纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统

摘要

本发明公开了一种纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，包括反应器、乙醇收集瓶、酵母菌液储存瓶和泵；反应器内堆积包埋颗粒，反应器内顶部设置液体分布器，反应器内底部设置气体分布器；反应器顶部设有出气口和进液口，出气口连接乙醇收集瓶；反应器的底部设有出液口和载气进气口，反应器上的出液口连接酵母菌液储存瓶，通过泵将酵母菌液抽入反应器内。本发明将包埋颗粒填充在反应器内，酵母菌液通过液体分布器均匀喷淋于填充床内的包埋颗粒的表面，使包埋颗粒的表面形成均匀的生物膜和获得均匀的湿度；载气的作用一方面是形成厌氧环境，另一方面是将乙醇和产生的部分代谢热带出反应器。

权利要求

1.纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，其特征在于：包括反应器（2）、乙醇集气瓶（5）、泵（9）和酵母菌液储存瓶（8）；所述反应器（2）内堆积包埋颗粒（1），所述包埋颗粒（1）是将纤维素酶、纤维二糖酶、木糖酶和粒径为40～80目的秸秆基质混合，由聚乙烯醇和海藻酸钠固化制成；所述反应器（2）内的顶部、且位于包埋颗粒（1）的上方设置液体分布器（3），所述反应器（2）内的底部、且位于包埋颗粒（1）的下方设置气体分布器（4）；所述反应器（2）的顶部设有出气口和进液口，出气口连接乙醇集气瓶（5），反应器（2）上的进液口与液体分布器（3）内相通；所述反应器（2）的底部设有载气进气口和出液口，载气进气口与气体分布器（4）内相通，反应器（2）上的出液口连接酵母菌液储存瓶（8），泵（9）的进液口与酵母菌液储存瓶（8）内连通，泵（9）的出液口与反应器（2）上的进液口连通；

包埋颗粒的制作方法为：称取一定量的海藻酸钠和聚乙烯醇放入加入适量水的烧杯中加热溶解，然后将其冷却到室温，加入纤维素酶、纤维二糖酶以及木糖酶混合均匀，然后用模具将其制作成为包埋颗粒，包埋颗粒粒径为2～6mm；再将包埋颗粒放入含有1%～

5%CaCl2的饱和硼酸溶液中在4～5℃冰箱中交联12～24h；然后清洗掉包埋颗粒表面的硼酸和氯化钙（CaCl2）溶液，作为备用。

2.根据权利要求1所述的纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，其特征在于：还包括气体流量计（6）和加湿器（7），所述加湿器（7）的进气口连接载气管，加湿器（7）的出气口与气体流量计（6）的进气口连通，气体流量计（6）的出气口与反应器（2）上的载气进气口连通。

说明书

纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生产乙醇的组合系统，尤其涉及一种纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统。

背景技术

[0002] 纤维素乙醇作为一种绿色可再生资源，可替代不可再生的石油资源，应用领域非常广泛，在世界石油资源短缺、原油价格不断攀升、环境压力日益严重的条件下，拥有广阔的市场前景和社会效益。但是，由于纤维素乙醇生产成本较高，乙醇产率较低，而且生产技术仍然不够成熟，所以为了提高乙醇产率，降低成本，研究高效的纤维素乙醇生产技术具有十分重要的意义。

[0003] 纤维素乙醇的发酵装置主要分为填充床反应器，托盘式反应器，转鼓式反应器，流化床反应器。托盘式反应器通风良好，散热快，但是无法搅拌，劳动强度大适用于中式和大规模实验；转鼓式反应器可以在无菌条件下进行，轻微混合，可实现自动化，但是固态基质容易结块，余热很难排出，也不宜与菌种的生长；流化床反应器索然散热良好，通气良好，但是成本很高;填充床反应器成本低，温度和气流量易于调节，但是由于反应器内部孔隙率较小，不易于气体的流通，而且产生的代谢热很难被及时排出，散热性很不好。

发明内容

[0004] 针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供了一种能够更大的提高乙醇产量的纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，包括反应器、乙醇集气瓶、泵和酵母菌液储存瓶；所述反应器内堆积包埋颗粒，所述包埋颗粒是将纤维素酶、纤维二糖酶和粒径为40～80目的秸秆由聚乙烯醇和海藻酸钠固化制成；所述反应器内的顶部、且位于包埋颗粒的上方设置液体分布器，所述反应器内的底部、且位于包埋颗粒的下方设置气体分布器；所述反应器的顶部设有出气口和进液口，出气口连接乙醇集气瓶，反应器上的进液口与液体分布器内相通；所述反应器的底部设有载气进气口和出液口，载气进气口与气体分布器内相通；反应器上的出液口连接酵母菌液储存瓶，泵的进液口与酵母菌液储存瓶内连通，泵的出液口与反应器上的进液口连通。

[0007] 作为本发明的一种优选方案，还包括气体流量计和加湿器，所述加湿器的进气口连接载气管，加湿器的出气口与气体流量计的进气口连通，气体流量计的出气口与反应器上的载气进气口连通。

[0008] 与现有技术相比，本发明的纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统具有如下优点：

[0009] 1、本发明只是由圆柱型反应器、泵、加湿器、乙醇集气瓶，酵母菌液储存瓶以及必要的阀门和管路组成，结构简单，成本较低。

[0010] 2、向填充有包埋颗粒的填充床内通入载气，因为反应器内孔隙率较大，使得载气很容易将乙醇带走也很容易将代谢热带走，所以该系统无需搅拌，通气良好，散热也良好，基质不存在结块的现象，温度和气流量都很容易调节，酵母菌也很容易在包埋颗粒表面成膜。

[0011] 3、该系统也很容易操作，只需将包埋颗粒填充入反应器，检查反应器是否漏气，然后喷淋酵母菌液，通载气即可。

附图说明

[0012] 图1为纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统的结构示意图。

[0013] 附图中： 1—包埋颗粒； 2—反应器； 3—液体分布器； 4—气体分布器； 5—乙醇集气瓶； 6—气体流量计； 7—加湿器； 8—酵母菌液储存瓶； 9—泵。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

[0015] 如图1所示，纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，包括反应器2、乙醇集气瓶5（也可采用乙醇集气罐）、泵9（本实施例中，泵采用蠕动泵）、酵母菌液储存瓶8（也可采用酵母菌液储存罐）、气体流量计6和加湿器7。反应器2内堆积包埋颗粒1，包埋颗粒1是将纤维素酶、纤维二糖酶和粒径为40～80目的秸秆由聚乙烯醇和海藻酸钠固化制成。反应器2内的顶部、且位于包埋颗粒1的上方设置液体分布器3，反应器2内的底部、且位于包埋颗粒1的下方设置气体分布器4。反应器2的顶部设有出气口和进液口，出气口连接乙醇集气瓶5，反应器2上的进液口与液体分布器3内相通。反应器2的底部设有载气进气口和出液口，加湿器7的进气口连接载气管，加湿器7的出气口与气体流量计6的进气口连通，气体流量计6的出气口与反应器2上的载气进气口连通，载气进气口与气体分布器4内相通，反应器2上的出液口连接酵母菌液储存瓶8，泵9的进液口与酵母菌液储存瓶8内连通，泵9的出液口与反应器2上的进液口连通。

[0016] 使用该纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统进行同步酶解发酵的方法如下所述的实施例一和实施例二。

[0017] 实施例一

[0018] 使用该纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统进行同步酶解发酵的方法包括如下步骤：

[0019] A、制作包埋颗粒：将纤维素酶、纤维二糖酶以及木糖酶和粒径为40～80目的秸秆由聚乙烯醇和海藻酸钠制作成为包埋颗粒，包埋颗粒的制作方法为：称取一定量的海藻酸钠和聚乙烯醇放入加入适量水的烧杯中加热溶解，然后将其冷却到室温，加入纤维素酶、纤维二糖酶以及木糖酶混合均匀，然后用模具将其制作成为包埋颗粒，包埋颗粒粒径为2～6mm；再将包埋颗粒放入含有1%～5%CaCl2的饱和硼酸溶液中在4～5℃冰箱中交联12～
24h；然后清洗掉包埋颗粒表面的硼酸和氯化钙（CaCl2）溶液，作为备用。

[0020] B、填充床反应器的系统安装（如图1所示）及包埋颗粒的填充：将制好的包埋颗粒1放入反应器2中堆积成填充床反应器，在反应器2内的顶部、且位于包埋颗粒1的上方设置液体分布器3，在反应器2内的底部、且位于包埋颗粒1的下方设置气体分布器4。反应器2的顶部设有出气口和进液口，出气口连接集气瓶5，进液口与泵9（本实施例中，泵采用蠕动泵）连接，在反应器2的底部设有进气口和出液口，进气口通过气管依次与气体流量计
6和加湿器7连接，加湿器再与气源或者气泵连接；出液口连接酵母菌液储存瓶8，酵母菌液储存瓶8内的酵母菌液通过蠕动泵抽入液体分布器3内，系统安装好后，检漏。

[0021] C、将pH值为4.5～4.8的酵母菌液通过反应器内的液体分布器后均匀喷淋到包埋颗粒表面，包埋颗粒内部反应生成的葡萄糖被酵母菌生物膜在厌氧条件下反应生成乙醇和二氧化碳，流过包埋颗粒填充床后的酵母菌液然后从反应器的底部流出，通过泵再抽入到反应器内的液体分布器内使酵母菌液循环使用。

[0022] D、等颗粒表面挂膜完成以后，在反应器的底部通入载气（载气通过加湿器和气体流量计后通入反应器），载气通过气体分布器后均匀地向上通过包埋颗粒填充床层，将生成的乙醇和二氧化碳及时带出反应器，进入到乙醇收集瓶（罐）中，同时也带走了反应产生的代谢热。整个反应器处于恒定温度，使糖化和发酵都处于较好的温度控制范围，同时需要定时地向反应器内补充水分。

[0023] 实施例二

[0024] 使用该纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统进行同步酶解发酵的方法包括如下步骤：

[0025] A、制作包埋颗粒：将纤维素酶、纤维二糖酶以及木糖酶和粒径为40～80目的秸秆由聚乙烯醇和海藻酸钠制作成为包埋颗粒，包埋颗粒的制作方法为：称取一定量的海藻酸钠和聚乙烯醇放入加入适量水的烧杯中加热溶解，然后将其冷却到室温，加入纤维素酶、纤维二糖酶以及木糖酶混合均匀，然后用模具将其制作成为包埋颗粒，包埋颗粒粒径为2～6mm；再将包埋颗粒放入含有1%～5%CaCl2的饱和硼酸溶液中在4～5℃冰箱中交联12～
24h；然后清洗掉包埋颗粒表面的硼酸和氯化钙（CaCl2）溶液，作为备用。

[0026] B、填充床反应器的系统安装（如图1所示）及包埋颗粒的填充：将制好的包埋颗粒1放入反应器2中堆积成填充床反应器，在反应器2内的顶部、且位于包埋颗粒1的上方设置液体分布器3，在反应器2内的底部、且位于包埋颗粒1的下方设置气体分布器4。反应器2的顶部设有出气口和进液口，出气口连接集气瓶5，进液口与泵9（本实施例中，泵采用蠕动泵）连接，在反应器2的底部设有进气口和出液口，进气口通过气管依次与气体流量计
6和加湿器7连接，加湿器再与气源或者气泵连接；出液口连接酵母菌液储存瓶8，酵母菌液储存瓶8内的酵母菌液通过蠕动泵抽入液体分布器3内，系统安装好后，检漏。

[0027] C、将pH值为4.5～4.8的酵母菌液通过反应器内的液体分布器后均匀喷淋到包埋颗粒表面，包埋颗粒内部反应生成的葡萄糖被酵母菌生物膜在厌氧条件下反应生成乙醇和二氧化碳，流过包埋颗粒填充床后的酵母菌液然后从反应器的底部流出，通过泵再抽回到反应器内的液体分布器内使酵母菌液循环使用。

[0028] D、通入酵母菌液的同时，在反应器的底部通入载气（载气通过加湿器和气体流量计后通入反应器），载气通过气体分布器后均匀地向上通过包埋颗粒填充床层，将生成的乙醇和二氧化碳及时带出反应器，进入到乙醇收集瓶（罐）中，同时也带走了反应产生的代谢热。整个反应器处于恒定温度，使糖化和发酵都处于较好的温度控制范围。

[0029] 因此，本发明纤维素包埋颗粒气载乙醇固态同步酶解发酵组合系统，只是由圆柱型反应器、泵、加湿器、乙醇集气瓶（罐），酵母菌液储存瓶（罐）以及必要的阀门和管路组成，所以成本低；在颗粒填充床内通入载气，因为反应器内孔隙率较大，使得载气很容易将乙醇带走也很容易将代谢热带走，所以该系统无需搅拌，通气良好，散热也良好，基质不存在结块的现象，温度和气流量都很容易调节，酵母菌也很容易在颗粒表面成膜；该装置系统也很容易操作，只需将颗粒填充入反应器，然后喷淋酵母菌液，通载气即可。

[0030] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。