纤维素酶水解反应器的开发与放大

Development and scale up of the enzymatic cellulose hydrolysis reactor

以木质纤维素生产燃料乙醇为背景,在考察玉米秸秆同步糖化与发酵反应特征基础上,给出了合适的反应器构型:螺带型搅拌槽;直径0.2～0.8m,高径比1～2,转速20～120r/min,着重从冷模实验对搅拌槽性能进行了考察,为反应器放大提供必要的基础。实验结果发现,层流流动条件下,随流体剪切稀化性质增强,搅拌功率(Np)显著降低,而无因次混合时间(Ntm)则变化不大;给出适用于强剪切稀化流体的Metzner常数Ks关联式,且Ks与搅拌槽直径无关;对于几何相似的螺带桨,随着搅拌槽直径增大,若保持相同的单位体积功率,Ntm是相同的,这为我们提供了一个螺带型搅拌槽的放大准则;搅拌槽功耗及Ntm随着搅拌槽高径比的增大而增大;最后采用数值计算方法对搅拌槽内分散混合效率进行了考察,发现,根据混合效率的不同,可将螺带型搅拌槽分成几个不同的区域,搅拌槽内体积平均分散混合效率接近于0.5(简单剪切流)。纤维素酶水解反应器的放大,小试给出关键参数(单位体积生产能力),冷模实验提供混合性能、几何结构设计基础,经验判据与CFD相结合,关注基本流型的尺寸效应,兼顾单位体积功率及最大剪切速率。