一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置和方法
2023-12-02 12:01:26 1
一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置和方法
【專利摘要】本發明公開了一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，攪拌式生物反應器通過管道與種子培養罐連通；攪拌式生物反應器底部內置氣體分布器；攪拌式生物反應器、冷卻裝置、固定化裝置、菌液分離裝置依次順序連通，並形成循環迴路；且攪拌式生物反應器依次順序與氣提提冷凝管、儲罐連通，儲罐置於低溫循環恆溫槽內，且儲罐通過管道與冷凝液收集器連通。本發明還公開了利用上述裝置進行丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法。本發明除了有效消除糖和丙酮丁醇發酵產物的抑制作用、提高丙酮丁醇發酵產物產量和原料利用效率以外，還可以有效降低生產能耗和成本，給目前以生物法生產丁醇和丙酮及產物分離純化提供了新的技術支持。
【專利說明】—種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置和方法，屬於生物化ェ領域。
【背景技術】
[0002]隨著石油類的非可再生資源的大量消耗，使其價格的不斷上漲，世界許多公司開始進行戰略調整，用生物發酵可再生資源代替非可再生資源，用生物技術路線代替化學技術路線的生產。ー種新生的生物能源——丁醇，進入人們的視野，它是ー種極具潛力的新型燃料，被稱為第二代生物燃料。相比其他生物燃料，生物丁醇的燃燒值和辛烷值都與汽油最接近，在燃料性能和經濟性方面具有明顯的優勢。丁醇與汽油的配伍性更好，能夠與汽油達到更高的混合比，在不對汽車發動機進行改造的情況下，こ醇與汽油混合比的極限為10%，而汽油中允許調入的丁醇可以達到20%。其次丁醇具有較高的能量密度。丁醇分子結構中含有的碳原子數比こ醇多，単位體積能儲存更多的能量，測試表明丁醇能量密度接近汽油，而こ醇的能量密度比汽油低35%。而且丁醇的蒸汽壓カ低，能通過管道流動，並且在與汽油混合時對水作為雜質的寬容度大，這使其比こ醇更適合在現有的汽油供應和分銷系統中應用(Durre P(2007)Biobutanol: an attractive biofuel.Biotechnol J2:1525 - 1534)。但是，用生物法生產丁醇吋，發酵產物丁醇對菌種有毒害作用，發酵終點的丁醇濃度通常不超過1.5% (w/v),導致其分離成本很高,很難實現エ業化生產(Demain A L.Biosolut ions tothe energy problem[J].J Ind Microbiol Biotechnol,2009，36:319-332.)。
[0003]由於丁醇的沸點為117.7°C，高於水的沸點100°C，且發酵中丁醇濃度通常低於2%(w/v)，因此，如果利用傳統的精餾或蒸餾分離法，其分離成本極高，經濟上是不可行的，很難實現エ業化生產(Garcia V, Pakkiia J, Ojamo H，et al.Challenges in biobutanolproduction:how to improve the efnciency?[J」? Renewaole and sustainable energyreviews, 2011，15(2):964-980.)。
[0004]在線發酵偶聯分離技術如液液萃取、吸附、氣提、滲透汽化等，可以通過在發酵過程中不斷移除並回收對細胞產生抑制作用的丁醇，提高發酵效率，是提高生物法生產丁醇的有效技木。其中相比其他分離方法，氣提耦合發酵對培養基無害，也不需要移出營養物質和中間產物，不需要昂貴的萃取劑，操作簡單，分離產品清潔無渣質，它的優勢是顯而易見的。除此以外，氣提法還能適用於不同的底物、不同的發酵方式，適用範圍廣(QureshiN，Blaschek H P.Recovery oi butanol irom fermentation broth by gas stripping[J].Renewable Energy, 2001，22(4):557-564.)。然而，傳統的氣提分離技術使用的氣提原料液為菌液混合液並且原料液的溫度為發酵溫度，在發酵過程中菌體濃度會升高使丁醇的氣提效率降低，丁醇沸點較高在發酵溫度下不易帶出且帶出的丁醇濃度較低，導致氣提效率低，能耗大。例如，目前關於丁醇氣提的文獻中，氣提得到的丁醇濃度都低於其在水中的溶解度7.8% (w/w) (20°C)，在氣提冷凝液中仍然有大量的水存在，不但使氣提過程中大部分能量消耗在冷凝液中的水上，並且導致後續分離成本很高。而本發明可以解除菌體對發酵的影響，能快速的把丁醇移除並冷凝(Ezeji T C，Karcher P M, Qureshi N，et al.1mprovingperformance oi a gas strippmg-based recovery system to remove butanol fromしlostridium beijerinckii fermentationlJ」? Bioprocess and Diosystems engineering,2005, 27(3):207-214.)。到目前為止，未見使用滲透-加熱-氣提耦合的氣提提純法對丁醇和丙酮進行分離純化的報導。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種高效一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置和方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下:
[0007]—種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，它包括種子培養罐、攪拌式生物反應器、冷卻裝置，固定化裝置，菌液分離裝置，氣提冷凝管，儲罐、低溫循環恆溫槽和冷凝液收集器；其中，攪拌式生物反應器通過管道與種子培養罐連通；攪拌式生物反應器底部內置氣體分布器；攪拌式生物反應器、冷卻裝置、固定化裝置、菌液分離裝置依次順序連通，並形成循環迴路；且攪拌式生物反應器依次順序與氣提提冷凝管、儲罐連通，儲罐置於低溫循環恆溫槽內，且儲罐通過管道與冷凝液收集器連通。
[0008]其中，氣體分布器上附著有金屬模，金屬膜上有數個孔徑為0.5~I ii m的小孔。氣提的原料液為經菌液分離裝置分離後的發酵液(不含菌體)，氣體在一定流速下通過發酵系統中的分布器變成微米尺度的氣泡進入發酵系統中進行氣提。
[0009]其中，固定化裝置中的固定化材料為甘蔗渣、木屑、毛巾、竹炭纖維、樹脂、活性炭、沸石、納米纖維、細菌纖維素膜和聚酯纖維素膜中的任意一種或幾種的組合。
[0010]其中，菌液分離裝置採用微濾膜組件。菌液分離裝置的流出液連通至攪拌式生物反應器中，菌液分離裝置的截留液回流至固定化裝置中。
[0011]其中，氣提冷凝管為直形或蛇形冷凝管。
[0012]利用上述裝置進行丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，將丁醇生產菌接種至種子培養罐中進行種子培養；之後泵入攪拌式生物反應器中發酵，發酵過程中通過泵將發酵液從攪拌式生物反應器中抽出泵入冷卻裝置降低發酵液溫度，繼續泵入固定化裝置實現菌株的固定化，再泵入菌液分離裝置，菌液分離裝置的截留液返回固定化裝置中，菌液分離裝置的流出液回到攪拌式生物反應器中；菌體的固定化完成之後，保證固定化裝置的溫度為30~40°C，攪拌式生物反應器的溫度為70°C ;開啟氣體分布器，利用氣提法從發酵液在線分離純化丁醇，丁醇經氣提冷凝管冷凝至儲罐中，最終泵入冷凝液收集器中。
[0013]其中，所述的丁醇生產菌為丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大腸桿菌或酪丁酸梭菌。
[0014]其中，氣體分布器所用的氣體為發酵過程中丁醇生產菌產生的氣體；氣體分布器間歇通入氣體或者連續通入氣體；間歇通入氣體吋，當攪拌式生物反應器中的發酵液的丁醇濃度大於等於8g/L時通入氣體，當攪拌式生物反應器中的發酵液的丁醇濃度低於8g/L時停止通入氣體；連續通入氣體吋，當攪拌式生物反應器中的發酵液的丁醇濃度大於等於8g/L時通入氣體直至發酵結束。
[0015]其中，氣體分布器的氣流速度為姆升發酵液中通入0.5~10L/min,氣體流動方向為向上或向下。[0016]其中，氣提冷凝管(6)的溫度為-20~20°C。
[0017]有益效果:本發明方法，在不增加設備投資和節省能耗的前提下，有效的提高了丁醇和丙酮的生產和分離純化的效率，給目前以生物法生產丁醇和丙酮及產物分離純化提供了新的技術支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明中用於丁醇生產和分離純化的裝置結構示意圖。
[0019]圖2為發酵系統中的攪拌式生物反應器的氣體分布器和分布器上包裹的金屬膜示意圖。
[0020]圖3為在37和70°C下氣提過程中冷凝液和發酵液中丁醇濃度的關係圖。
[0021]圖4為在37和70°C下氣提過程中丁醇的氣提速率和發酵液中丁醇濃度的關係圖。
[0022]圖5為發酵液在有無細胞兩種條件下氣提過程中冷凝液和發酵液中丁醇濃度的關係圖。
【具體實施方式】
[0023]根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的內容僅用於說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。
[0024]實施例1:
[0025]圖1為本發明裝置的示意圖。由圖1可知，本發明的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，它包括種子培養罐1、攪拌式生物反應器2、冷卻裝置3，固定化裝置4，菌液分離裝置5，氣提冷凝管6，儲罐7、低溫循環恆溫槽8和冷凝液收集器9 ;其中，攪拌式生物反應器2通過管道與種子培養罐I連通；攪拌式生物反應器2底部內置氣體分布器；攪拌式生物反應器2、冷卻裝置3、固定化裝置4、菌液分離裝置5依次順序連通，並形成循環迴路；且攪拌式生物反應器2依次順序與氣提提冷凝管6、儲罐7連通，儲罐7置於低溫循環恆溫槽8內，且儲罐7通過管道與冷凝液收集器9連通。
[0026]由圖2可見,氣體分布器上附著有金屬模,金屬膜上有數個孔徑為0.5~I ii m的小孔。
[0027]固定化裝置4中的固定化材料為甘蔗渣、木屑、毛巾、竹炭纖維、樹脂、活性炭、沸石、納米纖維、細菌纖維素膜和聚酯纖維素膜中的任意一種或幾種的組合。
[0028]菌液分離裝置5採用微濾膜組件。菌液分離裝置5的流出液連通至攪拌式生物反應器2中，菌液分離裝置5的截留液回流至固定化裝置4中。
[0029]氣提冷凝管6為直形或蛇形冷凝管。
[0030]實施例2:
[0031]將丁醇生產菌接種至種子培養罐I中進行種子培養；之後通過泵10泵入攪拌式生物反應器2中發酵，發酵過程中通過泵11將發酵液從攪拌式生物反應器2中抽出泵入冷卻裝置3降低發酵液溫度，繼續泵入固定化裝置4實現菌株的固定化，再泵入菌液分離裝置5，菌液分離裝置5的截留液返回固定化裝置4中，菌液分離裝置5的流出液通過泵12泵回到攪拌式生物反應器2中，以此實現菌株細胞的固定化。細胞固定化的作用如下:①大部分細胞被吸附固定化材料吸附，小部分細胞懸浮在發酵液中，因此發酵液中的細胞密度降低，進而使發酵液粘度降低，有利於菌液分離，有利於對發酵液中丁醇和丙酮的氣提，從而提高氣提效率；②細胞被吸附材料吸附後，菌體在吸附材料表面形成膜狀結構，有助於提高菌體對丁醇和丙酮的抗性；③每次非細胞固定化發酵之前都需要重新接入種子液(菌體液)，而細胞固定化後，發酵前不需要接種，可以反覆使用之發酵。
[0032]菌體的固定化完成之後，保證固定化裝置4的溫度為30~40°C，攪拌式生物反應器的溫度為70°C ;開啟氣體分布器，利用氣提法從發酵液在線分離純化丁醇，丁醇經泵13泵入氣提冷凝管6再冷凝至儲罐7中，最終通過泵14泵入冷凝液收集器9中。
[0033]所述的丁醇生產菌為丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大腸桿菌或酪丁酸梭菌，優選丙酮丁醇梭菌。
[0034]氣體分布器所用的氣體為發酵過程中丁醇生產菌產生的氣體；氣體分布器間歇通入氣體，當發酵液中的丁醇濃度大於等於8g/L時通入氣體，當發酵液中的丁醇濃度低於8g/L時停止通入氣體。
[0035]氣體分布器的氣流速度為姆升發酵液中通入0.5~10L/min,氣體流動方向為向上或向下。
[0036]氣提冷凝管6的溫度為-20~20°C。
[0037]種子培養基在使用之前，要在121°C滅菌15min，冷卻到室溫後，接入丁醇生產菌。優選將丁醇生產菌培養到生長最活躍的對數期。為了將丁醇生產菌培養到對數期，培養時間優選為10-15h，更優選為12h ;培養溫度優選為35-39°C，更優選為37°C。
[0038]發酵培養基是為丙酮丁醇生產菌提供營養(主要是碳源)的，葡萄糖可以作為發酵培養基的碳源，澱粉、糖蜜、甘蔗渣水解液、木薯水解液或纖維素水解液等也都可以作為發酵培養基的碳源。所述的發酵培養基在接入丙酮丁醇生產菌種子液之前，先在i2rc滅菌15min後，通入氮氣或其他惰性氣體60-90min進行除氧處理，冷卻至室溫後，接入丙酮丁醇生產菌種子液。丙酮丁醇生產菌的接種量可根據發酵培養基的量和需要要進行適當調整，一般為5-15% (體積百分比)。
[0039]發酵溫度為35_40°C，優選為37°C。發酵過程中的PH控制在4.5左右，使用氫氧化鈉溶液和鹽酸溶液作為PH調節劑。當葡萄糖濃度低於一定濃度時，補加高濃度的糖(600g/L),使其繼續發酵。
[0040]本發明方法首先利用微濾膜的性質，使用微濾膜組成的菌液分離裝置5把菌體和發酵液分離開來；再利用攪拌式生物反應器2對發酵液進行加熱，加熱到70°C;然後利用丁醇、丙酮的揮發性和丁醇、丙酮在氣提中的擴散性原理，通過氣提法從發酵液中在線分離純化丁醇和丙酮，即ー邊進行發酵產生丁醇和丙酮，一邊從發酵液中分離純化丁醇和丙酮，從而使發酵液中丁醇和丙酮不斷被移取，降低丁醇和丙酮對細胞的毒害作用，延長了菌體存活時間和高速丁醇和丙酮發酵時間；剩餘的發酵液經泵11泵入冷卻裝置3中，使發酵液冷卻到發酵溫度37°C，通入到固定化發酵裝置4中繼續發酵。
[0041]氣提原料液為經菌液分離裝置分離後的發酵液(不含菌體)，氣提時所用氣體優選為發酵過程中丁醇生產菌產生的氣體，通常是二氧化碳和氫氣，根據需要，可適當通入少量外援氣體(氮氣或其他惰性氣體)，這樣既可以節省成本又可以提高氣提效率。其中，氣體在一定流速下通過發酵系統中的分布器變成毫米或微米尺度的氣泡進入發酵系統中進行氣堤，分布器的孔徑根據氣提需要變化。
[0042]如上所述，本發明的方法實現了對發酵過程中毒性抑制產物丁醇和丙酮的在線的不斷移除和有效回收與濃縮的雙重目的，提高了丁醇和丙酮的生產效率，降低了丁醇和丙酮的回收成本，給目前以生物法生產丁醇和丙酮及產物分離純化提供了新的技術支持，提高了發酵法生產丁醇和丙酮的經濟效益，適合於應用推廣。
[0043]實施例3:
[0044]丙酮丁醇生產菌:丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum strain),購買於中國普通微生物保藏管理中心(CGMCC5234)
[0045]種子培養基:酵母粉3g/L,蛋白腖5g/L,葡萄糖10g/L(常用葡萄糖有一分子的結晶水，實際要多稱10%)，こ酸銨2g/L，氯化鈉2g/L，七水合硫酸鎂3g/L，磷酸二氫鉀lg/L，磷酸氫二鉀lg/L，七水合硫酸亞鐵0.lg/L。
[0046]發酵培養基:碳源(葡萄糖60g/L)、磷酸鹽緩衝液(磷酸二氫鉀0.5g/L，磷酸氫二鉀0.5g/L)、こ酸銨2.2g/L、維生素(對氨基苯甲酸lmg/L,硫胺lmg/L,生物素0.01mg/L)、礦物鹽(一水合硫酸錳0.01g/L，氯化鈉0.01g/L，七水合硫酸鎂0.2g/L，七水合硫酸亞鐵
0.01g/L)。
[0047]丁醇生產菌的培養和發酵:種子培養基在配好後，要通氮氣除氧5-8min，再在121°C下滅菌15min，冷卻至室溫後，才能接入生產菌進行種子培養。將丁醇生產菌在種子罐I中與37°C的條件下培養12h後，接入發酵培養基中。發酵培養基配好後，在121°C下滅菌20min，再通入氮氣除氧30分鐘，冷卻至室溫後，通過泵10把種子罐I中的含有丁醇生產菌的種子液(發酵培養基體積的5%-15%)泵入攪拌式生物反應器2中，在37°C的條件下開始發酵，發酵15h後，啟動泵11、泵`12使含有丁醇生產菌的發酵培養基在冷卻裝置3、細胞固定化裝置4 (使用棉纖維作為吸附材料)、菌液分離裝置5和攪拌式生物反應器2中循環，實現細胞固定化。發酵培養基初始不調節PH值，當發酵PH低於4.5後，自動流加氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液，將PH控制在4.5左右。
[0048]丁醇和丙酮的分析使用常規的氣相色譜法，葡萄糖的濃度測定使用常規液相色譜法或DNS法。
[0049]氣體後分離得到的冷凝液中丁醇濃度可提高到515.2g/L。
[0050]丁醇和丙酮的冷凝液在冷凝液儲罐7中靜止分為上下兩層，上層為富集的丁醇有機相，丁醇濃度在758.5g/L左右，下層為水相，丁醇濃度在78.6g/L左右。
[0051]對比例1:無分離操作的丁醇和丙酮的發酵(分批發酵)。
[0052]按上述方法進行丁醇生產菌的培養和發酵。通過泵10把種子罐I中的含有丁醇生產菌的種子液(發酵培養基體積的5%-15%)泵入攪拌式生物反應器2中，在37°C的條件下開始發酵，發酵15h後，啟動泵11、泵12使含有丁醇生產菌的發酵培養基在冷卻裝置3、細胞固定化裝置4 (使用棉纖維作為吸附材料)、菌液分離裝置5和攪拌式生物反應器2中循環，實現細胞固定化同時發酵，直到結束。結果如表1所示，丁醇在發酵液中的終點濃度為15.lg/L。
[0053]對比例2:傳統的氣提法分離。
[0054]按上述方法進行丁醇生產菌的培養和發酵。把種子罐I中的含有丁醇生產菌的種子液接入攪拌式生物反應器2中發酵，當丁醇濃度達到8g/L左右，開始氣提同時冷凝，直到發酵結束。對氣提得到的冷凝產物進行收集、靜置，冷凝液沒有分層。傳統氣提法進行氣堤，採用發酵與氣提同時進行，並且無細胞固定化裝置4和菌液分離裝置5 ;另外，傳統法也未聯合其他分離方法。除此之外，傳統氣提法均與實例I相同。結果如表所示。結果表明傳統氣提法的氣提效率和丁醇回收濃度都很低，冷凝液中回收到的丁醇濃度為65.6g/L。
[0055]對比例3:傳統的固定化發酵與氣提耦合的方法分離。
[0056]按上述方法進行丁醇生產菌的培養和發酵。傳統的固定化發酵與氣提耦合的方法分離丁醇時，在發酵裝置和固定化裝置之間沒有接入微濾膜組成的菌液分離裝置，即沒有先將發酵液中的細胞與發酵液分離，把發酵液加熱到70°C再氣提，因此，發酵過程中菌體濃度會升高，導致氣提效率降低，而且在37°C丁醇揮發性不高，氣提耗費時間長，氣提冷凝的丁醇濃度不高。結果如表1所示。結果表明傳統的固定化發酵與氣提耦合的方法分離丁醇的濃度為134.4g/L。
[0057]對比例4:固定化發酵與氣提耦合(菌液分離)在37°C下分離純化丁醇。
[0058]按上述方法進行丁醇生產菌的培養和發酵。通過泵10把種子罐I中的含有丁醇生產菌的種子液(發酵培養基體積的5%-15%)泵入攪拌式生物反應器2中，在37°C的條件下開始發酵，發酵15h後，啟動泵11、泵12使含有丁醇生產菌的發酵培養基在冷卻裝置3、細胞固定化裝置4 (使用棉纖維作為吸附材料)、菌液分離裝置5和攪拌式生物反應器2中循環，實現細胞固定化同時發酵，當丁醇濃度達到8g/L左右，開啟啟動低溫循環恆溫槽8為氣提冷凝管6提供低溫冷凝液，啟動泵12開始氣堤。發酵-氣提過程中，當糖濃度低於一定濃度時，開始補加高濃度的糖，控制補加的量使其不達到丁醇生產菌最高耐糖濃度，避免糖抑制的發生。結果見表1。
[0059]對比例5:以丁醇和水的混合物為原料液在37°C下氣提分離純化丁醇。
[0060]通常發酵液中丁醇濃度小於15g/L。本發明分別以丁醇在水中的濃度為6g/L、10g/L、12g/L為原料液，在37°C下對原料液中的丁醇通過氣提法進行分離純化。氣提裝置與對比例4相同。結果見表2。
[0061]實施例4:固定化發酵與氣提耦合(菌液分離)在70°C下分離純化丁醇。
[0062]按上述方法進行丁醇生產菌的培養和發酵。通過泵10把種子罐I中的含有丁醇生產菌的種子液(發酵培養基體積的5%-15%)泵入攪拌式生物反應器2中，在37°C的條件下開始發酵，發酵15h後，啟動泵11、泵12使含有丁醇生產菌的發酵培養基在冷卻裝置3、細胞固定化裝置4 (使用棉纖維作為吸附材料)、菌液分離裝置5和攪拌式生物反應器2中循環，實現細胞固定化同時發酵，當丁醇濃度達到8g/L左右，對攪拌式生物反應器2進行加熱，加熱的同時開啟啟動低溫循環恆溫槽8為氣提冷凝管6提供低溫冷凝液，加熱到70°C吋，啟動泵12開始氣堤。發酵-氣提過程中，當糖濃度低於一定濃度吋，開始補加高濃度的糖，控制補加的量使其不達到丁醇生產菌最高耐糖濃度，避免糖抑制的發生。結果見表1。
[0063]實施例5:以丁醇和水的混合物為原料液在70°C下氣提分離純化丁醇。
[0064]通常發酵液中丁醇濃度小於15g/L。本發明分別以丁醇在水中的濃度為6g/L、10g/L、12g/L為原料液，在70°C下對原料液中的丁醇通過氣提法進行分離純化。氣提裝置與實施例4相同。結果見表2。
[0065]表1
【權利要求】
1.一種丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，其特徵在於，它包括種子培養罐(1)、攪拌式生物反應器(2)、冷卻裝置(3)，固定化裝置(4)，菌液分離裝置(5)，氣提冷凝管(6)，儲罐(7)、低溫循環恆溫槽(8)和冷凝液收集器(9);其中，攪拌式生物反應器(2)通過管道與種子培養罐(I)連通；攪拌式生物反應器(2)底部內置氣體分布器；攪拌式生物反應器(2)、冷卻裝置(3)、固定化裝置(4)、菌液分離裝置(5)依次順序連通，並形成循環迴路；且攪拌式生物反應器(2 )依次順序與氣提提冷凝管(6 )、儲罐(7 )連通，儲罐(7 )置於低溫循環恆溫槽(8)內，且儲罐(7)通過管道與冷凝液收集器(9)連通。
2.根據權利要求1所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，其特徵在幹，氣體分布器上附著有金屬模，金屬膜上有數個孔徑為0.5~I ii m的小孔。
3.根據權利要求1所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，其特徵在幹，固定化裝置(4)中的固定化材料為甘蔗渣、木屑、毛巾、竹炭纖維、樹脂、活性炭、沸石、納米纖維、細菌纖維素膜和聚酯纖維素膜中的任意一種或幾種的組合。
4.根據權利要求1所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，其特徵在幹，菌液分離裝置(5)採用微濾膜組件。菌液分離裝置(5)的流出液連通至攪拌式生物反應器(2)中，菌液分離裝置(5)的截留液回流至固定化裝置(4)中。
5.根據權利要求1所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的裝置，其特徵在幹，氣提冷凝管(6)為直形或蛇形冷凝管。
6.利用權利要求1所述裝置進行丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，其特徵在幹，將丁醇生產菌接種至種子培養罐(I)中進行種子培養；之後泵入攪拌式生物反應器(2)中發酵，發酵過程中通過泵將發酵液從攪拌式生物反應器(2)中抽出泵入冷卻裝置(3)降低發酵液溫度，繼續泵入固定化裝置(4)實現菌株的固定化，再泵入菌液分離裝置(5)，菌液分離裝置(5)的截留液返回固定化裝置(4)中，菌液分離裝置(5)的流出液回到攪拌式生物反應器(2 )中；菌體的固定化完成之後，保證固定化裝置(4 )的溫度為30~40°C，攪拌式生物反應器的溫度為70°C ;開啟氣體分布器，利用氣提法從發酵液在線分離純化丁醇，丁醇經氣提冷凝管(6)冷凝至儲罐(7)中，最終泵入冷凝液收集器(9)中。
7.根據權利要求6所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，其特徵在幹，所述的丁醇生產菌為丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大腸桿菌或酪丁酸梭菌。
8.根據權利要求6所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，其特徵在幹，氣體分布器所用的氣體為發酵過程中丁醇生產菌產生的氣體；氣體分布器間歇通入氣體或者連續通入氣體；間歇通入氣體吋，當發酵液中的丁醇濃度大於等於8g/L時通入氣體，當發酵液中的丁醇濃度低於8g/L時停止通入氣體；連續通入氣體吋，當發酵液中的丁醇濃度大於等於8g/L時通入氣體直至發酵結束。
9.根據權利要求6所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，其特徵在幹，氣體分布器的氣流速度為姆升發酵液中通入0.5~10L/min,氣體流動方向為向上或向下。
10.根據權利要求6所述的丙酮丁醇發酵偶聯分離純化製備丁醇的方法，其特徵在幹，氣提冷凝管(6)的溫度為-20~20°C。
【文檔編號】C12R1/19GK103555560SQ201310517574
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】應漢傑, 陳勇, 任恆飛, 朱晨傑, 吳菁嵐, 莊偉 , 謝婧婧, 郭亭 申請人:南京工業大學