CN220317791U - 一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置，包括合成反应器；所述合成反应器包括壳体和壳体内的气液混合区、微生物合成反应区和增量反应区；所述微生物合成反应区位于壳体中部，在微生物合成反应区下方为气液混合区；所述气液混合区处的壳体上设有瓦斯气进气口与空气进气口，所述气液混合区内设有曝气装置，所述气液混合区处的壳体上还设有连接口，所述气液混合区处的壳体底部设有排空阀；所述微生物合成反应区的上部为增量反应区，所述增量反应区处的壳体上设有菌液进料口和回流口；所述增量反应区处的壳体顶部设有出气口。该装置可进行单细胞蛋白的合成，高效经济，无需投加催化剂，无需高温高压。
Description
技术领域
本实用新型涉及瓦斯气合成单细胞蛋白技术领域。更具体地，涉及一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置。
背景技术
单细胞蛋白(SCP)又称微生物蛋白或菌体蛋白，是利用工业废水、废气，天然气，石油烷烃类，农副加工产品以及有机垃圾等作为培养基，培养单细胞生物体，然后经过净化干燥处理后制成，是食品工业和饲料工业的重要蛋白质来源。单细胞蛋白与其他蛋白质来源相比，具有生产速率高、营养丰富和不用或少用土地等优点。
矿井瓦斯，是指煤炭开采过程中涌出的伴生物，由甲烷(CH4)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、乙烷(C2H6)、硫化氢(H2S)等十几种有害气体混合而成。其中，CH4在矿井瓦斯中所占的比重最大，高达80％以上。这部分气体具有热值低、有毒性、易泄漏、易爆炸等特点，使得在实际应用过程中易出现安全事故，同时由于气体热值较低，在使用过程中也存在利用效率低等问题。利用特殊菌种对甲烷进行单细胞蛋白转化，不仅可以直接使用甲烷，减少能耗转换，降低生产成本，还可以利用微生物对甲烷综合利用，提高甲烷的利用功效。
因此，需要提供一种全新的系统装置，以便高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置。该装置采用微生物工艺将甲烷与空气通入本装置进行单细胞蛋白的合成，该装置高效经济，无需投加催化剂，无需高温高压，可以高效转化甲烷合成单细胞蛋白，为解决我国单细胞蛋白制备领域所面临的CH4利用效率低、单细胞蛋白生产成本高等问题提供了新方法。
为解决上述第一个技术问题，本实用新型采用如下的技术方案：
一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置，包括合成反应器；
所述合成反应器包括壳体和壳体内的气液混合区、微生物合成反应区和增量反应区；
所述微生物合成反应区位于壳体中部，在微生物合成反应区下方为气液混合区；
所述气液混合区处的壳体上设有瓦斯气进气口与空气进气口，
所述气液混合区内设有曝气装置，
所述气液混合区处的壳体上还设有连接口，
所述气液混合区处的壳体底部设有排空阀；
所述微生物合成反应区的上部为增量反应区，
所述增量反应区处的壳体上设有菌液进料口和回流口；
所述增量反应区处的壳体顶部设有出气口。
作为一种实施方式，所述曝气装置包括曝气盘、设置在曝气盘上的曝气孔和通气口，所述曝气盘直径与合成反应器内径比为0.91～0.92，周围除与合成反应器内壁固定部分外，其余间隙使得曝气盘的上下区间的气液混合联通；所述曝气孔直径200～300mm，曝气盘上曝气孔曝气总面积占比50％～80％。
作为一种实施方式，所述微生物合成反应区内设有MBBR填料流化床和填料流化床上下端的筛板；所述填料流化床直径为10-25mm。
作为一种实施方式，所述填料流化床高度为0.5-0.9m。
作为一种实施方式，所述曝气盘上的曝气孔呈圆形或正三角形均匀分布。
作为一种实施方式，所述合成反应器高度为2.2m，直径为1.2m。
作为一种实施方式，所述合成反应器为多个，合成反应器之间相互串联或并联。
本实用新型所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
如无特殊说明，本实用新型中的各原料均可通过市售购买获得，本实用新型中所用的设备可采用所属领域中的常规设备或参照所属领域的现有技术进行。
与现有技术相比较，本实用新型具有如下有益效果：
1.本实用新型的合成反应器在装置底部增加了曝气装置，该曝气装置为微孔曝气装置，需要转化的工业气体通过进气管将气体通入包装，经微孔曝气器均匀的分散于气液混合区，大大增加了气液传质效果，在反应器底部气液混合区，使得气体与菌液混合均匀性增强，增大了合成能力，同时这种底部结构更好的避免死区的出现；
2.本实用新型的合成反应器可以串并联灵活改变，不仅可以与其他主反应器连接组成串联反应器系统，提高瓦斯气中甲烷的转化率；也可以组成并联反应器体系，提高蛋白产量；利用本实用新型可实现CH4转化率达85％以上。
3.利用本本实用新型的系统装置，气体可以直接通入合成反应器，其中的CH4与O2可以在微生物作用下转化为单细胞蛋白。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明
图1为本实用新型的合成反应器的结构示意图；
图2为本实用新型的曝气盘和曝气孔的放大结构示意图；
图3为本实用新型的合成反应器串联或并联时系统装置结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
参见图1-图2所示，作为本实用新型的一个方面，本实用新型一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置，包括合成反应器10；
所述合成反应器10包括壳体11和壳体内的气液混合区12、微生物合成反应区13和增量反应区14；
所述微生物合成反应13区位于壳体11中部，在微生物合成反应区下方为气液混合区12；
所述气液混合区12处的壳体11上设有瓦斯气进气口121与空气进气口122(二者可以共用一个入口，如图1所示，也可以分别设置)，
所述气液混合区12内设有曝气装置15，
所述气液混合区12处的壳体11上还设有连接口123，用于连接下一个反应器，
所述气液混合区12处的壳体11底部设有排空阀124，可与其他合成反应器的排空阀连接；
所述微生物合成反应12区的上部为增量反应区14，
所述增量反应区14处的壳体11上设有菌液进料口141和回流口142；
所述增量反应区14处的壳体11顶部设有出气口143。
作为一种实施方式，所述曝气装置15包括曝气盘151、设置在曝气盘151上的曝气孔152和通气口153，所述曝气盘151直径与合成反应器内径比为0.91～0.92，周围除与合成反应器内壁固定部分外，其余间隙使得曝气盘151的上下区间的气液混合联通；所述曝气孔152直径200～300mm，曝气盘151上曝气孔152曝气总面积占比50％～80％。
作为一种实施方式，所述曝气盘151上的曝气孔152呈圆形或正三角形均匀分布。
作为一种实施方式，所述微生物合成反应区13内设有MBBR填料流化床131和填料流化床上下端的筛板132，该填料流化床131直径为10-25mm。
作为一种实施方式，所述填料流化床131高度为0.5-0.9m。
作为一种实施方式，所述合成反应器高度为2.2m，直径为1.2m。
作为一种实施方式，所述合成反应器为多个，合成反应器之间相互串联或并联。
本实用新型的各个零部件作用及工作原理如下：
微生物合成反应区，该区在反应器主体的中部，在该区内采用MBBR填料流化床，利用反应器内的微生物对CH4、NH3和O2进行生物转化，生成以CH1.8O0.5N0.2为主要成分的单细胞蛋白；
气液混合区，设置在微生物合成反应区的下方，在该气液混合区内通入CH4和空气，实现气液的混合，并可以通过连接口连入下一反应器；
增量反应区，设置在微生物合成区的上方，在该区内上部加入微生物菌液，与上升气体继续发生反应，提高CH4转化效率，并在顶部进行余气排放；
其中，所述气液混合区内通入的气体流量控制在0.9～1.2m3/h，使得气体能充分被微生物捕获利用；通过曝气装置将气体分化为微小气泡上升至该微生物合成反应区进行反应；
所述气液混合区内的曝气装置中曝气孔的横截面为圆形，正三角形或平行四边形。曝气盘直径与反应器内径比为0.91～0.92；曝气孔直径200～300mm，单个曝气孔气量0～0.3m3/h，曝气盘上曝气孔曝气总面积占比50％～80％；
本实用新型中，所述合成反应器与目前的单细胞蛋白合成反应器相比，该反应器在微生物合成反应区内采用MBBR填料，为微生物提供适合生长的环境，并且微生物合成反应区采用流化床，加大气体与微生物的接触面积；流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能，床层内部温度均匀，而且易于控制；同时，该合成反应器底部增加了微孔曝气装置，因该装置设置在微生物合成反应区的下方，大大增加了气液传质效果，在反应器底部气液混合区，使得菌液和气体混合均匀性增强，更好的避免死区的出现；
进一步地，本实用新型的单个合成反应器不仅可以通过气液混合区上部的连接口与其他合成反应器的气液混合区相连接，组成串联反应器系统装置，并在最后一级的反应器下侧接口处回流至第一反应器上部继续发生反应，这样可提高瓦斯气中CH4的转化率；本实用新型的单个合成反应器还可以与其他合成反应器组成并联反应器，分别发生反应，提高蛋白产量。优点在于：合成反应器可以串并联灵活改变，不仅可以与其他主反应器连接组成串联反应器系统，提高瓦斯气中甲烷的转化率；也可以组成并联反应器体系，提高蛋白产量；利用本发明可实现CH4转化率达85％以上；利用本实用新型的系统装置，气体可以直接通入合成反应器，其中的CH4与O2可以在微生物作用下转化为单细胞蛋白。
进一步地，单个所述合成反应器高度为2.2m，直径为1.2m，有效容积为2m3；所述曝气装置为微孔曝气装置。
进一步地，所述微生物合成反应区的反应温度为30～40℃。
显然，本实用新型的上述实施例与对比例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。
Claims (8)
1.一种高效转化矿井瓦斯气合成单细胞蛋白的系统装置，包括合成反应器；其特征在于：
所述合成反应器包括壳体和壳体内的气液混合区、微生物合成反应区和增量反应区；
所述微生物合成反应区位于壳体中部，在微生物合成反应区下方为气液混合区；
所述气液混合区处的壳体上设有瓦斯气进气口与空气进气口，
所述气液混合区内设有曝气装置，
所述气液混合区处的壳体上还设有连接口，
所述气液混合区处的壳体底部设有排空阀；
所述微生物合成反应区的上部为增量反应区，
所述增量反应区处的壳体上设有菌液进料口和回流口；
所述增量反应区处的壳体顶部设有出气口。
2.根据权利要求1所述系统装置，其特征在于：所述曝气装置包括曝气盘、设置在曝气盘上的曝气孔和通气口，所述曝气盘直径与合成反应器内径比为0.91～0.92；所述曝气孔直径200～300mm，曝气盘上曝气孔曝气总面积占比50％～80％。
3.根据权利要求1所述系统装置，其特征在于：所述微生物合成反应区内设有MBBR填料流化床和分别位于填料流化床上下端的筛板。
4.根据权利要求3所述系统装置，其特征在于：所述填料流化床直径为10-25mm。
5.根据权利要求3所述系统装置，其特征在于：所述填料流化床高度为0.5-0.9m。
6.根据权利要求2所述系统装置，其特征在于：所述曝气盘上的曝气孔呈圆形或正三角形均匀分布。
7.根据权利要求1所述系统装置，其特征在于：所述合成反应器高度为2.2m，直径为1.2m。
8.根据权利要求1所述系统装置，其特征在于：所述合成反应器为多个，合成反应器之间相互串联或并联。
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