(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210670064.7 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 南京工业大 学 地址 210000 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 庄伟　沙宇　应汉杰　陈勇　柳东　 (74)专利代理 机构 江苏圣典律师事务所 32 237 专利代理师 徐芝强　肖明芳 (51)Int.Cl. C12M 1/04(2006.01) C12M 1/12(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12P 7/14(2006.01) C12R 1/865(2006.01)C12R 1/145(2006.01) (54)发明名称 一种用于合成气转化的微界面强化高效生 物反应器及其应用 (57)摘要 本发明公开了一种用于合成气转化的微界 面强化高效生物反应器及其应用， 包括依次连接 的合成气气瓶、 微气泡发生器、 鼓泡式生物反应 器、 鼓泡式厌氧生物发酵罐、 气液分离器、 菌体分 离器、 循环泵和产物收集罐等。 利用除菌后的合 成气进入微气泡发生器， 形成微米级气泡体系， 之后自发酵罐底部进入反应腔内， 在微生物的催 化作用下将合成气转变为乙醇等产物。 本发明的 反应装置和方法具有合成气反应压力超低、 气液 比小、 气液传质面积大， 反应速率快， 能耗低， 工 艺灵活和生产安全性高等优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 114854536 A 2022.08.05 CN 114854536 A 1.一种用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 包括微气泡发生 单元、 种子罐(4)、 鼓泡式生物反应器(7)、 鼓泡式厌 氧生物发酵罐(11)、 配料罐(20)、 气液分 离器(14)、 菌体分离器(17)以及产物收集罐(18)； 所述微气泡发生单元和种子罐(4)分别连接至鼓泡式生物反应器(7)中， 将种子液送入 鼓泡式生物反应 器(7)内与产生的微气泡进行充分 混合； 所述鼓泡式生物反应器(7)、 鼓泡式厌氧生物发酵罐(11)、 气液分离器(14)、 菌体分离 器(17)以及产物收集罐(18)通过管道连接； 所述配料罐(20)与鼓泡式厌氧生物发酵罐(11) 通过进料管连接， 向鼓泡式厌氧生物发酵罐(11)中输送原料， 与鼓泡式生物反应器(7)输送 来的种子气泡液进行厌氧发酵反应， 产物依次经气液分离器(14)和菌体分离器(17)后， 收 集于产物收集罐(18)中。 2.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述微气泡 发生单元包括依次通过气 体管道连接的合 成气气瓶(1)、 气体过滤器(2)和微气 泡发生器(3)； 所述微气泡发生器(3)输出端通过管道连接至鼓泡式生物反应器(7)内的气 体分布器(8)上， 且该 管道上还设有抽气泵(5)。 3.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述鼓泡式生物反应器(7)内设置有水平多孔隔板(6)和气体 分布器(8)； 所述种子罐(4)通 过管道连接至鼓泡式生物反应器(7)的底部进料口； 所述微气泡发生单元通过管道连接至 位于鼓泡式生物反应器(7)侧面的气体分布器(8)接口上， 所述气体分布器(8)位于水平多 孔隔板(6)的下方； 所述鼓泡式生物反应器(7)的上方侧面排料口通过管道连接至 鼓泡式厌 氧生物发酵 罐(11)， 且该管道上还设有第一 提水泵(9)。 4.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述鼓泡式厌氧生物发酵罐(11)底部一侧进气口与鼓泡式生物反应器(7)连接， 底部另一 侧出料口通过管道与气液分离器(14)连接； 鼓泡式厌 氧生物发酵罐(11)的顶部进料口与配 料罐(20)通过 管道连接， 且该 管道上设有 进料泵(19)； 所述鼓泡式厌氧生物 发酵罐(11)的侧面外壁上设置有夹套式换热器(10)， 用于对罐内 发酵反应温度进行控制。 5.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述气液分离器(14)内距离罐体顶部高度1/2 ‑2/3处设有微孔过滤器(13)； 气液分离器 (14)顶部一侧进料口与鼓泡式厌氧生物发酵罐(11)连接， 且该管道上还设有气相平衡管 (12)； 气液分离器(14)的底部排料口通过管道连接至菌体分离器(17)； 气液分离器(14)的 侧面位于微孔过滤器(13)上方开有出气口， 其通过一回路管道连接至微气泡发生单元， 将 反应气体 循环利用， 且该回路管道上设有循环泵(21)。 6.根据权利要求1所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述菌体分离器(17)内设有分离膜(16)， 距离罐顶1/3 ‑1/2处； 菌体 分离器(17)的顶部一侧 进料口通过管道与气液分离器(14)连接， 顶部另一侧排料口通过循环管道连接至气液分离 器(14)内， 用于发酵液中菌体和产 物的循环分离， 且 该循环管道上设有第二提水泵(15)； 菌 体分离器(17)的底部排料口通过 管道连接 至产物收集罐(18)内。 7.根据权利要求2所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述微气泡发生器(3)为气动式微气泡发生器、 液动式微气泡发生器或气液联动式微气泡权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114854536 A 2发生器； 微气泡发生器(3)为至少三个； 其通过串联和/或并联方式连接形成微气泡发生器组 后， 再连接至鼓泡式生物反应 器(7)。 8.根据权利要求6所述的用于合成气转化的微界面强化高效生物反应器， 其特征在于， 所述分离膜(16)为 微孔分离膜、 陶瓷分离膜或微滤装置 。 9.权利要求1～8中任意 一项生物反应 器用于厌氧发酵制备乙醇的应用。 10.根据权利要求9所述的应用， 其特 征在于， 包括如下步骤： (1)对种子罐(4)、 配料罐(20)中的物料和鼓泡式厌氧生物发酵罐(11)分别进行蒸汽灭 菌待用； (2)配置好比例的合成气经过滤除菌后与活化后的种子液同时流入鼓泡式生物反应器 (7)中， 包裹着细胞的合 成气微气泡形成后， 进一步通入鼓泡式厌 氧生物发酵罐(11)进 行乙 醇的合成； 其中， 合成气气体流量控制在6～8L/min， 种子液液体流量控制为2～3m3/h； 形成 的合成气微气泡尺寸 不高于45 0nm， 存在时间在3 00s以上； (3)发酵结束后， 气液分离器(14)和菌体分离器(17)对发酵液中的菌体和产物进行多 次循环分离， 粗乙醇最终流入产物收集罐(18)中。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114854536 A 3