專利名稱：無機膜生物反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
(技術(shù)領(lǐng)域)本實用新型涉及一種生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的無機膜生物反應(yīng)裝置。
(背景技術(shù))在生物發(fā)酵制乙醇過程中，隨著發(fā)酵罐中發(fā)酵產(chǎn)物乙醇濃度的增加，會對發(fā)酵過程產(chǎn)生反饋抑制作用，使酶活性減弱，生物發(fā)酵能力降低，從而直接影響了原料的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品的得率，因此生產(chǎn)能力較低。為保持較高的乙醇轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化速率，需要不斷分離移去發(fā)酵液中的乙醇，但目前的乙醇生產(chǎn)裝置大多無法連續(xù)實現(xiàn)此過程，生產(chǎn)效率低，能耗高。
(發(fā)明內(nèi)容)本實用新型的目的是提供一種無機膜生物反應(yīng)器，它能連續(xù)地分離移去發(fā)酵液中生成的乙醇，減少終產(chǎn)物乙醇對生物的反應(yīng)的反饋抑制，提高生物反應(yīng)的生產(chǎn)速率，降低能耗。
本實用新型無機膜生物反應(yīng)裝置含有發(fā)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(cè)涂有無機膜；發(fā)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(fā)酵罐的進口；微濾膜分離器的夾套出口通過料液泵經(jīng)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(fā)酵罐相通；透醇膜分離器的夾套設(shè)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涂有MFI型分子篩膜。
發(fā)酵罐的進口裝有預(yù)熱器，透醇膜分離器的膜管出口端通過預(yù)熱器放熱后返回發(fā)酵罐。
本裝置將無機膜分離器與生物發(fā)酵罐耦合而成的一種新型生物反應(yīng)裝置，它可將含有乙醇的發(fā)酵液連續(xù)地抽出，先通過微濾膜初步滲透，再加熱后由透醇膜滲透汽化，使其中的乙醇從發(fā)酵液中分離增濃，而未透過的發(fā)酵液從膜管的出口不斷返回發(fā)酵罐繼續(xù)參與生化反應(yīng)〔即發(fā)酵〕。
綜上所述，本實用新型裝置在泵的動力下，使發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)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(fā)酵液返回發(fā)酵罐，發(fā)酵液在不斷循環(huán)的過程中，將發(fā)酵罐內(nèi)生成的乙醇連續(xù)地分離移出，并把乙醇濃縮到40-99.5wt％左右。從而降低了乙醇對生物發(fā)酵的反饋抑制效應(yīng)，發(fā)酵過程得以連續(xù)進行，提高轉(zhuǎn)化率，降低了能耗。
〔
〕附圖是本實用新型無機膜生物反應(yīng)裝置的示意圖。
圖中1是發(fā)酵罐；3是微濾膜分離器，器內(nèi)含有外壁涂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(nèi)含有外壁涂有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(yǎng)劑由原料進口管8經(jīng)預(yù)熱器7連續(xù)加入發(fā)酵罐1中，發(fā)酵罐的出口通過泵2將含有乙醇的發(fā)酵液物料送入微濾膜分離器3的夾套31內(nèi)，下端進入膜管內(nèi)，在真空泵6的抽吸下，物料中的乙醇和一部分發(fā)酵液透過微濾膜進入膜管32的管內(nèi)，隨后被泵2′送入加熱器4，升溫后入透醇膜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(nèi)，并從管的出口通過閥8″不斷流出，收集作為乙醇產(chǎn)品或送去進一步精制得無水乙醇產(chǎn)品。微濾膜夾套31上端出口流出的未透過液合并入原料進口管8，返回發(fā)酵罐1內(nèi)。透醇膜夾套51的上端出口流出的未透過液通過預(yù)熱器7與來自閥8的原料液換熱后返回發(fā)酵罐1內(nèi)。上述發(fā)酵液不斷抽出和返回，連續(xù)循環(huán)。
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在陶瓷管的外壁涂有MFI型無機分子篩膜。
〔具體實施方式
〕打開閥8，注入新鮮培養(yǎng)基。將料液通過預(yù)熱器7加熱至35℃左右，連續(xù)注入發(fā)酵罐內(nèi)進行發(fā)酵，同時用液泵2將含有3-25wt％的乙醇的發(fā)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℃，然后送入透醇膜分離器5；未透過的酵母細胞和發(fā)酵液循環(huán)回發(fā)酵罐，與流加到發(fā)酵罐中的新鮮培養(yǎng)基混合繼續(xù)進行發(fā)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，進入下一步工藝精制或直接進入產(chǎn)品儲罐；未透過的料液從夾套51上端流出，先與新鮮培養(yǎng)基進行熱量交換，然后注入發(fā)酵罐循環(huán)。
權(quán)利要求1.無機膜生物反應(yīng)裝置，含有發(fā)酵罐，其特征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涂有無機分子篩膜；發(fā)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(fā)酵罐；微濾膜分離器的膜管出口通過料液泵經(jīng)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(fā)酵罐；透醇膜的膜管設(shè)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(jù)權(quán)利要求1的無機膜生物反應(yīng)裝置，其特征是微濾膜分離器采用的的膜為無機陶瓷微濾膜，孔徑在0.1-1μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無機膜生物反應(yīng)裝置，其特征是透醇膜分離器的膜管涂有MFI型分子篩膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3的無機膜生物反應(yīng)裝置，其特征是透醇膜分離器的夾套出口通過預(yù)熱器后返回發(fā)酵罐。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的無機膜生物反應(yīng)裝置，其特征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(yīng)裝置，含有以管路連通的發(fā)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(shù)與生物反應(yīng)技術(shù)耦合，將酵罐內(nèi)含乙醇的發(fā)酵液通過泵連續(xù)輸送，經(jīng)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(chǎn)品或送去進一步精制，而未透過的發(fā)酵液從膜管的出口端返回發(fā)酵罐繼續(xù)反應(yīng)。本裝置實現(xiàn)了連續(xù)分離移去反應(yīng)產(chǎn)物乙醇而降低乙醇對反應(yīng)的反饋抑制作用的目的，使乙醇轉(zhuǎn)化率提高，能耗降低。無機膜以陶瓷管為支撐體，透醇膜采用MFI型無機分子篩膜，微濾膜采用無機陶瓷膜。
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(yōu)先權(quán)日2003年5月13日
發(fā)明者林曉, 徐南平, 宋軍, 仲盛來 申請人:南京工業(yè)大學