高固含量木质纤维同步糖化与发酵反应器内流体力学特性研究(3)
从木质纤文到乙醇的生物转化过程通常包括木质纤文素原料预处理 , 纤文素酶的生产，纤文素的水解糖化，纤文素水解产物 ( 己糖 ) 的发酵和半纤文素水解产物(戊糖)的发酵。根据不同步骤的整合程度而分为分步糖化发酵、同步糖化共发酵和微生物直接转化。其中，同步糖化发酵法被认为是木质纤文生物法转化为乙醇最有效的方法，也是最常用的方法。
同步糖化发酵使酶解与发酵合二为一 ,酶解产生的糖不断被发酵利用,消除了纤文素酶受葡萄糖和纤文二糖终产物抑制,提高了糖化效率,并降低了酶制剂的用量。在工艺上采用同步糖化发酵,简化了设备,同时缩短了发酵周期, 提高了生产效率［9］。
木质纤文原料生产燃料乙醇是个动态发展、不断完善的技术,目前已进人产业化(实 用)阶段。同步糖化发酵(SSF)解决了纤文素酶受糖化终产物抑制的问题,提高了糖化效 率。可以谨慎乐观地推断,目前NREL所推荐的SCF Mo de l 在结合国情进行适当地生物及工艺改进后,可在中国推广应用。但其运行成本和效率取决于多方面因素,应该避免盲 目地照搬硬套。
概括地说:l)木质纤文生物转化乙醇及相关综合利用技术已成为生物能源发展主流 方向,并开始进人商业化应用阶段,必须把握机遇,在借鉴国外先进技术和经验的基础上 进行自主创新,抢占世界生物能源科技发展战略制高点;2)建立以森林生物质为主体,能源林业为保障,并综合利用大量农林废弃物、工业残余物和城市垃圾的可持续生物能源发展 模式,兼得经济、生态、环保、社会多重效益;3)加快完善“政策主导、技术驱动、市场决胜”的生物能源产业化机制,林业部门在其中义不容辞地要起“领头羊”作用。
1.2 搅拌流体力学特性概述
1.2.1 气含率
气液两相并流流动在化工、轻工、石油等工业部门有着十分广泛的应用。例如汽液喷射反应器及环流反应器中气液两相垂直向下或垂直向上的流动,真空蒸发和真空干燥系统用于排除不凝性气体并制造真空的水力喷射器的大气腿中气液两相的垂直向下流动,管内气液两相混合的倾斜流动等。气液两相流动特性参数气含率是决定涉及气液两相流动有关设备的结构尺寸、两相流动、传热、传质性能非常重要的参数。限于气液两相流的复杂性,迄今为止,人们针对气液两相流不同工况所建立的一些气含率关联式的适用范围有限,而对描述气液两相流体系的微分方程进行数值求解困难很大,因此,气(汽)含率的实验测定仍然是获取气含率这一重要参数的主要途径。其中差压法是测定气含率的简便可靠方法之一。
采用差压法测定气液两相的气含率须首先建立气液两相体系的气含率与压降梯度之间的关系,以提供测定气含率的理论基础。此外,气含率理论表达式也是在摩擦剪应力可确定的情况下,建立气含率数据关联式的重要理论依据。迄今为止,仅Hill提出了气液垂直向上并流体系气含率的理论表达式,但关于气液两相并流一般情况下气含率的理论表达式尚未见文献报导。本文针对气液两相并流的一般流动工况,利用动量守恒原理并结合若干假定,拟建立气液两相并流流动体系气含率的理论表达式,并给出该表达式在气液两相垂直向下并流流。
气含率是指空气在整个反应器或反应器的局部区域中所占的体积分率，它可以用来表征气相的理论停留时间和气液质量传递系数，反应了反应器内气泡的分散性能和空气的利用率，它的高低直接影响着反应器内的液体循环和传质性能。因此对气含率的研究显得十分重要。
1.2.2 传质系数
传质过程方程式中的一个比例系数。以传质速率g与传质面积F和传质推动力△均成正比为依据。传质面积是相际接触面积。推动力可采用各种不同浓度差或压力差的平均值。即G=KF△均。式中的K就是传质系数。传质系数并能反映这一具体传质过程的强化程度（在单位面积、单位浓度或压力差时，单位时间内物质从一相传递入另一相内的数量）。传质系数一般须由实验测定，也可引用相似论或因次分析，根据实验数据整理而得出。