利用吸附劑原位吸附發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化在線生產(chǎn)及分離丁醇、丙酮和乙醇的方法技術(shù)

利用吸附劑原位吸附發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化在線生產(chǎn)及分離丁醇、丙酮和乙醇的方法，屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：①培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌；②發(fā)酵的同時利用吸附劑在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用滲透汽化膜對丁醇、丙酮和乙醇粗品進(jìn)行二次純化，透過滲透汽化膜的蒸氣冷凝回收得到高純度丁醇、丙酮和乙醇，本發(fā)明專利技術(shù)有益效果為本發(fā)明專利技術(shù)有益效果為發(fā)酵效率高、分離提純成本低。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，屬于生物

技術(shù)介紹
丁醇是一種重要的液體能源和化學(xué)品，可以通過微生物發(fā)酵法獲得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇(ABE)發(fā)酵生產(chǎn)丁醇，同時會產(chǎn)生丙酮和乙醇，及少量有機(jī)酸。(詳見非專利文獻(xiàn)Kumar, M, Gayen, K. · Developments in biobutanol production:new insights. Applied Energy,88:1999-2012,2011).但是發(fā)酵液中終點的丁醇濃度通常在I. O 2. 0% (w/v),丙酮濃度在0.5 1.0% (w/v)。并且，丁醇的沸點為117. 7°C，高于水的沸點 100°C。因此，如果利用傳統(tǒng)的精餾或蒸餾分離法，其分離成本極高，經(jīng)濟(jì)上是不可行的， 很難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)(詳見非專利文獻(xiàn)Matsumura, M. , Kataoka, H. , Sueki, M. , Araki, K. Energy saving effect of pervaporation using oleyl alcohol liquid membrane in butanolpurification. Bioprocess Eng. 3 :93-100,1988)。目前國內(nèi)通常采用精餾，萃取和滲透汽化三種方法進(jìn)行丁醇的分離。如果利用傳統(tǒng)精餾方法，從含有O. 5% (w/v) 丁醇的發(fā)酵液中分離純化丁醇到99. 9% (w/v)，需要能量79. 5MJ/kg 丁醇。如果發(fā)酵液中的丁醇濃度提高到I. 0% (w/v),需要的能量可以減少到36MJ/kg 丁醇,和丁醇自有的能量相等(詳見非專利文獻(xiàn)0udshoorn, A. , Vander Wielen LAM, Straathof AJJ. Assessment of options for selective I-butanol recoveryfrom aqueous solutions. Ind Eng Chem Res. 48:7325-7336，2009)。另外，米用精懼塔進(jìn)行分離，通常需要多個精餾塔串聯(lián)，雖然分離得到的丁醇濃度高，但是需要大量的蒸汽加熱，從能量消耗平衡角度看，經(jīng)濟(jì)上是不可行的(詳見專利文獻(xiàn)李春利，王洪海，王榮良，方靜，張鵬。分離乙醇、丙酮和丁醇發(fā)酵醪液的精餾工藝方法。公開號CN101397236A;徐西東，孫太喜。一種節(jié)能環(huán)保的丁醇丙酮生產(chǎn)方法；公開號CN101302542A ;歐陽勝利，李永輝，張志強(qiáng)， 陶敏莉，錢勝華，呂惠生，董秀芹，張敏華。制備生物丁醇中乙醇塔的熱耦合節(jié)能系統(tǒng)及操作方法。公開號CN 101530672A)。如果利用萃取的方法，液體油水層之間容易形成乳化層， 不容易分離。另外，所用的萃取劑通常對生產(chǎn)菌至少產(chǎn)生輕微毒害，影響發(fā)酵效率。最后， 對萃取劑層中溶解的丁醇濃度不高，導(dǎo)致分離效率很低，并且再次分離，由于萃取劑的比熱容很高，需要消耗的能量很大。因此，綜合考慮，萃取技術(shù)有其很大的弊端和局限性(詳見專利文獻(xiàn)應(yīng)明。一種丙酮丁醇原位萃取連續(xù)發(fā)酵裝置及工藝。CN 101948737A ;王建設(shè)，王紹鵬。一種連續(xù)萃取發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的方法和裝置。CN 101787378A;張延平，王鑫昕， 李寅,王少華。一種生產(chǎn)丁醇的方法。CN 101418320A)。利用滲透汽化技術(shù)分離丁醇的研究也較多，通過多級滲透汽化分離，可以獲得相對高濃度的丁醇，但是最大的問題是滲透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此給分離過程帶來生產(chǎn)安全隱患。另外，滲透汽化之前， 需要通過微濾裝置除去細(xì)胞，微濾裝置本身也容易堵塞，不但生產(chǎn)成本高，也有安全隱患(詳見專利文獻(xiàn)秦培勇，李樹峰，譚天偉，秦帆。一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇。CN 102757984A;王建設(shè)，王紹鵬。一種連續(xù)滲透汽化耦合發(fā)酵生產(chǎn)生物丁醇的裝置。 CN201686697U ;金萬勤，姜岷，劉公平，吳昊。生物質(zhì)發(fā)酵與滲透汽化耦合原位分離丙酮、丁醇和乙醇的工藝。CN101805754A)。因此，需要開發(fā)新技術(shù)對產(chǎn)物進(jìn)行提純，提高分離效率。因此，本專利技術(shù)利用吸附劑原位吸附ABE發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化法，即利用吸附劑在發(fā)酵進(jìn)行過程中吸附并富集產(chǎn)物丁醇，丙酮和乙醇，可以通過脫附回收方式得到高濃度的丁醇，丙酮和乙醇的粗品，該粗品不含有細(xì)胞，因此整個工藝過程不需要分離細(xì)胞過程，然后用滲透汽化膜對粗品進(jìn)行二次提純，避免了滲透汽化膜的污染問題。并且和先微濾在滲透汽化過程相比，脫附得到的粗品中含有的丁醇，丙酮和乙醇濃度更高，有利于滲透汽化得到更高濃度的產(chǎn)品。其中，吸附劑吸附耦合滲透汽化法的優(yōu)勢在于，通過微生物發(fā)酵與吸附耦合可以快速吸附發(fā)酵液中的丁醇，丙酮和乙醇，并通過加熱脫附回收丁醇，丙酮和乙醇，并通過滲透汽化進(jìn)一步濃縮得到超高濃度的丁醇，丙酮和乙醇。到目前為止，未見使用吸附劑原位吸附ABE發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化生產(chǎn)和分離丁醇，丙酮和乙醇的工藝和相關(guān)專利。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)利用吸附劑原位吸附在線分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇，吸附結(jié)束后脫附回收得到丁醇、丙酮 和乙醇粗品，利用滲透汽化膜對丁醇、丙酮和乙醇粗品進(jìn)行二次純化，得到高純度丁醇、丙酮和乙醇，與傳統(tǒng)精餾方法相比節(jié)省了大量的耗能。本專利技術(shù)提供了，包括如下步驟①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌，得到種子液；②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用吸附劑在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用滲透汽化膜對丁醇、丙酮和乙醇粗品進(jìn)行二次純化，透過滲透汽化膜的蒸氣冷凝回收得到含高純度丁醇、丙酮和乙醇產(chǎn)品。本專利技術(shù)上述滲透汽化膜優(yōu)選為透醇膜或透水膜，其形式為管式膜、卷式膜、平板膜和中空纖維膜中的至少一種。現(xiàn)有技術(shù)中通常能產(chǎn)生丁醇的菌種發(fā)酵的同時也產(chǎn)生其他物質(zhì)，不僅發(fā)酵效率低，得到的產(chǎn)物純度也低，本專利技術(shù)利用吸附劑原位吸附發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化在線分離并提純丁醇、丙酮和乙醇，本專利技術(shù)有益效果為 第一:發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁醇、丙酮和乙醇是抑制性產(chǎn)物，利用吸附劑移除丁醇、丙酮和乙醇能有效提高發(fā)酵效率;第二 :吸附劑能使發(fā)酵液與產(chǎn)物分離；第三吸附劑可以富集丁醇、丙酮和乙醇，且具有選擇性吸附，對丁醇吸附能力最強(qiáng)，有利于得到高濃度的含丁醇混合物粗品；第四、滲透汽化膜對丁醇具有選擇性滲透，能進(jìn)一步提純粗品得到高純度丁醇、丙酮和乙醇；第五、脫附后得到的粗品為不含細(xì)胞的澄清液體，對滲透汽化膜無污染。現(xiàn)有技術(shù)中分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇，常見方法為萃取、精餾和滲透汽化。萃取的缺點為通常的萃取劑沸點高，比熱容大，分離時消耗大量能量；精餾的缺點為耗能大，分離丁醇耗能一般為36 79. 5MJ/kg ;單獨滲透汽化的缺點是容易膜污染，造成工廠停工。本專利技術(shù)分離提純發(fā)酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法為先利用吸附劑原位吸附偶聯(lián)發(fā)酵分離，再利用滲透汽化提純，其優(yōu)點為吸附劑具有選擇性吸附，對丁醇的吸附能力最強(qiáng)， 吸附劑還具有富集作用，最后吸附劑比熱容小，易快速脫附，耗能低，脫附得到的粗品很清潔，不會對滲透汽化膜造成污染。另外，粗品中丁醇、丙酮和乙醇的濃度高于發(fā)酵液中丁本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
利用吸附劑原位吸附發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化在線生產(chǎn)及分離丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步驟：①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌，得到種子液；②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用吸附劑在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用滲透汽化膜對丁醇、丙酮和乙醇粗品進(jìn)行二次純化，透過滲透汽化膜的蒸氣冷凝回收得到含高純度丁醇、丙酮和乙醇產(chǎn)品。

【技術(shù)特征摘要】
1.利用吸附劑原位吸附發(fā)酵偶聯(lián)滲透汽化在線生產(chǎn)及分離丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步驟 ①將丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌接入已除氧和滅菌的種子營養(yǎng)基，培養(yǎng)丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌，得到種子液； ②將步驟①種子液接入已除氧和滅菌的發(fā)酵營養(yǎng)基，利用丙酮丁醇乙醇生產(chǎn)菌發(fā)酵生產(chǎn)丁醇、丙酮和乙醇，發(fā)酵的同時利用吸附劑在線原位吸附丁醇、丙酮和乙醇； ③吸附結(jié)束后脫附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品； ④利用滲透汽化膜對丁醇、丙酮和乙醇粗品進(jìn)行二次純化，透過滲透汽化膜的蒸氣冷凝回收得到含高純度丁醇、丙酮和乙醇產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述發(fā)酵方式...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：薛闖，楊尚天，白鳳武，
申請(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：