有用于密封的垫片3，封口法兰4与固定法兰2之间通过螺栓33连接固定；发酵罐1顶部穿过封口法兰4设有加料口 5、进液口 7、气液凝聚器9，其中气液凝聚器9上设有具备止回阀和空气过滤器功能的耦合装置8，其中气液凝聚器9用于预防液体随气体排出，而耦合装置8中的空气过滤器也能防止染菌；发酵罐1底部设有进气口 15、取样口 11、出液口 14 ;优选设置中，发酵罐1顶部还设有测温计20和压力计6，可以实现对发酵罐体内部压力和发酵液温度的实时监测；优选设置中，发酵罐1底部还设有放空阀16，便于发酵罐1的清洗；优选设置中，发酵罐1底部外壁设有可拆卸的水平仪31，便于调整发酵罐的平整度。
[0018]所述塔板系统，包括螺旋柱24、气体通过塔板25、液体通过塔板26，气体通过塔板25和液体通过塔板26的中心处均设有通孔30，优选设置中，通孔30内设螺纹，气体通过塔板25和液体通过塔板26通过通孔30的内设螺纹间隔分布于螺旋柱24上，并且固定位置可以调节；进一步优选设置结构中，液体通过塔板26中心处通孔30由若干条(例如3条)均匀间隔分布的辐条形成通孔30，而辐条所形成的间隔可作为液体孔，加快发酵液体流动；气体通过塔板25和液体通过塔板26的直径小于发酵罐1内径；优选设置中，气体通过塔板25的直径为发酵罐内径的5/6~6/7，而液体通过塔板26直径小于发酵罐1内径0.5-1.0mm ;气体通过塔板25上均匀分布有气孔28，便于气体通过；液体通过塔板26外围设置均匀分布的气孔28，中间辐条处所形成的通孔30周围作为液体孔，一般而言，液体孔孔径明显大于气孔28孔径，气孔28孔径范围为0.1-1.0 mm，液体通过塔板26中心孔孔径(即包含有通孔30的中部所形成的最大孔孔径)为发酵罐1内径的1/7~1/6 ;优选设置中，如果气体通过塔板25和液体通过塔板26的塔板厚度较薄，例如，厚度在2~10mm，那么气体通过塔板25和液体通过塔板26则需通过螺栓固定于螺旋柱24上，螺栓与塔板之间需设塔板垫片27 ;优选设置中，发酵罐1下端内壁设有垫板29，便于底部的气体通过塔板25或液体通过塔板26放置其上，从而起到支撑作用；气体通过塔板25和液体通过塔板26在螺旋柱24上的位置及数量均可根据需要进行调节；螺旋柱24最下端的液体通过塔板26 (或气体通过塔板25)与垫板29相压接，以保证螺旋柱24竖直立于发酵罐1中部；优选设置中，螺旋柱24采用不锈钢材质制备而成。
[0019]所述合成气气控系统，包括合成气储罐23、氮气储罐22及与其分别连接的气体调节阀21 ;合成气储罐23和氮气储罐22并行连接后通过气体输送管19与发酵罐1底部进气口 15连接；优选设置中，气体输送管19上设有气体流量计18，以便监测气体流量；另一种优选设置中，气体输送管上19还设有滤膜过滤器17，可对所输送气体进行过滤除杂。
[0020]所述发酵料液循环系统，包括设于料液输送管10上的料液输送栗13，料液输送管10 一端与发酵罐1底部的出液口 14连接，另一端与发酵罐1顶部的进液口 7连接；优选设置中，料液输送管10上还设有液体流量计12，可以对料液循环速度进行实时检测。
[0021]具体参数方面，发酵罐1耐温范围为121°C ~150°C，耐压范围为2~3个大气压强，发酵罐1的高径比范围为2~10: 1。螺旋柱24长度为发酵罐1高度的5/6~6/7，优选直径为5~20 mm。气液凝聚器9上空气过滤器的滤径为0.2 Mm ;气体输送管19上滤膜过滤器17的滤径为0.2 Mm。
[0022]本发明所提供的用于提高合成气厌氧发酵过程中气液传质的塔式反应器，其基本原理是:塔式反应器作为合成气厌氧发酵的主要发酵平台，首先在无菌条件下将各部分设备组装完成，然后通入合成气，开始输入发酵液，使发酵用料液在塔式反应器内形成回流；由于发酵料液与合成气具有更大的接触面积，且发酵液流动较为充分，因而整个发酵生产过程中，发酵速度较快，发酵效果较好。
[0023]详细操作过程如下所述: 首先打开加料口 5，此时取样口 11和放空阀16关闭，通过加料口 5往发酵罐1内加入接种好的培养基质(或者加入培养基后再接种)，关闭加料口 5后，通过水平仪31调整发酵罐1，使其处于水平状态。调节完成后，打开合成气气孔系统的气体调节阀21，向发酵罐1内通入合成气和氮气的混合气，同时开启料液输送栗13，使发酵料液循环流动。发酵液循环流动过程中，塔板系统中的塔板较好地增大了发酵液与合成气的接触面，从而能够促进合成气的转化。发酵过程中，通过取样口 11取样对发酵罐1内发酵料液情况进行检测。同时通过发酵罐1顶部的压力计6、测温计20、气体输送管19上的气体流量计18和料液输送管10上的料液流量计12，随时检测发酵罐体内温度、压力等变化情况，并进行相应的调整以控制发酵反应程度。发酵结束后，依次关闭气体调节阀21和料液输送栗13后，通过放空阀16排出发酵液并对发酵罐1进行清洗、保养等操作。
[0024]总体而言，本发明通过采用多层塔板系统，增加了料液与合成气的接触面积和接触时间，通过料液循环系统，提高了合成气在发酵液中的溶解度，因而较好地提高了气一液传质系数，提高了合成气的利用率。
【主权项】
1.一种合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，该反应器包括发酵罐、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐连接； 所述发酵罐顶部设有固定法兰和封口法兰；封口法兰位于固定法兰之上，穿过封口法兰设有加料口、进液口、气液凝聚器，其中气液凝聚器上设有具备止回阀和空气过滤器功能的耦合装置；发酵罐底部设有进气口、取样口、出液口 ； 所述塔板系统，包括螺旋柱、中心处开设有通孔的气体通过塔板和液体通过塔板，气体通过塔板和液体通过塔板分别通过通孔间隔分布于螺旋柱上；气体通过塔板和液体通过塔板的直径小于发酵罐内径； 所述合成气气控系统，包括合成气储罐、氮气储罐及与其分别连接的气体调节阀；合成气储罐和氮气储罐并行连接后通过气体输送管与发酵罐底部的进气口连接； 所述发酵料液循环系统，包括设有料液输送栗的料液输送管，料液输送管的一端与发酵罐底部的出液口连接，料液输送管的另一端与发酵罐顶部的进液口连接。2.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，封口法兰与固定法兰之间设有垫片，封口法兰与固定法兰通过螺栓连接固定。3.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐罐体为透明材料制成；发酵罐顶部设有测温计和压力计。4.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐底部设有放空阀；发酵罐下部的外壁设有可拆卸的水平仪。5.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体通过塔板的直径为发酵罐内径的5/6~6/7，液体通过塔板的直径比发酵罐内径小0.5-1.0 _。6.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体通过塔板和液体通过塔板上的通孔的内壁设有螺纹，气体通过塔板和液体通过塔板与螺旋柱螺纹连接；发酵罐下端内壁设有垫板；螺旋柱采用不锈钢材质制备而成。7.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，气体输送管上设有气体流量计和滤膜过滤器，其中滤膜过滤器的滤径为0.2 Mm。8.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，料液输送管上设有液体流量计。9.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，发酵罐耐温范围为121°C ~150°C，耐压范围为2~3个大气压强，发酵罐的高径比范围为2~10: 1。10.如权利要求1所述合成气厌氧发酵用塔式反应器，其特征在于，螺旋柱长度为发酵罐高度的5/6~6/7。
【专利摘要】本发明属于生物反应器技术领域，具体涉及一种可较好提高合成气厌氧发酵过程中气液传质系数的塔式反应器。该反应器包括发酵罐、塔板系统、合成气气控系统、发酵料液循环系统；其中塔板系统设于发酵罐内部，合成气气控系统和发酵料液循环系统分别与发酵罐连接。本发明通过料液循环系统，使得微生物能够获得均匀一致的生长环境；而塔板系统为微生物与合成气的接触提供了重组的接触空间，能够更好地提高合成气的利用率；而合成气气控系统可实现对于合成气通入量的精确控制，调节反应速率，避免资源浪费。本发明具有可调节性强、适应范围广、气—液传质系数高、合成气转化效果好等优点，在生物质转化、合成利用方面具有较好的推广应用前景。
【IPC分类】C12M1/04, C12M1/34, C12M1/107
【公开号】CN105273994
【申请号】CN201510882771
【发明人】宋安东, 彭一丁, 张炎达, 谢慧, 王风芹
【申请人】河南农业大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年12月7日