用于高浓度纤维素原料的酶解反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于高浓度纤维素原料的酶解反应器，包括：罐盖、具有夹层的罐体、调速电机、通水接头、置于罐体内的内置搅拌挡板、循环水泵、自动控温电热水器，其中，罐盖通过螺栓与罐体密封链接，循环水泵将自动控温电热水器内的控温热水通过通水接头泵入罐体夹层，罐体由调速电机带动旋转。本实用新型专利技术能避免混料过程中的酶失活，结构简单、能耗较小，能在较高的底物浓度条件下实现纤维素原料的高效酶水解，而且具有可任意工业化放大的特点。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种酶解反应器，特别是涉及一种用于高浓度纤维素原料的酶解反应器。
技术介绍
全球化石资源日益紧张，我国对燃料需求不断增加以及温室气体减排压力日益增大，已迫使人们开发可再生能源。天然纤维素原料是地球上最丰富的可再生资源，其中绝大部分都未加以利用。我国的纤维素原料也很丰富，仅农业林业生产剩余物每年就高达10亿吨以上，因此，将其通过生物化学方法转化成乙醇、丁醇等液体燃料和化工产品具有广阔的前景。为了提高液体燃料生产工艺的经济性，国际上广泛采用酶解过程中提高底物浓度的方法。通过提高酶解过程中纤维素原料的底物浓度，水解后的糖浓度和发酵后的产物浓度都会有较大提升。因为高底物浓度的纤维素酶水解，不仅可以提高纤维素酶和设备的利用率，同时可以降低设备规模，降低产物浓缩时的能量消耗，所以该工艺对控制资本输出和生产成本有重大影响。但是如果纤维素酶水解时的初始干物质含量高于15%，整个反应体系基本以湿的固体物料形态存在，稠度极高，这时物料搅拌变得非常困难，出现严重的传质和传热问题，大大降低了酶解反应速率，不利于酶解反应进行，而加快酶解速率、提高酶解率又特别重要。要加快酶反应速率、强化反应过程，通过分批补料酶解工艺是解决这一难题的一方面，另一方面，由于酶解过程具有周期长、酶耗高、酶分子在酶反应器中容易因搅拌而发生剪切失活等原因，反应器的选择和设计也是关键因素，因此提高酶解初始底物浓度的做法对酶解反应器的设计提出了新的要求，新式酶解反应器必须在较低的功率消耗下提高原料的混合效率，使纤维素酶与底物充分的接触并进行催化水解反应。其中，酶解反应器的类型很多，如根据几何形状和结构，可分为罐型、管型、膜或片型；按进料和出料的方式，可分为分批式、半分批式与连续反应器；按其功能结构，可分为膜反应器、液-固反应器及气-液-固三相反应器。对于高粘度液体，由于粘滞力的影响，搅拌过程中只在搅拌桨叶附近出现层流，离桨叶远的区域高粘度液体是静止的，会在槽内形成死区，这样就很难使液体在全槽内循环流动，对分散、传热、混合、反应等各种搅拌过程是很不利的。所以高粘度液体搅拌的首要问题就是解决液体的流动与循环，因此，不能单靠增加搅拌器的转速来增大液体的循环流量，因为高粘度液体搅拌排出流量很少，转速过高会在高粘度液体中形成沟流，而周围液体仍为死区，通常解决方法就是设法使桨叶推动更大范围的液体，增大搅拌范围，因此，针对高粘度液体常见搅拌器设计形式有锚式、框式、螺带式，螺杆式等结构，但这样会使得设备运行能耗较高。因而，根据纤维素原料酶解动力学及其流体力学特性等，需重新研究、设计出适合于高浓度纤维素原料的低能耗酶解反应器。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种用于高浓度纤维素原料的酶解反应器。该酶解反应器结构简单、能耗低，且能适用于高浓度纤维素原料的酶解反应。为解决上述技术问题，本技术的用于高浓度纤维素原料的酶解反应器，包括罐盖、具有夹层的罐体、调速电机、通水接头、置于罐体内的内置搅拌挡板、循环水泵、自动控温电热水器，其中，罐盖通过螺栓与罐体密封连接，循环水泵将自动控温电热水器内的控温热水通过通水接头泵入罐体夹层,罐体由调速电机带动旋转,实现罐体内物料的搅拌混合及保温。所述酶解反应器，还包括支架，用于支撑调速电机和罐体。该支架上还可设有调节罐体倾斜角度的旋转支点(如可位于罐体与调速电机的连接中点处的相对应支架上)，便于装料、卸料及搅拌。所述罐盖设有温度表和放气阀门。*所述罐体夹层内衬有循环水管。所述内置搅拌挡板，由两根以上挡板通过环形铁圈焊接构成，固定于罐体内壁或能由罐体旋转带动。本技术的酶解反应器，可用于底物浓度为30%以上的高浓度纤维素原料的酶解反应过程，其中，该纤维素原料的种类包括各种预处理后的秸杆、草类、或者木质原料等。本技术的酶解反应器，其有益效果如下I)在纤维素原料酶解过程中，本技术可以很好的实现动量传递、热量传递和质量传递，促进化学反应过程的进行，即化工生产过程中的“三传一反”;2)本技术酶解过程中，剪切力小，可以同时适用于固定化酶和游离酶对纤维素原料的水解过程，避免了混料过程中的由于设备的强大剪切力造成的酶失活；3)本技术的罐体在电机带动下，通过旋转实现内部物料的搅拌，混料反应过程中，设备能耗较小；4)本技术的内部搅拌纤维素原料可以为流体或者湿态，在较高的底物浓度条件下，也能实现内部物料的混合水解发酵，即能在较高的底物浓度条件下实现纤维素原料的高效酶水解；5)本技术可适用于微生物的同步酶解发酵过程；6)本技术结构简单，不仅易于操作，而且具有可以任意工业化放大的特点。以下结合附图与具体实施方式对本技术作进一步详细的说明图I是本技术的结构示意图；图2是本技术中的可固定内置搅拌挡板(三挡板)结构示意图；图3是罐体与通水接头以及调速电机的连接俯视示意图；图4是本技术的使用状态示意图，其中A为罐体装料，B为运行，C为卸料。图中附图标记说明如下I为罐盖11为温度表12为放气阀门2为罐体3为调速电机4为通水接头5为内置搅拌挡板6为循环水泵7为自动控温电热水器8为软水管9为支架10为旋转支点13为环形铁圈14为挡板15为内置搅拌挡板的螺栓16为传动带具体实施方式本技术的用于高浓度(30%以上)纤维素原料的酶解反应器，如附图说明图1-3所示，包括罐盖I、具有夹层的罐体2、调速电机3、通水接头4、置于罐体2内的内置搅拌挡板5、循环水泵6、自动控温电热水器7，其中，罐盖I设有温度表11和放气阀门12，便于控制罐体2内的温度和压力；罐体2夹层内衬有循环水管；内置搅拌挡板5，由两根以上挡板14通过 环形铁圈13焊接构成(如图2所示)，可用螺栓15固定于罐体2内壁，也可以不用螺栓15固定，由罐体2旋转带动内置搅拌挡板5，在罐体2内做旋转运动。上述罐盖I通过螺栓与罐体2密封链接，循环水泵6通过软水管8将自动控温电热水器7内的控温热水，通过通水接头4泵入罐体2夹层，罐体2通过传动带16由调速电机3带动旋转,实现罐体2内物料的搅拌混合及保温。上述酶解反应器，还可包括用于支撑调速电机3和罐体2的支架9。另外，支架9上还可有一旋转支点10 (可在罐体2与调速电机3的连接中点处的相对应支架上)。在罐内进行装料与卸料时如图4，可以通过旋转支点10，调节罐体2的仰角与俯角，以便于操作，或者通过旋转支点10，能进行原料在酶水解过程中的混料搅拌。利用上述酶解反应器，进行纤维素原料的酶解反应，举例说明如下实施例I本实施例的酶解反应器中，内置搅拌挡板5的挡板14，采用的挡板数为2。按照60%罐容积填装量，加入蒸爆预处理后的玉米秸杆，市售纤维素酶添加量为20FPU/g纤维素，酶解过程通过补料法使得最终底物浓度达到35%。通过设定自动控温电热水器7控制酶解过程中罐体2温度50°C，调速电机3转速50r/min。酶解80h，秸杆原料水解液最终总糖浓度可以达到135g/L。由此可知，该酶解反应器能够在底物浓度达到35%的高底物浓度条件下，较好的实现纤维素原料的酶解。实施例2本实施例的酶解反应器中，内置搅拌挡板5的挡板14，采用的挡板数为3 (如图2所示)。按照60 %罐容积填装量，加入稀酸高温预处理后的稻草，市售纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高浓度纤维素原料的酶解反应器，其特征在于包括罐盖、具有夹层的罐体、调速电机、通水接头、置于罐体内的内置搅拌挡板、循环水泵、自动控温电热水器，其中，罐盖通过螺栓与罐体密封连接，循环水泵将自动控温电热水器内的控温热水通过通水接头泵入罐体夹层，罐体由调速电机带动旋转。2.如权利要求I所述的酶解反应器，其特征在于所述酶解反应器，还包括用于支撑调速电机和罐体的支...

【专利技术属性】
技术研发人员：林增祥，史吉平，刘莉，何平，姜标，
申请(专利权)人：上海中科高等研究院，
类型：实用新型
国别省市：