一種生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇的工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇的工藝，屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)全球性能源危機(jī)認(rèn)識(shí)的不斷加深及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，從20世紀(jì)70年代中期開(kāi)始，利用生物技術(shù)和可再生資源(生物源)進(jìn)行乙醇的工業(yè)化生產(chǎn)，并以此作為石油能源的替代物成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。燃料乙醇可替代部分石油能源，發(fā)展燃料乙醇有利于緩解石油緊缺的矛盾；燃料乙醇具有和礦物燃料相似的燃燒性能，在汽油內(nèi)增加乙醇組份，使其含氧量、辛烷值提高，燃燒更加完全，汽車(chē)尾氣中CO和碳?xì)浠衔锱欧帕靠煞謩e降低30.8%和13.4%，其燃燒排放的CO2和生物源生長(zhǎng)消耗的CO2幾乎等量，減輕了中國(guó)面臨排放溫室氣體CO2的壓力，具有改善環(huán)境質(zhì)量的意義。
[0003]總體上，燃料乙醇是綠色可再生能源，發(fā)展燃料乙醇有益于保護(hù)環(huán)境和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，有利于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展，為以可再生能源為基礎(chǔ)的生物工業(yè)及生物化學(xué)工業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
[0004]為了在發(fā)酵的過(guò)程中移出發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇，降低產(chǎn)物抑制作用，達(dá)到提高原料利用率以及乙醇產(chǎn)率的目的，研究者提出了發(fā)酵過(guò)程和分離技術(shù)相耦合的連續(xù)發(fā)酵過(guò)程，分離技術(shù)包括氣提法、真空法、萃取法、膜分離法等。如上所提出的膜分離過(guò)程與乙醇發(fā)酵耦合，均能在一定程度上消除了產(chǎn)物對(duì)酵母細(xì)胞的抑制作用，提高原料利用率和發(fā)酵產(chǎn)率，降低乙醇回收過(guò)程中的能耗。但系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滲透通量和分離因子隨時(shí)間的延長(zhǎng)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，不但影響發(fā)酵效率，還需定期對(duì)膜進(jìn)行清洗，增加成本，縮短了膜的使用壽命。目前已有研究結(jié)果表明，發(fā)酵液成分復(fù)雜，長(zhǎng)期直接與膜表面接觸，發(fā)酵液中的組分(如酵母細(xì)胞、葡萄糖)以及發(fā)酵副產(chǎn)物(如琥珀酸、甘油)等對(duì)膜的敏感性影響了膜的分離性能和穩(wěn)定性。因此需要一種新的膜分離技術(shù)，減小或避免膜污染的情況，保證發(fā)酵與分離過(guò)程的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述制備方法的不足，提供一種蒸汽滲透技術(shù)分離回收發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇的工藝，具體步驟如下:
[0007](I)用70wt.%的乙醇溶液清洗膜組件和管路，以達(dá)到滅菌的目的，然后再用滅菌水沖洗以消除殘留乙醇對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，最后用熱風(fēng)吹干膜組件和管路，達(dá)到再次滅菌的目的；
[0008](2)配制培養(yǎng)基，A組分為葡萄糖、KH2PO4, MgSO4,濃度分別為400g.L'20g.L'
1.2g.L-1，B組分為酵母膏、(NH4)2SO4,濃度分別為32g.L'20g.L-1、C組分CaCl2濃度為0.6g.L_\放入滅菌鍋中高溫120°C滅菌，冷卻室溫后混合均勻；
[0009](3)酵母菌復(fù)水活化15_20min ；
[0010](4)將步驟(2)的培養(yǎng)基和步驟(3)的酵母菌混合均勻，加蒸餾水配制成發(fā)酵液500mL，投入膜器下方，發(fā)酵液溫度為35°C，發(fā)酵19h ；
[0011](5)開(kāi)啟真空泵，采用膜器進(jìn)行蒸汽滲透-乙醇發(fā)酵耦合實(shí)驗(yàn)49小時(shí)；
[0012](6)每隔2h，收集膜后側(cè)收集液，使用阿貝折光儀測(cè)定收集液中的乙醇含量；
[0013](7)停止實(shí)驗(yàn)，取出膜器中的發(fā)酵液，進(jìn)行抽濾蒸餾等操作，除去酵母菌等雜質(zhì)，采用阿貝折光儀測(cè)定其中的乙醇含量。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:硅橡膠復(fù)合膜屬于優(yōu)先透醇膜，且不透過(guò)酵母細(xì)胞和鹽份，對(duì)細(xì)胞活性不會(huì)產(chǎn)生影響，并通過(guò)蒸汽滲透的方法，進(jìn)行生物乙醇的實(shí)時(shí)在線分離，不但提高乙醇發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，提高乙醇產(chǎn)量，而且減少了后處理的費(fèi)用。方法工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易行、能耗低、分離速度快、分離效率高、使用周期長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是生物質(zhì)乙醇發(fā)酵-蒸汽滲透耦合工藝流程圖，其中I為料液罐；2為恒溫水浴槽；3為緩沖瓶；4為氣體泵;5為轉(zhuǎn)子流量計(jì)；6為膜器；7為閥門(mén)；8為冷阱；9為真空泵；10為氣體分布器；11為N2。
【具體實(shí)施方式】
[0016]以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案及其達(dá)到的效果做進(jìn)一步描述，但以下實(shí)例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。
[0017]實(shí)施例1
[0018](I)實(shí)驗(yàn)前，用70wt.%的乙醇溶液清洗膜組件和管路，以達(dá)到滅菌的目的，然后再用滅菌水沖洗以消除殘留乙醇對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，最后用熱風(fēng)吹干膜組件和管路，達(dá)到再次滅菌的目的；
[0019](2)配制培養(yǎng)基，A組分為葡萄糖、KH2PO4, MgSO4,濃度分別為400g.L'20g.L'
1.2g.L-1，B組分為酵母膏、(IiH4)2SO4，濃度分別為32g.L'20g.L-1、C組分CaCl2濃度為0.6g.L_\ A、B、C組分放入滅菌鍋中高溫120°C滅菌，冷卻室溫后混合均勻；
[0020](3)酵母菌復(fù)水活化15_20min ；
[0021](4)將步驟(2)的培養(yǎng)基和步驟(3)的酵母菌混合均勻，加蒸餾水配制成發(fā)酵液500mL，投入膜器下方，發(fā)酵液溫度為35°C，發(fā)酵19h ；
[0022](5)開(kāi)啟真空泵，進(jìn)行原位蒸汽滲透-乙醇發(fā)酵耦合實(shí)驗(yàn)49小時(shí)；
[0023](6)每隔2h，收集膜后側(cè)收集液，使用阿貝折光儀測(cè)定收集液中的乙醇含量；
[0024](7)停止實(shí)驗(yàn)，取出膜器中的發(fā)酵液，進(jìn)行抽濾蒸餾等操作，除去酵母菌等雜質(zhì)，采用阿貝折光儀測(cè)定其中的乙醇含量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇的工藝，包括膜器，發(fā)酵罐，PDMS硅橡膠膜，其特征在于，工藝具體步驟如下: (I)用70wt.%的乙醇溶液清洗膜組件和管路，以達(dá)到滅菌的目的，然后再用滅菌水沖洗以消除殘留乙醇對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，最后用熱風(fēng)吹干膜組件和管路，達(dá)到再次滅菌的目的； ⑵配制培養(yǎng)基，A組分為葡萄糖、KH2PO4' MgSO4,濃度分別為400g.L_\20g.L-1、1.2g.L-1，B組分為酵母膏、(NH4)2SO4,濃度分別為32g.L'20g.L-1、C組分CaCl2濃度為0.6g.L_\放入滅菌鍋中高溫120°C滅菌，冷卻室溫后混合均勻； (3)酵母菌復(fù)水活化15-20min； (4)將步驟(2)的培養(yǎng)基和步驟(3)的酵母菌混合均勻，加蒸餾水配制成發(fā)酵液500mL，投入膜器下方，發(fā)酵液溫度為35°C，發(fā)酵19h ； (5)開(kāi)啟真空泵，利用膜器進(jìn)行蒸汽滲透-乙醇發(fā)酵耦合工藝分離回收乙醇； (6)每隔2h，收集膜后側(cè)收集液，使用阿貝折光儀測(cè)定收集液中的乙醇含量； (7)停止實(shí)驗(yàn)，取出膜器中的發(fā)酵液，進(jìn)行抽濾蒸餾等操作，除去酵母菌等雜質(zhì)，采用阿貝折光儀測(cè)定其中的乙醇含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(5)中所述膜器的型式可以為中空纖維式、卷式、平板式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，步驟(5)中所述的滲透測(cè)可以通過(guò)抽真空的方式，滲透測(cè)真空度為10-30mmHg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，該技術(shù)也可適用于其他的易揮發(fā)性產(chǎn)品的分離，如丁醇、丙醇、丙酮、1，3_丙二醇、丁酸和甘油等。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)發(fā)酵-蒸汽滲透膜耦合生產(chǎn)乙醇的工藝，以硅橡膠復(fù)合膜，利用蒸汽滲透技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵-分離的耦合過(guò)程，乙醇濃度為111.3g·L-1，滲透?jìng)?cè)乙醇濃度達(dá)到60wt.％左右。本發(fā)明在不影響生物活性的前提下，打破產(chǎn)物乙醇對(duì)發(fā)酵過(guò)程的抑制作用，提高生物質(zhì)的發(fā)酵效率，縮短了發(fā)酵周期，提高了發(fā)酵強(qiáng)度，同時(shí)也提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力；在連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中可以補(bǔ)加高濃度的料液，有效利用發(fā)酵液中大量的生物活性物質(zhì)，并可以得到清潔高濃度的產(chǎn)物，減少后處理的難度，降低了后期精餾過(guò)程的能耗；整個(gè)過(guò)程降低了生物乙醇的生產(chǎn)成本，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【IPC分類(lèi)】C12P7-06
【公開(kāi)號(hào)】CN104561123
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310473961
【發(fā)明人】李云, 吳浩
【申請(qǐng)人】常州北化群星新材料研發(fā)中心有限公司
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月11日