移动的，液态催化剂可以经过雾化直接喷加到固体散物料中，亦可采用梯级混合的办法，使与反应物料能混合均匀。生化反应器的首选结构是竖筒形，也可采用水平多层结构，使物料移动的机构有搅龙、螺旋给料机、螺带机和振动。当物料“稀化”到一定程度后，可采用搅拌浆叶或泵进行循环，以加速生化反应。反应器有单个间隙式和多台串联连续两种操作方式。前者是基础型，后者为脉生型。

本发明的有益效果是，可显著提高物料和催化剂混合的均匀性，缩短反应时间，提高容积效率，有可能在一个反应器内完成酶解和发酵的交叉、相继的两个生化反应，提高酶解物料的固含量，增加发酵产物中乙醇含量，减少后工序蒸馏装置的能耗。

附图说明

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的描述。

图1是竖筒式间隙操作移动床生化反应器，采用搅龙使物料循环的结构示意图，图2是竖筒式间隙操作移动床生化反应器，采用螺杆给料机使物料循环的结构示意图，图3是竖筒式多台串联连续操作移动床生化反应器，采用搅龙使物料循环的结构示意图，图4是水平式多台串联连续操作移动床生化反应器，采用螺带式搅拌或搅龙使物料循环的结构示意图。图中：1提升搅龙，2喷雾器，3布料器，4料面，5生化反应器，6水平搅龙，7水夹套，8螺杆给料机，9升料管，10循环泵，11浆叶，12给料机，13螺带式搅拌或搅龙，14物料换向器，15连续混料器，16精密混料器。

具体实施方式

实施例1竖筒式间隙操作移动床生化反应器，采用搅龙使物料循环。

参见图1，开始投料时，物料换向器14处于循环位置(如图1实线所示)，将原料均匀下卸，同时用喷雾器2按比例均匀喷向物料，经布料器3均匀填装于生化反应器5中，至料面4达到指定高度为止。启动水平搅龙6和提升搅龙1使物料循环移动，为加热(或冷却)物料，以控制生化反应的温度，设置有水夹套7，必要时，搅龙的轴也可设计成中空套管，内部通冷(热)水，此外，如有需要，生化反应器亦可加设水夹套或蛇形盘管，以确保反应温度控制在工艺要求的范围内。物料在移动过程中，同时进行均匀化和生化反应，达到工艺要求的停留(反应)时间后，如中间产物仍为固态散物料，根椐工艺要求，可以上排，此时，物料换向器14应处于外排位置(如图中虚线所示)，亦可以只启动水平搅龙6外排。如中间产品已“稀化”，则可采用底部直接外排，或用泵抽吸外排。应根椐实际情况选择。

如果，中间产品会“稀化”，又希望后继生化反应仍在同一个生化反应器中进行，例如，在纤维素制乙醇工艺中，先酶解后发酵的两个生化反应，依次、交叉在一个反应器中进行，可以予先固定安装搅拌浆叶，如图1中虚线所示。亦可待“稀化”后再插入活动搅拌浆叶。

前已述及，根据需要，反应器可辅助设置如防架桥装置、人孔、手孔、捡查孔、仪表传感器等。这些都是常用辅件，无需赘述。

实施例2竖筒式间隙操作移动床生化反应器，采用螺杆给料机使物料循环。

参见图2，其物料循环和实施例1相似，故操作程序无需赘述。不同之处有两点，其一是用螺杆给料机8代替水平和提升搅龙6和1，其二是采用梯级混合的办法，使物料与催化剂混合均匀。梯级混合法更适用于粉状催化剂。

梯级混合法是将原料分为两部份，一小部份先和催化剂在精密混料器16中混合，经计量给料机(图中未示)与另一大部份原料(亦经计量给料机-图中也未示)，共同经连续混料器15进一步混合。

实施例3竖筒式多台串联连续操作移动床生化反应器，采用搅龙使物料循环。

参见图3，为间隙式的脉生型，它是将多台移动床生化反应器串联而成，作为代表，图中给出5台串联。物料在前面的反应器逐步“稀化”，待达到“稀化”临界点后，可采用浆叶或泵进行循环。物料在每台反应器的停留时间和条件，应根据具体情况，科学地选择。

实施例4水平式多台串联连续操作移动床生化反应器，采用螺带式搅拌或搅龙使物料循环。

参见图4，原料经给料机12，均匀连续加入料斗中，在这里与雾化的生化催化剂初步混合，由上而下水平依次经过螺带搅拌机13，在其中靠差速螺带或搅龙使物料移动，当反应未到终点，物料换向器14处于循环位置(如图中实线所示)，当反应达到终点时，物料换向器14处于外排位置(如图中虚线所示)。

亦可采用振动床使物料移动，这时，需将每层层床按物料流向，向下有一个适当的俯视角即可。

Claims

1.一种移动床生化反应器，是由罐体、分配器、催化剂雾化装置、物料循环装置、加热(冷却)装置、和其它辅助装置所组成。其特征在于混合催化剂以及进行生化反应时，料层是移动的。

2.一种如权利要求1所述的移动床生化反应器，其特征在于液态催化剂是经过雾化加入的，亦可采用梯级混合法使催化剂与物料均匀。

3.一种如权利要求1所述的移动床生化反应器，其特征在于生化反应器的结构有竖筒形和水平形两种。

4.一种如权利要求1所述的移动床生化反应器，其特征在于使物料移动的机构有搅龙、螺旋给料机、螺带机和振动。

5.一种如权利要求1所述的移动床生化反应器，其特征在于当反应物料“稀化”后，可采用浆叶或泵进行搅拌。

6.一种如权利要求1所述的移动床生化反应器，其特征在于反应器有单个间隙式和多台串联连续两种生产方式。