一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法。该方法包括以下步骤：A，利用第一级渗透汽化膜对发酵醪液中的挥发性有机物进行浓缩和分离，获得第一级渗透汽化分离产物；B，利用第二级渗透汽化膜对第一级渗透汽化分离产物进行继续浓缩，获得第二级渗透汽化分离产物；C，利用第三级渗透汽化膜对第二级渗透汽化分离产物进行脱水，获得无水溶剂。其中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜均为疏水性渗透汽化膜；所述第三级渗透汽化膜为亲水性渗透汽化膜。所述方法操作方便、能耗低，降低生物化学品的分离成本，可广泛应用于生物化学品的生产；同时还可用于低浓度有机废水中无水溶剂的回收和分离。

【技术实现步骤摘要】
一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法
本专利技术属于膜分离
，具体涉及一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法。
技术介绍
利用生物质生产替代燃料和化学品是缓解化石能源枯竭和全球气候变暖的有效途径。在替代燃料和生物化学品的发酵法生产过程中，其挥发性发酵产物浓度低，导致利用传统精馏法分离产物时，后续分离成本高、能耗大、经济效益差，极大影响了生物化学品发酵生产的工业化应用。渗透汽化法是一种通过渗透汽化膜对待分离物质选择性渗透，实现目标产物高效分离的方法。根据分离目标的不同，渗透汽化膜的类型可以大致分为亲水性渗透汽化膜和疏水性渗透汽化膜。其中疏水性渗透汽化膜可以应用于低浓度挥发性有机物的分离和富集，并可以通过与发酵过程的耦合，实现对挥发性发酵产物的原位分离，改善产物的分离效率。亲水性渗透汽化膜主要用于高浓度有机物的脱水，实现无水溶剂产物的制备。目前采用渗透汽化膜分离生物化学品的方法存在有分离过程的效率低、能耗较高，操作复杂，污染环境，且不具有普遍适用性等问题。因此，需要提出一种具备普遍适用性，可用于不同挥发性有机质，且高效、节能的全膜法分离工艺，用以制备生物无水溶剂产物。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法，该方法通过全膜法分离，将发酵醪液中的挥发性有机物进行浓缩、脱水，减少发酵过程中产物的抑制和发酵产物的分离能耗，降低生物化学品的生产成本，可广泛应用于生物燃料、生物化学品的生产，及低浓度有机废水中溶剂的回收和分离。为此，本专利技术提供了一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法，其包括以下步骤：A，利用第一级渗透汽化膜对发酵液中的挥发性有机物进行浓缩和分离，获得第一级渗透汽化分离产物；B，利用第二级渗透汽化膜对第一级渗透汽化分离产物进行继续浓缩，获得第二级渗透汽化分离产物；C，利用第三级渗透汽化膜对第二级渗透汽化分离产物进行脱水，获得无水溶剂；其中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜均为疏水性渗透汽化膜；所述第三级渗透汽化膜为亲水性渗透汽化膜。根据本专利技术，所述第一级渗透汽化膜的温度控制在10-60℃，第二级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃，第三级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃。在本专利技术的一些实施例中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜的材质均包括八甲基环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、纤维素及纤维素改性材料中的一种或多种。在本专利技术的另一些实施例中，所述第三级渗透汽化膜的材质包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺、高分子离聚物、壳聚糖、藻朊酸、醋酸纤维素及醋酸纤维素改性材料中的一种或多种。根据本专利技术，所述第一级渗透汽化膜、第二级渗透汽化膜和第三级渗透汽化膜的类型均包括板式膜、卷式膜或中空纤维膜。根据本专利技术，各步骤渗透汽化的传质推动力为在渗透汽化膜透过侧的真空体系，或在渗透汽化膜的透过侧进行气体吹扫。在本专利技术的一些实施例中，所述真空体系的真空度在1kpa以下；所述气体吹扫的流量为0.5-10m/s的惰性气体流。在本专利技术的一些实施方式中，步骤A中挥发性有机物与第一级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态。在本专利技术的一些实施方式中，步骤B中第一级渗透汽化分离产物与第二级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态。在本专利技术的一些实施方式中，步骤C中第二级渗透汽化分离产物与第三级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态。根据本专利技术，所述方法还可用于分离回收含有挥发性有机物的水溶液中的无水溶剂；所述含有挥发性有机物的水溶液中的挥发性有机物含量小于30wt％。在本专利技术的一些实施方式中，所述挥发性有机物包括乙醇、丁醇、异丙醇、甲苯、二甲苯、异戊二烯和丙酮中的一种或多种。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述方法将疏水性渗透汽化膜和亲水性渗透汽化膜分离级联，构建了面向发酵液溶剂原位分离和脱水的生化分离过程。在溶剂分离过程中，避免了传统精馏过程高能耗、高成本等问题，操作方便，能耗低，降低生物化学品的分离成本，可广泛应用于生物燃料、生物化学品的生产；同时，本专利技术所述的方法还可用于低浓度有机废水中无水溶剂的回收和分离。附图说明下面将结合附图来说明本专利技术。图1为实施例中所采用的分离发酵液中无水溶剂的装置图；图中附图标记的含义如下：1补料罐；2补料泵；3发酵罐；4第一级渗透汽化液体循环泵；5第一级渗透汽化膜组件；6第一级渗透汽化冷阱；7第二级渗透汽化液体循环泵；8第二级渗透汽化膜组件；9第二级渗透汽化冷阱；10第三级渗透汽化液体循环泵；11第三级渗透汽化膜组件；12第三级渗透汽化冷阱；13干燥器；14真空泵。具体实施方式为使本专利技术容易理解，下面将详细说明本专利技术。如前所述，现有的分离发酵液中无水溶剂的膜分离方法操作复杂、分离成本高且不具有通用性。因此，需要提出一种具备普遍适用性，且高效、节能的全膜法分离工艺，用以制备生物无水溶剂产物。为此，本专利技术所涉及的一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法，其包括以下步骤：A，利用第一级渗透汽化膜对发酵液中的挥发性有机物进行浓缩和分离，获得第一级渗透汽化分离产物；其中，挥发性有机物与第一级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态所述发酵液可为挥发性有机物发酵终止后获得的发酵液，也可以为挥发性有机物发酵过程中获得的发酵液；所述挥发性有机物的发酵方式优选为反复批次发酵、补料分批发酵或连续发酵，以实现和发酵和渗透汽化分离的耦合。B，利用第二级渗透汽化膜对第一级渗透汽化分离产物进行继续浓缩，获得更高溶剂浓度的第二级渗透汽化分离产物；其中，第一级渗透汽化分离产物与第二级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态。C，利用第三级渗透汽化膜对第二级渗透汽化分离产物进行脱水，留在第三级渗透汽化膜渗余侧的溶剂即获得的无水溶剂；其中，第二级渗透汽化分离产物与第三级渗透汽化膜的结合相态为气态和/或液态。根据本专利技术，第一级渗透汽化膜的温度控制在10-60℃；第二级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃；第三级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃。在本专利技术的一些实施例中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜的材质均包括八甲基环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、纤维素及纤维素改性材料中的一种或多种。在本专利技术的另一些实施例中，所述第三级渗透汽化膜的材质包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺、高分子离聚物、壳聚糖、藻朊酸、醋酸纤维素及醋酸纤维素改性材料中的一种或多种。根据本专利技术，所述第一级渗透汽化膜、第二级渗透汽化膜和第三级渗透汽化膜的类型均包括板式膜、卷式膜或中空纤维膜。根据本专利技术，各步骤中渗透汽化的传质推动力为在渗透汽化膜透过侧的真空体系，或在渗透汽化膜的透过侧进行气体吹扫；其中，所述真空体系的真空度在1kpa以下；优选所述真空体系的真空度在300pa以下；所述气体吹扫的流量为0.5-10m/s的惰性气体流。根据本专利技术，所述方法还可用于分离回收含有挥发性有机物的水溶液中的无水溶剂；所述挥发性有机物的水溶液中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法，其包括以下步骤：A，利用第一级渗透汽化膜对发酵液中的挥发性有机物进行浓缩和分离，获得第一级渗透汽化分离产物；B，利用第二级渗透汽化膜对第一级渗透汽化分离产物进行继续浓缩，获得第二级渗透汽化分离产物；C，利用第三级渗透汽化膜对第二级渗透汽化分离产物进行脱水，获得无水溶剂；其中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜均为疏水性渗透汽化膜；所述第三级渗透汽化膜为亲水性渗透汽化膜。

【技术特征摘要】
1.一种利用渗透汽化膜分离发酵液中无水溶剂的方法，其包括以下步骤：A，利用第一级渗透汽化膜对发酵液中的挥发性有机物进行浓缩和分离，获得第一级渗透汽化分离产物；B，利用第二级渗透汽化膜对第一级渗透汽化分离产物进行继续浓缩，获得第二级渗透汽化分离产物；C，利用第三级渗透汽化膜对第二级渗透汽化分离产物进行脱水，获得无水溶剂；其中，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜均为疏水性渗透汽化膜；所述第三级渗透汽化膜为亲水性渗透汽化膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一级渗透汽化膜的温度控制在10-60℃，第二级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃，第三级渗透汽化膜的温度控制在10-90℃。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一级渗透汽化膜和第二级渗透汽化膜的材质均包括八甲基环四硅氧烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷、羟基封端聚二甲基硅氧烷、乙烯基封端聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、聚丙烯、聚苯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、纤维素及纤维素改性材料中的一种或多种。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述第三级渗透汽化膜的材质包括聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酸、聚酰胺、聚酰亚胺、高分子离聚物、壳聚糖、藻朊酸、醋酸纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭天伟，蔡的，秦培勇，胡嵩，张长伟，贾晴晴，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11