[实用新型]一种实验室发酵生产清洁能源和高值化学品的装置

说明书

本实用新型公开了一种实验室发酵生产清洁能源和高值化学品的装置，属于发酵设备技术领域，包括通过管道依次连接的发酵单元和收集单元，发酵单元通过厌氧/好氧发酵产出高值化学品，之后通过收集单元进行收集存储，得到清洁能源或高值化学品。本实用新型设计合理、结构简单、成本低廉、密封性强、厌氧发酵效果好，适合实验室大批量厌氧发酵的进行，有助于褐煤、泥炭等低阶煤，谷物、秸秆、牛粪等生物质经厌氧微生物转化生产生物甲烷、生物氢气等清洁能源和生物乙醇、乳酸等高值化学品的研究开发。

技术领域

本实用新型属于发酵设备技术领域，具体涉及一种实验室发酵生产清洁能源和高值化学品的装置，具体用于褐煤、泥炭等低阶煤、秸秆、牛粪等生物质厌氧微生物转化。

背景技术

我国是发酵工业的文明古国，近几十年发酵工业的兴起，形成了我国具有相当规模的发酵工业体系，生产出种类繁多的产品包括氨基酸（味精、赖氨酸）、有机酸（柠檬酸、乳酸）、酵母、酶制剂（纤维素酶）、淀粉糖（葡萄糖、麦芽糖）、多元醇（山梨醇）和特种功能生物制品等。

在发酵工业上，发酵是指任何利用好氧或厌氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。根据氧气的利用情况不同，发酵分为好氧发酵和厌氧发酵。

基于厌氧发酵理论，以有机物质(如淀粉、半纤维素、纤维素等碳水化合物) 为原料，通过微生物降解成为糖类(如葡萄糖、木糖等)，然后在葡萄糖转化为丙酮酸后，厌氧微生物和无氧条件下的兼性厌氧微生物可以不同的途径将丙酮酸转化为多种发酵产物。酵母菌将丙酮酸脱羧形成乙醛，再由乙醛还原形成乙醇。乳酸细菌可以将丙酮酸还原为乳酸。丁酸弧菌属和梭状芽孢杆菌属（Clostridium）的一些微生物通过将丙酮酸脱羧并辅酶 A 化形成乙酰CoA ，然后 2 个乙酰CoA 缩合为乙酰乙酰 CoA，在经过多个步骤形成丁酸或者转化为丁醇、丙酮。还可由多种细菌将丙酮酸发酵为包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等有机酸混合物或甲烷、氢气等生物能源。

此外，很多发酵过程是将好氧与厌氧结合起来，好氧有利于发酵菌体迅速生长繁殖，而厌氧过程则产生丰富的风味物质。例如酱油、食醋的酿造、豆豉的生产。

实验室厌氧发酵的研究便于对厌氧发酵工艺进行过程控制和参数优化，从而为工业化放大如沼气工程提供必须的工艺参数和技术支撑。目前常用于实验室厌氧发酵的装置有两种类型，一种是购买的厌氧发酵罐成品，价格昂贵批量实验成本高，一种是自行设计组装的发酵装置，现有的实验室厌氧发酵装置，都存在一定的不足之处。

目前本领域装置主要存在两个问题：一、发酵装置功能单一，只实现生物甲烷（沼气）等清洁能源的厌氧发酵，没有实现乙醇、乳酸等高值化学品的厌氧发酵，只能进行厌氧发酵不能实现好氧发酵-厌氧发酵耦合；二、发酵装置结构复杂，不能实现快速安装。值得注意的是，厌氧发酵是有机物质在厌氧条件下通过厌氧微生物的代谢活动而被转化，隔绝空气、提供厌氧条件是进行厌氧发酵的首要关键环节。

实用新型内容

为了克服背景技术所述的不足, 本实用新型提供一种实验室发酵生产清洁能源和高值化学品的装置，该装置根据不同产物的需求设置不同的发酵原料、微生物来源、培养温度、氧气供给情况和pH等。将厌氧微生物和无氧条件下的兼性厌氧微生物接入发酵装置人工设定的特定培养条件中，使适合无氧条件生长的微生物大量繁殖、不适合生长的好氧微生物最终缺氧死亡，最终建立稳定、高效的发酵微生物体系，实现厌氧发酵或好氧-厌氧发酵耦合。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种实验室发酵生产清洁能源和高值化学品的装置，包括通过管道依次连接的发酵单元和收集单元，所述的发酵单元通过厌氧/好氧发酵产出高值化学品，之后通过收集单元进行收集存储，得到清洁能源或高值化学品。