一种生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置。包括：发酵罐，用于采用厌氧法进行琥珀酸的发酵；环氧乙烷尾气通入口，连接于发酵罐上；丁醇发酵尾气通入口，连接于发酵罐上；微滤膜，连接于发酵罐；超滤膜，连接于微滤膜的渗透侧；第一纳滤膜，连接于超滤膜的渗透侧；结晶器，连接于第一纳滤膜的截留侧；离心机，连接于结晶器，获得琥珀酸。本实用新型专利技术联用了丁醇发酵和环氧乙烷工业尾气、强化了琥珀酸发酵过程，操作简便，为企业技术革新、节能减排提供了一条新路。

【技术实现步骤摘要】
一种生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置
本技术涉及一种利用丁醇发酵和环氧乙烷工业尾气生物转化琥珀酸的生产装置，具体涉及一种通过尾气比例调控发酵大肠杆菌制备琥珀酸的方法，属于生物发酵

技术介绍
随着全球人口和工业化的增长，能源需求急剧增长。近年来，丁醇作为一种优秀的燃料替代品受到了国内外研究人员的高度重视。然而，生物法制备燃料丁醇的发酵过程中，丙酮酸和乙酰乙酸的脱羧反应以及厌氧呼吸的作用释放大量CO2气体，同时胞内还原力NAD(P)H会以H2的形式流失，造成了大量碳源和能量的浪费，这大大降低了该厌氧发酵过程的原子经济性。生物丁醇发酵过程中每立方发酵液可产生8~10立方的尾气，其中含有60～80%CO2和20～40%H2。利用生物转化过程将这部分CO2和H2资源化，不仅可以减少温室气体的排放，还能够进一步提高生物转化过程的碳原子经济性，彰显循环生物经济的特色。厌氧琥珀酸发酵过程因其能够大量固定CO2而被认为是一种绿色环保的生物过程。每形成一分子的琥珀酸，便可固定一分子的CO2。琥珀酸发酵过程中CO2气体首先经过气液界面溶解在溶液中，然后电离成HCO3-,CO32-和CO2三种形式（其总和被统称为溶解CO2，dCO2），最后通过细胞膜进入胞内解离为HCO3－被菌体利用。因此，CO2的供给方式也是决定琥珀酸固定CO2效率的关键之一。在厌氧琥珀酸发酵中胞内还原力NADH供给不足是限制其产量进一步提高的重要因素。H2作为一种高还原力的物质，不但可以有效维持发酵体系的厌氧环境，还可被部分微生物利用转化成胞内还原力NADH，供给细胞生长和产物合成。工业环氧乙烷气体的制备主要是通过乙烯在催化剂银的作用下氧化生成，其主反应是：其副反应会有大量的二氧化碳和水生成，因此，所得反应产物主要是环氧乙烷、二氧化碳和水，其中环氧乙烷约为85%，生成的乙醛量小于环氧乙烷的0.1%，生产中生成的甲醛量则更小。因此，环氧乙烷生产过程所产生的尾气经脱水后的CO2含量可达99%。环氧乙烷尾气虽然可以通过高昂价格的处理装置搜集，目前为止，国际同行使用的处理方式不多，很难找到一个彻底、经济的合理方法。
技术实现思路
本技术提供一种利用丁醇发酵和环氧乙烷工业尾气生物转化琥珀酸的生产方法，其对琥珀酸发酵效率显著提高，且发酵的琥珀酸产量高、糖转化率高，CO2固定效率高。本技术采用的技术方案如下：一种高效生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的方法，包括如下步骤：第1步，获得丁醇发酵尾气以及工业环氧乙烷尾气；第2步，获得用于琥珀酸发酵的种子液；第3步，获得用于生物固定丁醇发酵尾气以及工业环氧乙烷尾气的培养基；第4步，将第1步中得到的丁醇发酵尾气以及工业环氧乙烷尾气以及第2步中得到的种子液供入培养基中，进行发酵，获得含有琥珀酸的发酵液。在一个实施方式中，种子培养基中包括：LB培养基，包括蛋白胨10g/L,酵母粉5g/L,andNaCl5g/L。在一个实施方式中，发酵培养基中按照每升计，包括：3.0g柠檬酸,3.0gNa2HPO4·7H2O,8.0gKH2PO4,8.0g(NH4)2HPO4,0.2gNH4Cl,0.8g(NH4)2SO4,1.0gMgSO4·7H2O,10.0mgCaCl2·2H2O,0.5mgZnSO4·7H2O,0.3mgCuCl2·2H2O,2.5mgMnSO4·H2O,1.8mgCoCl2·6H2O,0.1mgH3BO3,1.8mgAl2(SO4)3·5H2O,0.5mgNa2MoO4·2H2O,16.1mg柠檬酸铁,20.0mgVB1,and2.0mg生物素,0.12g甜菜碱,100g/L葡萄糖。在一个实施方式中，第4步中进行发酵时，还包括：对丁醇发酵尾气以及工业环氧乙烷尾气构成的混合气体中的CO2含量进行调控的步骤。在一个实施方式中，所述的进行调控是指调控丁醇发酵尾气以及工业环氧乙烷尾气的体积比。在一个实施方式中，所述的进行调控是指将混合气体中的CO2含量调至95%-90%。在一个实施方式中，所述的丁醇发酵尾气中CO2含量为60%-80%，其余为H2。在一个实施方式中，所述的环氧乙烷副产物产生的脱水尾气CO2含量约为99%。在一个实施方式中，第4步中发酵温度是35-38℃，发酵时间控制在50-100h。在一个实施方式中，第4步中琥珀酸发酵菌株是E.coliBSM209或琥珀酸高产工业大肠杆菌。在一个实施方式中，还包括：对第4步中获得的含有琥珀酸的发酵液中提取琥珀酸的步骤，包括以下步骤：S1，对发酵液采用微滤膜进行过滤处理；S2，对微滤的透过液采用超滤膜进行浓缩处理；S3，对超滤膜的透过液采用第一纳滤膜浓缩处理；S4，纳滤膜的浓缩液进行结晶、离心后，获得琥珀酸。在一个实施方式中，所述的微滤膜的平均孔径范围是50-200nm。在一个实施方式中，所述的超滤膜的截留分子量是5000-20000Da。在一个实施方式中，所述的第一纳滤膜的截留分子量是200-400Da。在一个实施方式中，将超滤膜的浓缩液中加入絮凝剂进行絮凝处理，絮凝后的清液中加入二价金属盐离子，再送入第二纳滤膜进行过滤处理，使琥珀酸透过第二纳滤膜，采用反渗透膜对第二纳滤膜的透过液进行浓缩后，再进行结晶、离心处理，获得琥珀酸。在一个实施方式中，第二纳滤膜的截留分子量是400-800Da。在一个实施方式中，所述的二价金属盐离子是氯化镁或者氯化钙，加入量是1-5g/L。一种高效生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置，包括：发酵罐，用于采用厌氧法进行琥珀酸的发酵；环氧乙烷尾气通入口，连接于发酵罐上，用于向发酵罐中供入环氧乙烷生产尾气；丁醇发酵尾气通入口，连接于发酵罐上，用于向发酵罐中供入丁醇发酵尾气；微滤膜，连接于发酵罐，用于对发酵后的发酵液进行微滤处理，去除菌体和固体杂质；超滤膜，连接于微滤膜的渗透侧，用于对微滤膜的渗透液进行超滤处理，分离蛋白和琥珀酸；第一纳滤膜，连接于超滤膜的渗透侧，用于对超滤膜的渗透液中的琥珀酸进行浓缩；结晶器，连接于第一纳滤膜的截留侧，用于对第一纳滤膜的浓缩液进行结晶；离心机，连接于结晶器，用于对结晶产生的母液进行离心处理，获得琥珀酸。在一个实施方式中，超滤膜的浓缩侧连接于絮凝槽，絮凝槽用于对超滤膜中获得的浓缩液进行絮凝处理，去除大分子蛋白和胶体；絮凝槽上设有絮凝剂投加罐，用于向絮凝槽中加入絮凝剂；还包括：第二纳滤膜，连接于絮凝槽的清液侧，用于对絮凝槽中得到的清液进行纳滤处理，使小分子蛋白和琥珀酸分离；在第二纳滤膜的进料口上还连接有二价盐加入口，用于向进料口中加入二价盐；反渗透膜，连接于第二纳滤膜的的渗透侧，用于对第二纳滤膜的渗透液进行浓缩处理；反渗透膜的浓缩侧连接于结晶器。在一个实施方式中，第一纳滤膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置，其特征在于，包括：/n发酵罐（8），用于采用厌氧法进行琥珀酸的发酵；/n环氧乙烷尾气通入口（6），连接于发酵罐（8）上，用于向发酵罐（8）中供入环氧乙烷生产尾气；/n丁醇发酵尾气通入口（7），连接于发酵罐（8）上，用于向发酵罐（8）中供入丁醇发酵尾气；/n微滤膜（9），连接于发酵罐（8），用于对发酵后的发酵液进行微滤处理，去除菌体和固体杂质；/n超滤膜（10），连接于微滤膜（9）的渗透侧，用于对微滤膜（9）的渗透液进行超滤处理，分离蛋白和琥珀酸；/n第一纳滤膜（11），连接于超滤膜（10）的渗透侧，用于对超滤膜（10）的渗透液中的琥珀酸进行浓缩；/n结晶器（12），连接于第一纳滤膜（11）的截留侧，用于对第一纳滤膜（11）的浓缩液进行结晶；/n离心机（13），连接于结晶器（12），用于对结晶产生的母液进行离心处理，获得琥珀酸。/n

【技术特征摘要】
1.一种生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置，其特征在于，包括：
发酵罐（8），用于采用厌氧法进行琥珀酸的发酵；
环氧乙烷尾气通入口（6），连接于发酵罐（8）上，用于向发酵罐（8）中供入环氧乙烷生产尾气；
丁醇发酵尾气通入口（7），连接于发酵罐（8）上，用于向发酵罐（8）中供入丁醇发酵尾气；
微滤膜（9），连接于发酵罐（8），用于对发酵后的发酵液进行微滤处理，去除菌体和固体杂质；
超滤膜（10），连接于微滤膜（9）的渗透侧，用于对微滤膜（9）的渗透液进行超滤处理，分离蛋白和琥珀酸；
第一纳滤膜（11），连接于超滤膜（10）的渗透侧，用于对超滤膜（10）的渗透液中的琥珀酸进行浓缩；
结晶器（12），连接于第一纳滤膜（11）的截留侧，用于对第一纳滤膜（11）的浓缩液进行结晶；
离心机（13），连接于结晶器（12），用于对结晶产生的母液进行离心处理，获得琥珀酸。


2.根据权利要求1所述的生物固定丁醇发酵尾气和工业环氧乙烷尾气的装置，其特征在于，超滤膜（10）的浓缩侧连接于絮凝槽（14），絮凝槽（14）用于对超滤膜（10）中获得的浓缩液进行絮凝处理，去除大分子蛋白...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺爱永，许家兴，张哲玮，胡磊，夏军，刘晓燕，徐继明，邱忠洋，
申请(专利权)人：淮阴师范学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32