專利名稱：一種適用于甜高粱桿固態厭氧發酵乙醇丁醇的反應器的制作方法
技術領域：
本發明屬于甜高粱資源利用領域,特別涉及一種甜高粱桿固態厭氧發酵乙醇丁醇
的反應器。
背景技術：
隨著化石能源的日益枯竭以及環境保護的重視,利用植物原料生產綠色生物能源受到世界各國的重視。其中，燃料乙醇和燃料丁醇是生物能源的研究熱點。目前，我國燃料乙醇和丁醇生產主要以玉米、陳化糧為原料,其成本達到4000 8000元/t以上，遠高于汽油價格，難以滿足社會的需要，更不能適應市場的發展，同時也存在糧食安全問題。因此，尋求"不與糧食爭地"的廉價原料作為發酵原料是降低生物燃料成本的有效途徑。
甜高粱是一種具有較高生物產量和糖含量的作物品種，其中莖稈中汁液的糖錘度高達17% 28%，且可以直接被酵母利用轉化為乙醇或者被丙酮丁醇梭菌利用生產丁醇。另外，甜高粱栽培容易，畝產量大。因此，甜高粱作為高能作物替代傳統的糧食發酵原料制備生物燃料具有廣闊的前景。 目前，甜高粱的利用主要是將其富含糖分的莖桿切碎，榨汁處理后進行液體發酵。然而，液體發酵不可避免的產生大量廢水,增加環境負擔，同時榨汁處理也增加了甜高梁處理的能耗。固態發酵具有節水節能的特點，但是固體基質的傳質傳熱是限制固態發酵效率的關鍵因素。因此，在固態發酵反應過程中，除了優化發酵條件外，更重要的要強化固態發酵反應器的傳質傳熱效果。針對甜高粱固體發酵系統，專利CN 101033476A和專利CN101085995A均采用了轉鼓式固態發酵罐來實現攪拌發酵和連續生產，然而當轉鼓的轉動速率增大時，產生的剪切力會嚴重影響菌絲體的生長；專利CN200610112613. X的優點是將甜高粱粉碎、滅菌、接種、發酵和產物回收一體化，但物料在該裝置中仍然為靜止狀態，沒有實現攪動的作用。為了強化固態發酵反應的內部攪拌作用，專利CN 100510048C在反應器內部設計了柔性壁，通過其蠕動來增加物料的傳質傳熱，但該反應器內部結構比較復雜，不利于放大生產。此外，為了降低攪拌產生的剪切力對菌絲體的破壞作用，專利CN 1434113A發明了氣相雙動態固態發酵技術，將發酵的固體物料置于壓力脈動及循環流動空氣的雙動態環境中進行固態發酵，對反應器的氣相壓力施以周期脈動力，有利于固體基質保持疏松，強化了顆粒間的傳質。然而,甜高梁發酵乙醇和丁醇的過程均屬于厭氧發酵過程，若采用氣體壓力脈動的方式強化物料基質內部的傳質傳熱過程，需要嚴格控制氧氣進入反應器，不利于生產操作。 本發明基于微生物在差異性外源周期作用力下可以誘導合成特異性蛋白，從而提高發酵產量的實驗結果,設計了新型甜高粱固體厭氧發酵反應器。該設備通過豎排彈簧鋼管伸縮運動來實現甜高粱桿固態物料均勻攪拌，強化了固體物料在反應器內的傳質傳熱過程；彈簧鋼管的運動周期和強度可根據微生物生長情況進行調整，實現了對機械攪動的有效控制。該設備為甜高梁固態發酵規模化應用提供了平臺。
發明內容
本發明的目的是提供一種適用于甜高梁桿固態厭氧發酵乙醇丁醇的反應器，增加固態物料在發酵過程中的傳質傳熱,調控微生物的生長代謝，從而提高甜高梁桿固體發酵乙醇丁醇的效率。
本發明的技術方案本發明的基本構造如附
圖1 : 反應器主體結構為罐體l，反應器中的物料從進料口 2進入，發酵結束后從出料口3排出，反應器內部的彈簧鋼管4與曲軸連桿6相連接，并由反應器外部電機5帶動曲軸連桿6旋轉對彈簧鋼管4做平行于罐體1的上下伸縮運動，彈簧鋼管4的伸縮頻率和距離由曲軸連桿6控制，曲軸連桿6的轉動頻率由電機5控制，反應器的控溫由反應器外部夾套7實現。 本發明具有以下特點和優勢 1.反應器內部采用多個豎排彈簧鋼管伸縮運動，物料在此過程中受到擠壓和釋放，實現了物料的充分攪動，強化了物料的傳質傳熱； 2.反應器中的彈簧鋼管的運動周期和強度可根據微生物實際生長情況進行調整，實現了對機械攪動的有效控制，提高了發酵效率。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明做進一步說明。[圖]實施例1 將新收獲的甜高梁桿切成1-2cm塊狀(其中甜高梁桿的含水量為70 80% )滅菌后接入15% (m/m)活化的酵母種子液，0.2% (m/m)硫酸銨和0.2% (m/m)的硫酸轉，攪拌均勻后通過進料口 2投入到反應器1中，反應器體積為5m 裝料系數為0.6。裝料前調節加熱套中7中的水溫為35。C，進料時打開電機5使曲軸連桿6帶動彈簧4伸縮運動，避免物料堆積壓實。發酵反應進程為36h。發酵前6h，調節彈簧4的運動周期為6()min/次；發酵6 18h，調節彈簧4的運動周期為20min/次；發酵18 24h,調節彈簧4的運動周期為30min/'次；發酵24 26h，調節彈簧4的運動周期為60min/次。發酵結束后，物料從出料口 3排出。測定發酵料中的乙醇得率為10 12g/100g干料。
實施例2 將新收獲的甜高梁桿切成卜2cm塊狀(其中甜高粱桿的含水量為70 80% )，滅菌后接入15% (m/m)C. acetobutylicum禾中子液(C. acetobutylicum的種子液由6%的玉米醪組成)，加入O. 2% (m/m)硫酸銨，O. 1% (m/m)的酵母提取物，O. 15% (m/m)的硫酸二氫鉀和().()5% (m/m)的磷酸氫二鉀，攪拌均勻后通過進料口 2投入到反應器1中，反應器體積為5m3,裝料系數為0. 6。裝料前調節加熱套中7中的水溫為37"C，進料時打開電機5使曲軸連桿6帶動彈簧4伸縮運動，避免物料堆積壓實。發酵反應進程為72h。發酵前6h，調節彈簧4的運動周期為60min/次；發酵6 24h，調節彈簧4的運動周期為20min/'次；發酵24 56h，調節彈簧4的運動周期為3()niin/次；發酵56 72h，調節彈簧的運動周期為120min/次。發酵結束后，物料從出料口 3排出。測定發酵料中的丁醇得率為4 8gZl00g千料。
權利要求
一種適用于甜高粱桿固態厭氧發酵乙醇丁醇的反應器，其特征在于反應器內部安裝的豎排彈簧鋼管在曲軸連桿的帶動下作周期性伸縮運動。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的彈簧鋼管4的直徑與反應器罐體1的直徑的比例為i : io i : 200。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的曲軸連桿6由電機5帶動下做周期性運動，其運動周期為10 200min。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的彈簧鋼管4在曲軸連桿6的電動下做上下伸縮運動，其運動距離與反應器高度的比例為1 : 1 1 : 20。
5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的反應器外壁有夾套7用于控制反應器溫度。
6. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的反應器適用于以甜高粱桿為原料厭氧發酵乙醇、丁醇。
全文摘要
本發明公開了一種適用于甜高粱桿固態厭氧發酵乙醇丁醇的反應器，其結構特征為反應器內部安裝的豎排彈簧鋼管在曲軸連桿的帶動下作周期性伸縮運動，曲軸連桿的轉動頻率由反應器外部的電機控制。本反應器利用彈簧伸縮運動對反應器內固體物料進行擠壓釋放，增加物料的攪動作用，從而強化了物料在發酵過程的傳質傳熱，提高了固態發酵的效率。本反應器為甜高粱桿固態發酵規模化應用提供了平臺。
文檔編號C12M1/36GK101768539SQ201010113599
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月24日 優先權日2010年2月24日
發明者王嵐, 陳洪章 申請人:中國科學院過程工程研究所