專利名稱：移動床生化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生化反應(yīng)中的反應(yīng)器，如水解罐、酶解罐、活化罐、發(fā)酵罐等。
背景技術(shù)：
生化技術(shù)是一項既古老而又近代的技術(shù)，古老的釀酒工藝已有數(shù)千年歷史，應(yīng)用仿生學(xué)方法，將農(nóng)作物秸稈等廢棄物酶解成為營養(yǎng)物，則是當(dāng)今世界最前沿的科學(xué)技術(shù)。
生化反應(yīng)器是進(jìn)行生化反應(yīng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的任務(wù)是保證在最佳條件下(溫度、壓力、濃度，PH值等)進(jìn)行和完成生物化學(xué)反應(yīng)。由于進(jìn)行生化反應(yīng)的原料、目標(biāo)產(chǎn)品、生物催化劑(酶和酵母等)千差萬別，最佳生化條件也各不相同，因此，高效生化反應(yīng)器在設(shè)計和制造時，必需充分了解并滿足這些個性化的特質(zhì)和要求。
為提高生化反應(yīng)器的容積效率，縮短生化反應(yīng)時間，提高效率，降低操作成本，為此，要盡可能地提高生物催化劑和原料混合的均勻性，根椐生物催化劑對環(huán)境的適應(yīng)性，合理地提出對反應(yīng)條件控制指標(biāo)的上下限。
混合的均勻性對于原料為固態(tài)散物料，非均相生化反應(yīng)(例如用秸稈纖維生產(chǎn)乙醇)尤為重要。
古典的釀酒和制造豆瓣醬的原料是固態(tài)散物料，是靠人工翻混加入生物催化劑。近代傳統(tǒng)的固態(tài)散物料的混合設(shè)備有旋轉(zhuǎn)筒式混合器，螺帶式混合器和螺旋式混合器。它們都不適用于生產(chǎn)規(guī)模較大，在生化反應(yīng)進(jìn)行過程中，又要求物料仍不停攪拌的工況中。為此出現(xiàn)了氣浮式生化罐。其特點是隨著生化反應(yīng)的進(jìn)行，往固態(tài)散物料中鼓入壓縮空氣，使散物料處于浮動狀態(tài)。
利用秸稈纖維生產(chǎn)乙醇的工藝中，第一步是將秸稈纖維酶解成醣，而后再將醣發(fā)酵為乙醇。隨著酶解的發(fā)展，物料的狀態(tài)由固態(tài)散物料逐步變?yōu)橐簯B(tài)，即不斷“稀化”。氣浮式生化罐也難于適應(yīng)于這類“稀化”的工況。試驗表明，帶立式螺帶攪拌的固定床反應(yīng)罐的效果也不理想?？梢哉f迄今為止，人們尚沒有找到一種能適用于這類特殊工況的生化反應(yīng)器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于尋找能滿足這類工藝的高效生化反應(yīng)器。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在生化反應(yīng)進(jìn)行過程中，設(shè)法使料層不斷移動，故稱為“移動床生化反應(yīng)器”。這種生化反應(yīng)器是由罐體、分配器、催化劑霧化裝置、物料循環(huán)裝置、加熱(冷卻)裝置、(防架橋裝置、人孔、手孔、撿查孔、儀表傳感器等)(括號中所述裝置，都是常規(guī)的通用輔助裝置，故在下面的文字?jǐn)⑹龊透綀D中均予以省略)等所組成。其特征在于混合催化劑以及進(jìn)行生化反應(yīng)時，料層是移動的，液態(tài)催化劑可以經(jīng)過霧化直接噴加到固體散物料中，亦可采用梯級混合的辦法，使與反應(yīng)物料能混合均勻。生化反應(yīng)器的首選結(jié)構(gòu)是豎筒形，也可采用水平多層結(jié)構(gòu)，使物料移動的機(jī)構(gòu)有攪龍、螺旋給料機(jī)、螺帶機(jī)和振動。當(dāng)物料“稀化”到一定程度后，可采用攪拌漿葉或泵進(jìn)行循環(huán)，以加速生化反應(yīng)。反應(yīng)器有單個間隙式和多臺串聯(lián)連續(xù)兩種操作方式。前者是基礎(chǔ)型，后者為脈生型。
本發(fā)明的有益效果是，可顯著提高物料和催化劑混合的均勻性，縮短反應(yīng)時間，提高容積效率，有可能在一個反應(yīng)器內(nèi)完成酶解和發(fā)酵的交叉、相繼的兩個生化反應(yīng)，提高酶解物料的固含量，增加發(fā)酵產(chǎn)物中乙醇含量，減少后工序蒸餾裝置的能耗。


下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
圖1是豎筒式間隙操作移動床生化反應(yīng)器，采用攪龍使物料循環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是豎筒式間隙操作移動床生化反應(yīng)器，采用螺桿給料機(jī)使物料循環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是豎筒式多臺串聯(lián)連續(xù)操作移動床生化反應(yīng)器，采用攪龍使物料循環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是水平式多臺串聯(lián)連續(xù)操作移動床生化反應(yīng)器，采用螺帶式攪拌或攪龍使物料循環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1提升攪龍，2噴霧器，3布料器，4料面，5生化反應(yīng)器，6水平攪龍，7水夾套，8螺桿給料機(jī)，9升料管，10循環(huán)泵，11漿葉，12給料機(jī)，13螺帶式攪拌或攪龍，14物料換向器，15連續(xù)混料器，16精密混料器。
具體實施例方式
實施例1豎筒式間隙操作移動床生化反應(yīng)器，采用攪龍使物料循環(huán)。
參見圖1，開始投料時，物料換向器14處于循環(huán)位置(如圖1實線所示)，將原料均勻下卸，同時用噴霧器2按比例均勻噴向物料，經(jīng)布料器3均勻填裝于生化反應(yīng)器5中，至料面4達(dá)到指定高度為止。啟動水平攪龍6和提升攪龍1使物料循環(huán)移動，為加熱(或冷卻)物料，以控制生化反應(yīng)的溫度，設(shè)置有水夾套7，必要時，攪龍的軸也可設(shè)計成中空套管，內(nèi)部通冷(熱)水，此外，如有需要，生化反應(yīng)器亦可加設(shè)水夾套或蛇形盤管，以確保反應(yīng)溫度控制在工藝要求的范圍內(nèi)。物料在移動過程中，同時進(jìn)行均勻化和生化反應(yīng)，達(dá)到工藝要求的停留(反應(yīng))時間后，如中間產(chǎn)物仍為固態(tài)散物料，根椐工藝要求，可以上排，此時，物料換向器14應(yīng)處于外排位置(如圖中虛線所示)，亦可以只啟動水平攪龍6外排。如中間產(chǎn)品已“稀化”，則可采用底部直接外排，或用泵抽吸外排。應(yīng)根椐實際情況選擇。
如果，中間產(chǎn)品會“稀化”，又希望后繼生化反應(yīng)仍在同一個生化反應(yīng)器中進(jìn)行，例如，在纖維素制乙醇工藝中，先酶解后發(fā)酵的兩個生化反應(yīng)，依次、交叉在一個反應(yīng)器中進(jìn)行，可以予先固定安裝攪拌漿葉，如圖1中虛線所示。亦可待“稀化”后再插入活動攪拌漿葉。
前已述及，根據(jù)需要，反應(yīng)器可輔助設(shè)置如防架橋裝置、人孔、手孔、撿查孔、儀表傳感器等。這些都是常用輔件，無需贅述。
實施例2豎筒式間隙操作移動床生化反應(yīng)器，采用螺桿給料機(jī)使物料循環(huán)。
參見圖2，其物料循環(huán)和實施例1相似，故操作程序無需贅述。不同之處有兩點，其一是用螺桿給料機(jī)8代替水平和提升攪龍6和1，其二是采用梯級混合的辦法，使物料與催化劑混合均勻。梯級混合法更適用于粉狀催化劑。
梯級混合法是將原料分為兩部份，一小部份先和催化劑在精密混料器16中混合，經(jīng)計量給料機(jī)(圖中未示)與另一大部份原料(亦經(jīng)計量給料機(jī)-圖中也未示)，共同經(jīng)連續(xù)混料器15進(jìn)一步混合。
實施例3豎筒式多臺串聯(lián)連續(xù)操作移動床生化反應(yīng)器，采用攪龍使物料循環(huán)。
參見圖3，為間隙式的脈生型，它是將多臺移動床生化反應(yīng)器串聯(lián)而成，作為代表，圖中給出5臺串聯(lián)。物料在前面的反應(yīng)器逐步“稀化”，待達(dá)到“稀化”臨界點后，可采用漿葉或泵進(jìn)行循環(huán)。物料在每臺反應(yīng)器的停留時間和條件，應(yīng)根據(jù)具體情況，科學(xué)地選擇。
實施例4水平式多臺串聯(lián)連續(xù)操作移動床生化反應(yīng)器，采用螺帶式攪拌或攪龍使物料循環(huán)。
參見圖4，原料經(jīng)給料機(jī)12，均勻連續(xù)加入料斗中，在這里與霧化的生化催化劑初步混合，由上而下水平依次經(jīng)過螺帶攪拌機(jī)13，在其中靠差速螺帶或攪龍使物料移動，當(dāng)反應(yīng)未到終點，物料換向器14處于循環(huán)位置(如圖中實線所示)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)到終點時，物料換向器14處于外排位置(如圖中虛線所示)。
亦可采用振動床使物料移動，這時，需將每層層床按物料流向，向下有一個適當(dāng)?shù)母┮暯羌纯伞?br> 權(quán)利要求
1.一種移動床生化反應(yīng)器，是由罐體、分配器、催化劑霧化裝置、物料循環(huán)裝置、加熱(冷卻)裝置、和其它輔助裝置所組成。其特征在于混合催化劑以及進(jìn)行生化反應(yīng)時，料層是移動的。
2.一種如權(quán)利要求1所述的移動床生化反應(yīng)器，其特征在于液態(tài)催化劑是經(jīng)過霧化加入的，亦可采用梯級混合法使催化劑與物料均勻。
3.一種如權(quán)利要求1所述的移動床生化反應(yīng)器，其特征在于生化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有豎筒形和水平形兩種。
4.一種如權(quán)利要求1所述的移動床生化反應(yīng)器，其特征在于使物料移動的機(jī)構(gòu)有攪龍、螺旋給料機(jī)、螺帶機(jī)和振動。
5.一種如權(quán)利要求1所述的移動床生化反應(yīng)器，其特征在于當(dāng)反應(yīng)物料“稀化”后，可采用漿葉或泵進(jìn)行攪拌。
6.一種如權(quán)利要求1所述的移動床生化反應(yīng)器，其特征在于反應(yīng)器有單個間隙式和多臺串聯(lián)連續(xù)兩種生產(chǎn)方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生化反應(yīng)器，如水解罐、酶解罐、活化罐、發(fā)酵罐等。生化反應(yīng)器是進(jìn)行生化反應(yīng)的最關(guān)鍵設(shè)備，它的任務(wù)是保證在最佳條件下進(jìn)行和完成生物化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明的目的，在于尋找一種高效生化反應(yīng)器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在生化反應(yīng)進(jìn)行過程中，設(shè)法使料層不斷移動。這種生化反應(yīng)器是由罐體、分配器、催化劑霧化裝置、物料循環(huán)裝置、加熱(冷卻)裝置和其它輔助裝置所組成。其特征在于混合催化劑以及進(jìn)行生化反應(yīng)時，料層是移動的，液態(tài)催化劑是經(jīng)過霧化加入的，亦可采用梯級混合法使催化劑與物料均勻，生化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)有豎形和水平形，使物料移動的機(jī)構(gòu)有攪龍、螺旋給料機(jī)、螺帶機(jī)和振動。當(dāng)物料“稀化”到一定程度后，可采用攪拌漿葉或泵進(jìn)行循環(huán)，以加速生化反應(yīng)。反應(yīng)器有單個間隙式和多臺串聯(lián)連續(xù)兩種生產(chǎn)方式。本發(fā)明的有益效果是，可顯著提高物料和催化劑混合的均勻性，縮短反應(yīng)時間，提高容積效率，有可能在一個反應(yīng)器內(nèi)完成酶解和發(fā)酵的交叉、相繼的兩個生化反應(yīng)，提高酶解物料的固含量，增加發(fā)酵產(chǎn)物中乙醇含量，減少后工序蒸餾裝置的能耗。
文檔編號C12M1/00GK1908150SQ20061004133
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者吳植仁 申請人:吳植仁