專利名稱：一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生 產(chǎn)生物丁醇的裝置。
背景技術(shù)：
生物丁醇是指利用現(xiàn)有的生物資源，通過生物發(fā)酵生產(chǎn)制取的丁醇。丁醇廣泛用 于有機合成塑料、樹脂、油漆、醫(yī)藥和國防工業(yè)。丁醇除可用作溶劑外還是一種潛在的大綜 動力燃料，它的燃燒值和汽油相當，是汽車用油的替代品?，F(xiàn)有的生物丁醇生產(chǎn)工藝是通過 對淀粉類物質(zhì)或纖維素水解后的糖類物質(zhì)，高溫殺菌，接種丙酮丁醇梭菌、丙酮丁酸桿菌、 糖丁酸梭菌或巴氏芽孢梭菌發(fā)酵，蒸餾分離等工藝進行生產(chǎn)得到的，由于發(fā)酵過程中丁醇 生成濃度的增加，超過I0g/1時對發(fā)酵菌種有抑制作用。以玉米淀粉配制的醪液為例，在 現(xiàn)有領(lǐng)域中，如果玉米淀粉質(zhì)量濃度大于8. 5%，由于產(chǎn)生丁醇量多，丁醇濃度達到最大值 10_13g/l就對發(fā)酵菌種產(chǎn)生抑制不能繼續(xù)發(fā)酵，所以多余的發(fā)酵底物不能徹底利用，造成 原料浪費。如醪液濃度配比發(fā)酵底物濃度太低，盡管發(fā)酵能徹底進行，但是由于生成的丁醇 濃度太低，給下游蒸餾分離工段造成浪費大量的蒸汽，不利于節(jié)能減排。目前有串聯(lián)發(fā)酵罐 進行連續(xù)發(fā)酵的裝置，但是現(xiàn)有裝置都不能直接將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁醇分離，影響丁醇 的產(chǎn)率。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，該 裝置可將發(fā)酵過程產(chǎn)生的丁醇分離出來，既提高了設(shè)備的利用率，又減少了醪液的蒸發(fā)量， 達到了節(jié)能減排和獲得最大產(chǎn)量丁醇的目的。本實用新型采用以下技術(shù)方案一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，包括前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵 罐，前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵罐之間設(shè)有滲透汽化膜分離裝置。所述前一發(fā)酵罐和滲透汽化膜分離裝置之間設(shè)有加熱器，加熱器的出口與滲透汽 化膜分離裝置的上游側(cè)進口連接，上游側(cè)的出口與后一發(fā)酵罐的進口連接。所述滲透汽化膜分離裝置的下游側(cè)連接有真空系統(tǒng)，下游側(cè)和真空系統(tǒng)之間設(shè)有 冷卻設(shè)備，冷卻設(shè)備的液體出口與精餾裝置連接。所述前一發(fā)酵罐與加熱器之間設(shè)有固液分離設(shè)備，固液分離設(shè)備的液相出口與加 熱器的進口連接，固液分離設(shè)備的固相出口與下一發(fā)酵罐連接。所述加熱器與前一發(fā)酵罐之間設(shè)有旁通管道。所述固液分離設(shè)備、加熱器和滲透汽化膜分離裝置位于密閉罩內(nèi)，密閉罩的進氣 口與前一發(fā)酵罐的出氣口連接，密閉罩的出氣口與氣體收集罐連接。所述下一發(fā)酵罐上設(shè)有補料裝置、加堿裝置和PH值檢測口。所述滲透汽化膜分離裝置內(nèi)設(shè)膜為透醇膜，透醇膜的材質(zhì)為硅橡膠或聚二甲基硅
3氧烷等。本實用新型是在串聯(lián)的發(fā)酵罐之間設(shè)置滲透汽化膜分離裝置，通過該設(shè)備將發(fā)酵 過程中產(chǎn)生的丁醇分離出來，讓發(fā)酵連續(xù)進行，從而獲得丁醇的最大產(chǎn)量；設(shè)置加熱器是保 證進入滲透汽化膜分離裝置的液體溫度可以適應內(nèi)設(shè)膜，設(shè)置固液分離設(shè)備對含有固形物 的發(fā)酵醪液進行固液分離，防止固相堵塞內(nèi)設(shè)膜；設(shè)置密閉罩使?jié)B透汽化膜分離過程、加熱 過程、固液分離過程的設(shè)備置于無氧氣氛中，該無氧氣氛可由發(fā)酵過程產(chǎn)生的二氧化碳和 氫氣的混合氣提供，也可采用外部氣體提供，將固液分離設(shè)備、加熱器和滲透汽化膜分離裝 置置于密閉罩內(nèi)，將該密閉罩與前一發(fā)酵罐的出氣口連接即可，可使密閉罩內(nèi)的填充氣體 為前一發(fā)酵罐產(chǎn)生的二氧化碳和氫氣混合氣，二氧化碳和氫氣排出密閉罩后回收氣體。具體過程為發(fā)酵醪液中沒有固形物時直接經(jīng)加熱后壓入滲透汽化膜分離裝置的 上游側(cè)，已生成丁醇的發(fā)酵醪液中含有固形物時需先通過固液分離設(shè)備進行固液分離，液 相部分經(jīng)加熱后壓入滲透汽化膜分離裝置上游側(cè)，進入上游側(cè)的發(fā)酵醪液中的丁醇經(jīng)透醇 膜滲透至下游側(cè)，在下游側(cè)的真空環(huán)境下丁醇汽化被抽出，汽化的丁醇經(jīng)冷卻設(shè)備冷卻為 液態(tài)，然后精餾；分離丁醇后的發(fā)酵醪液經(jīng)上游側(cè)排出送入下一發(fā)酵罐繼續(xù)發(fā)酵，經(jīng)固液分 離后的固相部分送入下一發(fā)酵罐繼續(xù)發(fā)酵。本實用新型就是根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的這一特性，在串聯(lián)的發(fā)酵罐之間設(shè)置滲 透汽化膜分離裝置，通過該設(shè)備將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁醇分離出來，避免丁醇濃度過高對 發(fā)酵菌種的抑制，讓發(fā)酵連續(xù)進行，最高可提高生物丁醇產(chǎn)率3倍，節(jié)省二分之一蒸汽，減 少百分之六十以上的廢水排放，為生物丁醇生產(chǎn)企業(yè)帶來非?？捎^的經(jīng)濟效益。

圖1為實施例1連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例2連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為實施例3連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
實施例1，如圖1所示的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，包括前一發(fā) 酵罐1和下一發(fā)酵罐6，前一發(fā)酵罐1和下一發(fā)酵罐6之間設(shè)有加熱器3和滲透汽化膜分離 裝置4，加熱器3的出口與滲透汽化膜分離裝置4的上游側(cè)41進口連接，上游側(cè)41的出口 與后一發(fā)酵罐6的進口連接；滲透汽化膜分離裝置4的下游側(cè)42連接有真空系統(tǒng)13，下游 側(cè)42和真空系統(tǒng)13之間設(shè)有冷卻設(shè)備5，冷卻設(shè)備5的液體出口與精餾裝置51連接。下 一發(fā)酵罐6上設(shè)有補料裝置8、加堿裝置9和pH值檢測口 7。具體過程為采用糖液作為發(fā)酵底物時，發(fā)酵12-45小時后的發(fā)酵醪液由前一發(fā) 酵罐1排出后經(jīng)加熱器3加熱至40-60°C，然后壓入滲透汽化膜分離裝置4的上游側(cè)41，丁 醇經(jīng)膜滲透至下游側(cè)42，在真空系統(tǒng)13提供的真空度為100-600Pa環(huán)境下丁醇汽化被抽 出，分離丁醇后的發(fā)酵醪液直接從上游側(cè)41排出送入下一發(fā)酵罐6繼續(xù)發(fā)酵，由補料裝置 8向下一發(fā)酵罐6中補充含糖物質(zhì)，使混合后的醪液含糖質(zhì)量百分比為10% -24%，通過pH 值檢測口 7檢測pH值，通過加堿裝置9加堿控制pH值為4. 3-7，使發(fā)酵正常進行；汽化的 丁醇經(jīng)冷卻設(shè)備5冷卻為液態(tài)，然后送精餾裝置51精餾，從而實現(xiàn)發(fā)酵過程中連續(xù)不斷地將丁醇分離出去。滲透汽化膜分離裝置4內(nèi)設(shè)的膜為透醇膜，透醇膜的材質(zhì)為硅橡膠或聚
二甲基硅氧烷等。實施例2，如圖2所示的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，與實施例1 的不同之處在于前一發(fā)酵罐1與加熱器3之間設(shè)有固液分離設(shè)備2，固液分離設(shè)備2的液 相出口與加熱器3的進口連接，固液分離設(shè)備2的固相出口與下一發(fā)酵罐6連接；固液分離 設(shè)備2、加熱器3和滲透汽化膜分離裝置4位于密閉罩10內(nèi)，密閉罩10的進氣口與前一發(fā) 酵罐1的出氣口連接，密閉罩10的出氣口與氣體收集罐11連接。下一發(fā)酵罐6上設(shè)有補 料裝置8、加堿裝置9和pH值檢測口 7。過程與實施例1的不同之處在于發(fā)酵醪液先經(jīng)固液分離設(shè)備2分離，液相部分進 入滲透汽化膜分離裝置4，固相部分和膜分離后的液相部分進入下一發(fā)酵罐6 ；加熱器3、固 液分離設(shè)備2位于前一發(fā)酵罐1排出的二氧化碳和氫氣混合氣體提供的密封罩10無氧氣 氛中，防止設(shè)備密閉不嚴造成發(fā)酵菌種的接觸氧產(chǎn)生的酸敗，保證醪液的清潔。實施例3，如圖3所示，與實施例2不同之處在于加熱器3與前一發(fā)酵罐1之間 設(shè)置旁通管道12，使同一套裝置同時適用需要固液分離和不需要固液分離兩種情況，不需 要固液分離時開啟旁通管道12的閥門，關(guān)閉固液分離設(shè)備2的閥門，需要固液分離時則相 反，同一套裝置經(jīng)過閥門實現(xiàn)兩用。
權(quán)利要求一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，包括前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵罐，其特征在于前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵罐之間設(shè)有滲透汽化膜分離裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述前一發(fā)酵罐和滲透汽化膜分離裝置之間設(shè)有加熱器，加熱器的出口與滲透汽化膜分離裝 置的上游側(cè)進口連接，上游側(cè)的出口與后一發(fā)酵罐的進口連接。
3.如權(quán)利要求2所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述滲透汽化膜分離裝置的下游側(cè)連接有真空系統(tǒng)，下游側(cè)和真空系統(tǒng)之間設(shè)有冷卻設(shè)備， 冷卻設(shè)備的液體出口與精餾裝置連接。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特 征在于所述前一發(fā)酵罐與加熱器之間設(shè)有固液分離設(shè)備，固液分離設(shè)備的液相出口與加 熱器的進口連接，固液分離設(shè)備的固相出口與下一發(fā)酵罐連接。
5.如權(quán)利要求4所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述加熱器與前一發(fā)酵罐之間設(shè)有旁通管道。
6.如權(quán)利要求5所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述固液分離設(shè)備、加熱器和滲透汽化膜分離裝置位于密閉罩內(nèi)，密閉罩的進氣口與前一發(fā) 酵罐的出氣口連接，密閉罩的出氣口與氣體收集罐連接。
7.如權(quán)利要求6所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述下一發(fā)酵罐上設(shè)有補料裝置、加堿裝置和PH值檢測口。
8.如權(quán)利要求7所述的連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，其特征在于所 述滲透汽化膜分離裝置內(nèi)設(shè)膜為透醇膜。
專利摘要本實用新型屬于發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置，該裝置包括前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵罐，前一發(fā)酵罐和下一發(fā)酵罐之間設(shè)有滲透汽化膜分離裝置。本實用新型在串聯(lián)的發(fā)酵罐之間設(shè)置滲透汽化膜分離裝置，通過該設(shè)備將發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁醇分離出來，避免丁醇濃度過高對發(fā)酵菌種的抑制，讓發(fā)酵連續(xù)進行，最高可提高生物丁醇產(chǎn)率3倍，節(jié)省二分之一蒸汽，減少百分之六十以上的廢水排放，為生物丁醇生產(chǎn)企業(yè)帶來非?？捎^的經(jīng)濟效益。
文檔編號C12M1/34GK201686697SQ2010201793
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者王建設(shè), 王紹鵬 申請人:王建設(shè)