硅橡膠膜生物反應(yīng)器乙醇發(fā)酵與滲透汽化耦合實(shí)驗(yàn)及系統(tǒng)下游產(chǎn)品精餾設(shè)計(jì).pdf

1、本文圍繞膜生物反應(yīng)器乙醇發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，在有效容積4L、裝配膜面積0.08m<'2>的新型硅橡膠膜生物反應(yīng)器(SMBR)系統(tǒng)上，對(duì)乙醇連續(xù)發(fā)酵.滲透汽化耦合過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)針對(duì)系統(tǒng)工藝過(guò)程改進(jìn)，提出采用精餾操作濃縮膜下游產(chǎn)品，進(jìn)行了相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)性分析。 實(shí)驗(yàn)采用釀酒干酵母為發(fā)酵微生物，所用碳源為工業(yè)級(jí)葡萄糖，實(shí)驗(yàn)操作溫度35℃(工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)溫度)，測(cè)定了連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中膜上游發(fā)酵液和下游滲透冷凝液的組分變

2、化及其膜的分離性能；通常，發(fā)酵過(guò)程由于產(chǎn)物抑制作用在乙醇濃度達(dá)到68g/L時(shí)就趨于停滯，而經(jīng)耦合滲透汽化膜后，發(fā)酵罐內(nèi)的乙醇濃度降低并維持在抑制濃度之下，從而使得發(fā)酵反應(yīng)可以連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行。在SMBR運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，乙醇的體積產(chǎn)率為4.02g/(L·h)，發(fā)酵液的乙醇濃度維持在20～63g/L之間；PDMS膜的總滲透通量為800～1220g/(m<'2>·h)，乙醇通量為150～300g/(m<'2>·h)，分離因子為5～9.2。與傳統(tǒng)

3、發(fā)酵和分離相同進(jìn)料濃度的乙醇水溶液相比，發(fā)酵和滲透汽化的相互耦合使乙醇生產(chǎn)過(guò)程得到強(qiáng)化，系統(tǒng)運(yùn)行性能穩(wěn)定。 為提高產(chǎn)品乙醇質(zhì)量濃度，對(duì)硅橡膠膜生物反應(yīng)器(SMBR)下游收集系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，提出了兩種精餾操作方案，并進(jìn)行了相應(yīng)的工藝設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算和能耗分析；方案A利用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)既有的真空條件，在滲透汽化膜下游引入真空精餾塔，方案B則利用真空泵將經(jīng)過(guò)一級(jí)冷凝的乙醇蒸汽抽出，送入常壓精餾塔提純。二者比較，前者單位能耗較后者高，但產(chǎn)量較高、且