無機膜生物反應裝置的製作方法

2023-05-05 08:38:46

專利名稱：無機膜生物反應裝置的製作方法
技術領域：
(技術領域)本實用新型涉及一種生物發酵生產乙醇的無機膜生物反應裝置。
(背景技術)在生物發酵制乙醇過程中，隨著發酵罐中發酵產物乙醇濃度的增加，會對發酵過程產生反饋抑制作用，使酶活性減弱，生物發酵能力降低，從而直接影響了原料的轉化率和產品的得率，因此生產能力較低。為保持較高的乙醇轉化率和轉化速率，需要不斷分離移去發酵液中的乙醇，但目前的乙醇生產裝置大多無法連續實現此過程，生產效率低，能耗高。
(發明內容)本實用新型的目的是提供一種無機膜生物反應器，它能連續地分離移去發酵液中生成的乙醇，減少終產物乙醇對生物的反應的反饋抑制，提高生物反應的生產速率，降低能耗。
本實用新型無機膜生物反應裝置含有發酵罐，微濾膜分離器、加熱器和透醇膜分離器，其間以管路連通，微濾膜分離器和透醇膜分離器均包含膜管和夾套；透醇膜膜管的一側塗有無機膜；發酵罐的出口管通過料液泵通入微濾膜分離器的膜管進口，該膜管的出口端通發酵罐的進口；微濾膜分離器的夾套出口通過料液泵經加熱器通往入透醇膜分離器的膜管進口端，透醇膜的膜管出口端與發酵罐相通；透醇膜分離器的夾套設有乙醇輸出管；微濾膜分離器和透醇膜分離器的夾套分別接有真空泵。
微濾膜分離器的膜為無機陶瓷微濾膜，孔徑在0.1-1μm。透醇膜分離器的膜管塗有MFI型分子篩膜。
發酵罐的進口裝有預熱器，透醇膜分離器的膜管出口端通過預熱器放熱後返回發酵罐。
本裝置將無機膜分離器與生物發酵罐耦合而成的一種新型生物反應裝置，它可將含有乙醇的發酵液連續地抽出，先通過微濾膜初步滲透，再加熱後由透醇膜滲透汽化，使其中的乙醇從發酵液中分離增濃，而未透過的發酵液從膜管的出口不斷返回發酵罐繼續參與生化反應〔即發酵〕。
綜上所述，本實用新型裝置在泵的動力下，使發酵罐內發酵液不斷地抽出，利用無機膜選擇性透過的分離性能，分離出其中的乙醇，而將不含乙醇的發酵液返回發酵罐，發酵液在不斷循環的過程中，將發酵罐內生成的乙醇連續地分離移出，並把乙醇濃縮到40-99.5wt％左右。從而降低了乙醇對生物發酵的反饋抑制效應，發酵過程得以連續進行，提高轉化率，降低了能耗。
〔
〕附圖是本實用新型無機膜生物反應裝置的示意圖。
圖中1是發酵罐；3是微濾膜分離器，器內含有外壁塗有微濾膜的多個膜管32，膜管外是夾套31；5是透醇膜分離器，器內含有外壁塗有MFI型分子篩膜的多個膜管52，膜管外是夾套31。
如圖所示，新鮮培養劑由原料進口管8經預熱器7連續加入發酵罐1中，發酵罐的出口通過泵2將含有乙醇的發酵液物料送入微濾膜分離器3的夾套31內，下端進入膜管內，在真空泵6的抽吸下，物料中的乙醇和一部分發酵液透過微濾膜進入膜管32的管內，隨後被泵2′送入加熱器4，升溫後入透醇膜5的夾套51，在真空泵6′的抽吸下，物料中的乙醇透過分子篩膜進入膜管52的管內，並從管的出口通過閥8″不斷流出，收集作為乙醇產品或送去進一步精製得無水乙醇產品。微濾膜夾套31上端出口流出的未透過液合併入原料進口管8，返回發酵罐1內。透醇膜夾套51的上端出口流出的未透過液通過預熱器7與來自閥8的原料液換熱後返回發酵罐1內。上述發酵液不斷抽出和返回，連續循環。
本實用新型中，膜管以陶瓷管為支撐體，微濾膜管32的膜孔徑在0.1-1μm；透醇膜管52在陶瓷管的外壁塗有MFI型無機分子篩膜。
〔具體實施方式
〕打開閥8，注入新鮮培養基。將料液通過預熱器7加熱至35℃左右，連續注入發酵罐內進行發酵，同時用液泵2將含有3-25wt％的乙醇的發酵液輸送到微濾膜分離器3，透過膜管32的濾出液通過泵2′及加熱器4，加熱至60℃，然後送入透醇膜分離器5；未透過的酵母細胞和發酵液循環回發酵罐，與流加到發酵罐中的新鮮培養基混合繼續進行發酵。真空泵6使該裝置真空度保持在1-5毫米汞柱。透醇膜分離器5透出的液體為40-99.5wt％的乙醇，進入下一步工藝精製或直接進入產品儲罐；未透過的料液從夾套51上端流出，先與新鮮培養基進行熱量交換，然後注入發酵罐循環。
權利要求1.無機膜生物反應裝置，含有發酵罐，其特徵是還包含微濾膜分離器、加熱器和透醇膜分離器，其間以管路連通，微濾膜分離器和透醇膜分離器均包含膜管和夾套；透醇膜分離器的膜管的外壁塗有無機分子篩膜；發酵罐的出口管通過料液泵通入微濾膜分離器的夾套進口，該夾套的出口管返回發酵罐；微濾膜分離器的膜管出口通過料液泵經加熱器通往入透醇膜分離器的夾套，透醇膜分離器的夾套出口管返回發酵罐；透醇膜的膜管設有乙醇輸出管；微濾膜分離器和透醇膜分離器的膜管出口接有真空泵。
2.根據權利要求1的無機膜生物反應裝置，其特徵是微濾膜分離器採用的的膜為無機陶瓷微濾膜，孔徑在0.1-1μm。
3.根據權利要求1的無機膜生物反應裝置，其特徵是透醇膜分離器的膜管塗有MFI型分子篩膜。
4.根據權利要求1或2或3的無機膜生物反應裝置，其特徵是透醇膜分離器的夾套出口通過預熱器後返回發酵罐。
5.根據權利要求1的無機膜生物反應裝置，其特徵是微濾膜分離器和透醇膜分離器含有多個膜管。
專利摘要本實用新型涉及一種無機膜生物反應裝置，含有以管路連通的發酵罐、微濾膜分離器、透醇膜分離器，兩個膜分離器均含有膜管和夾套。本裝置使膜分離技術與生物反應技術耦合，將酵罐內含乙醇的發酵液通過泵連續輸送，經微濾膜和透醇膜兩次膜分離，透過液中乙醇被濃縮到40－99.5wt％，可作為乙醇產品或送去進一步精製，而未透過的發酵液從膜管的出口端返回發酵罐繼續反應。本裝置實現了連續分離移去反應產物乙醇而降低乙醇對反應的反饋抑制作用的目的，使乙醇轉化率提高，能耗降低。無機膜以陶瓷管為支撐體，透醇膜採用MFI型無機分子篩膜，微濾膜採用無機陶瓷膜。
文檔編號C12M1/00GK2622190SQ032217
公開日2004年6月30日 申請日期2003年5月13日 優先權日2003年5月13日
發明者林曉, 徐南平, 宋軍, 仲盛來 申請人:南京工業大學