本实用新型专利技术公开了一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，包括透明菌体培养罐、培养基雾化反应罐体系统、雾化自动控制系统、合成气气控系统和醪液回收管路系统；本实用新型专利技术将固定化发酵菌体放置于网孔培养层上，再将网孔培养层放置于菌体培养罐内，在菌体培养罐进行发酵反应；同时，利用培养基雾化反应罐体系统向菌体培养罐内喷洒培养基，为菌体提供营养液，再利用雾化自动控制系统提高自动化控制，进行自动化营养液的按需喷洒，达到省时省力的效果；再通过合成气气控系统向菌体培养罐内充配合成气，提供厌氧发酵菌所需的碳源与能源组分，另外并可以将雾化后凝聚的液体通过醪液回收管路系统回收再利用，减少资源浪费。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及能源生产
，尤其涉及一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的 雾化生物反应器。 -种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器
技术介绍
能源是现代社会生存和发展的重要物质基础，人类社会发展至今，能源已经成为 当今国际政治、经济、军事、外交等关注的焦点。当前，能源问题和环境问题日益凸显，世界 工业化发展加速和全球人口快速增长，这一切都加快了能源的使用和消耗。有专家统计上 世纪以石油和煤炭为主要能源的消耗速率增长了 17倍，石油与煤炭的开采与消耗加大了 资源与能源匮乏的程度，预计50年内世界储备的石油将被耗竭，而到2050年世界人口有望 突破90亿，这都使得能源需求压力越来越大。同时化石燃料的使用已造成了显著的环境问 题，这就使得人们迫切寻求一种环境友好且可持续的再生能源和技术。 合成气发酵已被全世界认为是一种极具潜力和竞争力的发酵生产技术，该技 术能够利用一鱼故軍/傲生Λ^]桃C.carboxidivoransP7、ClostridiumstrainP11、 Clostridium,ljungdahlii私C.autoethanogenum等认令斑綠一碳源和能源进行生长 并发酵制取乙醇或丁醇。乙醇是目前世界较为公认的清洁可再生的生物替换燃料，这是因 为生物乙醇具有如下优点：含氧燃料，燃烧值高；成分不含有氮和硫元素，燃烧形成C02和 H20,清洁无污染；乙醇常温状态下为液体，易于储存和运输。另外，丁醇似乎发现较乙醇更 好的生物燃料，国外许多学者研究证明丁醇具有更高的燃烧值，产生更大的能量，其中较乙 醇相比丁醇在储存和运输过程中腐蚀性更小。目前，合成气生物发酵产业已开始形成，其中 美国Coskata公司拥有一个年产5000万?1亿加仑乙醇的生产线，已于2009年10月投产。 另外，合成气气化技术现在发展相对较为成熟，合成气气化技术的应用原料较为广泛，主要 包括木屑、城镇垃圾、畜禽粪便、废旧轮胎、林业废弃物、农业废弃物和工业生产废气（如钢 厂锅炉废气等)等。全球每年新产生的生物质资源量可达1. 7X10nt，相当于8. 5X101(lt标 煤或者6.OXKTt石油当量。大力开发利用生物质能对于缓解能源危机可以起到非常重要 的作用。生物质气化合成燃料是利用生物质能的一种有效途径。利于有效解决上述各个问 题。 然而，目前合成气厌氧发酵生产乙醇或丁醇的规模离真正实现工业化还有很大 的差距，究其原因主要有三点，一是气液传质效率低，这是因为合成气的组分主要含有C0、 C02、H2、N2等，该气体均属于液体微溶性气体；二是未能实现菌体高密度发酵生产；三是合 成气组分对酶具有抑制作用，研究结果显示合成气组分中的C0对氢化酶具有抑制作用，不 利于菌体是生长和产乙醇或丁醇。另外，有报道指出在应用与其他领域中的雾化反应器往 往存在不同程度的雾化营养液随气体排出而逃液的问题，这在一定程度上不仅降低了营养 液的浓度而且增加了发酵过程中染菌的几率。同时，无论是国内还是在国外合成气发酵反 应器设备的操作流程的自动化程度较低，进而导致对能量的输入要求和劳动力的需求较 大。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器， 能够提高气液固传质速率，利于实现菌体高密度培养发酵，减低产物抑制，提高产物产率； 菌体固定化，易于分离回收，可重复利用，利于下游产物分离；同时，采用自动调控的间歇喷 雾作业在很大程度上达到了节能和节省劳动力的目的。 本技术采用的技术方案为： -种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，包括透明菌体培养罐、培养 基雾化反应罐体系统、雾化自动控制系统、合成气气控系统和醪液回收管路系统，菌体培养 罐顶部设置一个封口法兰，封口法兰上端面配合连接有一个固定法兰，菌体培养罐内壁上 设有支架，支架上架设有多个圆盘式网孔培养层，网孔培养层上均匀分布有固定化发酵菌 体，网孔培养层中心设有中心孔，菌体培养罐外壁圆周上设有控温层；所述的培养基雾化反 应罐体系统包括培养基储罐，培养基储罐的出口通过输送管及培养基输送泵连接雾化装置 的液体进口，雾化装置的液体出口通过两路输送管分别连接雾化喷头，雾化喷头设于菌体 培养罐内顶部、底部各一个；所述的雾化自动控制系统包括操控器，操控器的信号输出端连 接光电浊度仪，光电浊度仪的信号输出端经过光电信号转换器连接电磁阀，电磁阀通过时 间继电器连接雾化装置，光电浊度仪对称设于菌体培养罐外表面上部；所述的合成气气控 系统包括合成气储罐，合成气储罐的出气口通过输送管依次连接气体调节阀、气体流量计、 滤膜过滤器和柱体气体分布器，柱体气体分布器坚直设于菌体培养罐内，并穿设于网孔培 养层中心孔；所述的醪液回收管路系统包括储液槽，储液槽的进口通过输送管连接醪液输 送泵，醪液输送泵连接菌体培养罐底部设有的出液口。 所述的菌体培养罐底部还设有放空阀，菌体培养罐顶部的固定法兰上设有雾化喷 头连接口、压力计插孔、气液凝聚器连接口和测温计插孔，并配合安装有顶部雾化喷头、压 力计、气液凝聚器、测温计，气液凝聚器上设有止回阀和空气过滤器的耦合装置。 所述的封口法兰和固定法兰上均设有四个螺孔，并配合螺栓固定。 所述的培养基雾化反应罐体系统还包括液体过滤器，设于输送泵和雾化装置之 间。 所述的菌体培养罐耐温大于等于121°c，耐压大于等于2个大气压强，菌体培养罐 的高径比范围为1 / 3?1 / 2,底部为锥形结构。 所述的支架呈环状，支架的外沿与菌体培养罐内壁固定。 所述的网孔培养层的外圆圆周垂直设有支撑筒，支撑筒呈两端开口状，支撑筒的 外直径与网孔培养层的外沿并齐，网孔培养层的中心孔直径为菌体培养罐内径的3 / 4,网 孔培养层的网孔直径范围为?1--，支撑筒筒高范围为5mm?7cm。 所述的柱体气体分布器呈柱体状，外径小于网孔培养层的中心孔直径，柱体气体 分布器上均勻分布有气孔，气孔孔径范围为0. 5mm?1. 0_。 所述的滤膜过滤器和止回阀与空气过滤器耦合装置中的空气过滤器的孔径均为 0. 2//?。 本技术将固定化发酵菌体放置于网孔培养层上，再将网孔培养层放置于菌体 培养罐内，在菌体培养罐进行发酵反应；同时，利用培养基雾化反应罐体系统向菌体培养罐 内喷洒培养基，为菌体提供营养液，再利用雾化自动控制系统提高自动化控制，进行自动化 营养液的按需喷洒；再通过合成气气控系统向菌体培养罐内充配合成气，并可以将雾化后 凝聚的液体通过醪液回收管路系统回收再利用，减少资源浪费。 本技术具有如下优点：能够提高气液固传质速率，加强雾化营养液的分布，利 于实现菌体高密度培养生长与发酵，减低产物抑制，提高产物产率，同时采用自动调控的间 歇喷雾作业在很大程度上达到了节能和节省劳动力的目的；另外，菌体固定化，易于分离回 收，可重复利用，利于下游产物分离；而且利用本技术还能够克服雾化营养液逃逸及其 染菌问题。 【附图说明】 图1为本技术的结构示意图； 图2为本技术的固定法兰俯视结构示意图； 图3为本技术的网孔培养层结构示意图。 【具体实施方式】 如图1、图2和图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，其特征在于：包括透明菌体培养罐、培养基雾化反应罐体系统、雾化自动控制系统、合成气气控系统和醪液回收管路系统，菌体培养罐顶部设置一个封口法兰，封口法兰上端面配合连接有一个固定法兰，菌体培养罐内壁上设有支架，支架上架设有多个圆盘式网孔培养层，网孔培养层上均匀分布有固定化发酵菌体，网孔培养层中心设有中心孔，菌体培养罐外壁圆周上设有控温层；所述的培养基雾化反应罐体系统包括培养基储罐，培养基储罐的出口通过输送管及培养基输送泵连接雾化装置的液体进口，雾化装置的液体出口通过两路输送管分别连接雾化喷头，雾化喷头设于菌体培养罐内顶部、底部各一个；所述的雾化自动控制系统包括操控器，操控器的信号输出端连接光电浊度仪，光电浊度仪的信号输出端经过光电信号转换器连接电磁阀，电磁阀通过时间继电器连接雾化装置，光电浊度仪对称设于菌体培养罐外表面上部；所述的合成气气控系统包括合成气储罐，合成气储罐的出气口通过输送管依次连接气体调节阀、气体流量计、滤膜过滤器和柱体气体分布器，柱体气体分布器竖直设于菌体培养罐内，并穿设于网孔培养层中心孔；所述的醪液回收管路系统包括储液槽，储液槽的进口通过输送管连接醪液输送泵，醪液输送泵连接菌体培养罐底部设有的出液口。...
【技术特征摘要】
1. 一种基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，其特征在于：包括透明菌体培 养罐、培养基雾化反应罐体系统、雾化自动控制系统、合成气气控系统和醪液回收管路系 统，菌体培养罐顶部设置一个封口法兰，封口法兰上端面配合连接有一个固定法兰，菌体培 养罐内壁上设有支架，支架上架设有多个圆盘式网孔培养层，网孔培养层上均匀分布有固 定化发酵菌体，网孔培养层中心设有中心孔，菌体培养罐外壁圆周上设有控温层；所述的培 养基雾化反应罐体系统包括培养基储罐，培养基储罐的出口通过输送管及培养基输送泵连 接雾化装置的液体进口，雾化装置的液体出口通过两路输送管分别连接雾化喷头，雾化喷 头设于菌体培养罐内顶部、底部各一个；所述的雾化自动控制系统包括操控器，操控器的信 号输出端连接光电浊度仪，光电浊度仪的信号输出端经过光电信号转换器连接电磁阀，电 磁阀通过时间继电器连接雾化装置，光电浊度仪对称设于菌体培养罐外表面上部；所述的 合成气气控系统包括合成气储罐，合成气储罐的出气口通过输送管依次连接气体调节阀、 气体流量计、滤膜过滤器和柱体气体分布器，柱体气体分布器坚直设于菌体培养罐内，并穿 设于网孔培养层中心孔；所述的醪液回收管路系统包括储液槽，储液槽的进口通过输送管 连接醪液输送泵，醪液输送泵连接菌体培养罐底部设有的出液口。2. 根据权利要求1所述的基于合成气发酵乙醇或丁醇的雾化生物反应器，其特征在 于：所述的菌体培养罐底部还设有放空阀，菌体培养罐顶部的固定法兰上设有雾化喷头连 接口、压力计插孔、气液凝聚器连接口和测温计插孔，并配合安装有顶部雾化喷头、压力计、 气液凝聚器、测温计...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋安东，张炎达，谢慧，王风芹，杨森，任天宝，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：新型
国别省市：河南;41
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