论文部分内容阅读
燃料乙醇作为绿色可持续能源已经得到越来越多的重视。合成气发酵制取乙醇已成为一项极具潜力的独特技术。目前,较低的气液传质是合成气发酵生产乙醇主要障碍之一。本文设计了一种塔式反应器,并利用该反应器对合成气乙醇发酵条件进行了探索。主要结论如下:试验以菌株C.autoethanogenum DSM10061为研究对象,通过对比塔式反应器中不同塔板数目（0、1、2、3、4、5、6、7）下合成气乙醇发酵菌体生长和乙醇产生情况,表明增加塔板能促进发酵液中菌体的生长,对乙醇产量也有一定的促进作用。在塔板数5,发酵第5 d菌体生长OD600达到最大值0.271,且乙醇浓度最高为310.023 mg/L,发酵过程中合成气消耗率为H2 92.4%,CO 64.11%,CO2 85.84%。采用塔板数最优值为5时,探讨其循环回流间隔时间对乙醇发酵的影响。结果表明,每8 h回流一次,菌株生长最旺盛,最大OD600值为0.673 g/L,最高乙醇浓度达到484.563 mg/L,最大气体消耗率为H2 93.11%,CO 64.18%,CO2 86.97%。在此基础上,对培养基进行间歇补气,每4天补气时菌体生长和乙醇发酵较好,最大OD600和乙醇浓度分别达到0.472和581.82 mg/L。H2、CO和CO2最大消耗率分别为85.62%,40.95%,65.39%。选取以上最优参数,以反应器装液量500 mL和1000 mL为变量进行乙醇发酵,结果表明装液量为500 mL要优于装液量为1000 mL时的发酵,乙醇浓度最大值为603.92 mg/L,最大菌体生长OD600为0.549,合成气组分消耗率分别是H2 85.73%,CO 41.08%,CO2 68.71%。总结以上实验优化参数,得出反应器优化条件为5个塔板、每8 h循环回流、每4 d进行间歇补气、反应器装液量为500 mL。利用三种菌株C.autoethanogenum、C.ljungdahlii和A-fm4对反应器发酵优化后参数进行对比验证。结果表明了菌株C.autoethanogenum发酵能力稍强于C.ljungdahlii和A-fm4,菌体生长最大OD600值为0.548,乙醇最大产量为620.56 mg/L,分别提高了1.8倍和2.5倍,而发酵过程中H2、CO和CO2消耗率最大值分别为87.92%,41.46%,70.8%。本研究结果证实了塔式反应器能增强合成气与发酵液培养基的传质,从而提高乙醇发酵的产量。研究结果为进一步探讨合成气厌氧发酵中增加气液传质效率的方法提供了实验思路和理论依据。