一种分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法，装置包括发酵装置和气提-渗透气化耦合提纯装置，使用时先培养丙酮丁醇生产菌，再用丙酮丁醇生产菌发酵得到丁醇和丙酮；采用气提-渗透气化耦合提纯法在线分离纯化丁醇和丙酮：气提用发酵过程中丙酮丁醇生产菌产生的气体，将气体通入发酵系统中形成气泡，对丙酮丁醇生产菌发酵液中的丁醇和丙酮进行气提，通过冷凝装置冷凝气提得到的丁醇和丙酮；再使用渗透气化膜提纯丁醇和丙酮，渗透气化过程的原料液为气提得到的冷凝液的下层水相；渗透气化膜的透过液，冷凝回收或直接进入下一级分离装置。本发明专利技术通过有效提高了丁醇和丙酮的分离提纯效率，给目前以生物法生产丁醇和丙酮及产物分离提纯提供了新的技术支持。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于生物
技术介绍
丁醇作为一种重要的替代性液体能源和化学品，可以通过微生物发酵法获得，详见文献Diirre, P. Biobutanol: an attractive biofuel. Biotechnol. J. 2: 1525 -1534,2007。但是用丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌发酵生产丁醇时，同时会产生丙酮，发酵液中终点的丁醇浓度通常不超过2.0% (w/v),丙酮浓度不超过1.0% (w/v)0并且，丁醇的沸点为117. 7°C，高于水的沸点100°C。因此，如果利用传统的精馏或蒸馏分离法，其分离成本极高，经济上是不可行的，很难实现工业化生产(Matsumura, M. , Kataoka, H. , Sueki,M.，Arakij K. Energy saving effect of pervaporation using oleyl alcohol liquid membrane in butanol purification. Bioprocess Eng. 3 :93_100，1988)。可替代性分离技术如液-液萃取、气提、吸附等，可以通过在发酵过程中不断移除并回收对细胞产生抑制的产物丁醇，提高发酵效率，是提高生物法生产丁醇的有效技术。但是目前利用这些分离技术进行分离，主要的问题是分离效率低，分离产物浓度低，因此，需要开发新技术对产物进行脱水提纯，提高分离效率。因此，本专利技术利用气提-渗透气化耦合提纯法进行发酵产物丁醇和丙酮的分离纯化，可以有效得到高浓度的丁醇和丙酮，降低分离成本。其中，气提-渗透气化耦合提纯法的优势在于，通过偶联发酵系统在线分离丁醇和丙酮，和其他在线分离回收技术相比，操作简单、对细胞无毒害、分离产品清洁无杂质，目标产物和细胞自然分离等优点(Ezeji TC, Qureshi N, Blaschek HP. Production of acetone, butanol and ethanolby Clostridium beijerinckii BAlOl and in situ recovery by gas stripping.World J Microbiol Biotechnol. 19:595-603,2003)。利用渗透气化膜对丁醇和丙酮的高选择性，纯化气提冷凝法分离得到的丁醇和丙酮产物，可以得到高浓度的丁醇和丙酮。其优点在于，利用传统的膜分离技术分离丁醇之前，需要价格昂贵的超滤膜从发酵液中分离细胞，如果细胞分离不彻底，容易造成整个装置的膜污染，导致生产成本急剧增加(Qureshi, N. , Meagher, Μ. Μ. , Huang, J. C., Hutkins, R. ff. Acetone butanol ethanol(ABE) recovery by pervaporation using silicalite~silicone composite membranefrom fed-batch reactor of Clostridium acetobutylicum. J. Membr. Sci. 187 93-102，2001)。而本专利技术可以节省分离细胞的成本，并且解决了渗透气化膜的污染问题。到目前为止，未见使用气提-渗透气化耦合提纯法对丁醇和丙酮进行分离纯化的报道和相关专利。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高效生产并分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法。为实现上述目的，本专利技术提供了分离纯化丁醇和丙酮的结构装置如下—种分离纯化丁醇和丙酮的装置，是一种气提-渗透气化耦合提纯装置与发酵装置偶联的装置，装置包括两部分发酵装置和气提-渗透气化耦合提纯装置；发酵装置由种子培养罐、泵G、生物反应器、泵A、和细胞固定化装置连接而成；气提-渗透气化耦合提纯装置包括气提冷凝装置和渗透气化冷凝装置；气提冷凝装置由冷凝管、冷凝液储罐A、低温冷却恒温槽、泵B、泵C和泵E组成；渗透气化冷凝装置由泵D、恒温加热器、储罐A、膜池、储罐B、真空泵、冷阱、泵F和冷凝液储罐B连接而成。利用上述装置分离纯化丁醇和丙酮的方法，通过先培养丙酮丁醇生产菌，再用丙酮丁醇生产菌发酵得到丁醇和丙酮；采用气提-渗透气化耦合提纯法从发酵液在线分离纯化丁醇和丙酮；其中气提-渗透气化耦合提纯法具体步骤如下气提用发酵过程中丙酮丁醇生产菌产生的自产气体，气提冷凝过程的原料液为丙酮丁醇生产菌的发酵液，气体进入发酵系统中形成气泡进行气提，通过冷凝装置冷凝气提得到的丁醇和丙酮；再使用渗透气化膜提纯丁醇和丙酮，渗透气化冷凝过程的原料液为气提得到的冷凝液的下层水相；渗透气化膜的透过液，冷凝回收或直接进入下一级分离装置。 在本专利技术的方法中，丙酮丁醇生产菌为丙酮丁醇梭菌、拜氏梭菌、大肠杆菌或酪丁酸梭菌等丙酮丁醇生产菌株。优选丙酮丁醇生产菌发酵系统包括细胞固定化装置，其中使用的吸附材料选自木块、陶瓷、海绵、毛巾、树脂、活性碳、沸石中的至少一种。在气提-渗透气化耦合提纯法中优选所用的气体为发酵过程中丙酮丁醇生产菌产生的自产气体如二氧化碳和氢气，气提冷凝过程中的原料液为含有丁醇和丙酮的丙酮丁醇生产菌的发酵液，气体进入发酵系统中形成气泡进行气提；在气提-渗透气化耦合提纯法中优选渗透气化膜为高选择性的有机疏水膜和有机无机混合膜，渗透气化冷凝过程的原料液为气提得到的冷凝液的下层水相，膜透过液用装置冷凝或液氮直接冷凝，装置冷凝时温度为-30 - +15°C，在膜透过液一侧保持真空度在5 - 200kPao通过本专利技术的方法，在不增加设备投资和节省提纯能耗的前提下，有效提高了丁醇和丙酮的生产和分离提纯效率，为目前以生物法生产丁醇和丙酮为主的液体生物燃料和生物基化学品的生产和分离提纯提供了新的技术支持。附图说明图I为本专利技术中用于生产和分离纯化丁醇和丙酮的装置结构示意图。图2为气提过程中冷凝液和发酵液中丁醇浓度的关系图。图3为气提过程中冷凝液和发酵液中丙酮浓度的关系图。图4为PDMS聚合膜的扫描电镜照片图。图5为PDMS/20%ZSM_5的混合膜的扫描电镜照片图。 图6为PDMS/80%ZSM_5的混合膜的扫描电镜照片图。图I中I种子培养罐；2生物反应器；3细胞固定化装置；4泵A ;5泵B ;6泵C ;7泵D ;8冷凝管；9冷凝液储罐A ； 10低温冷却恒温槽；11泵E;12泵F;13泵G;14恒温加热器；15储罐A ; 16膜池；17储罐B ; 18冷阱；19真空泵；20冷凝液储罐B。具体实施例方式以下结合技术方案和附图详细叙述本专利技术的具体实施方式。第一步，培养丙酮丁醇生产菌首先，如图I所示，在种子培养罐I中，使用种子培养基来培养丙酮丁醇生产菌。对所述丙酮丁醇生产菌没有特别限制，可列举丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、拜氏梭菌(Clostridium bei jerinckii )、大肠杆菌(Escherichia coli )或酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)等生产丙酮丁醇的工程菌,优选丙酮丁醇梭菌。所述种子培养基在使用之前，先通入氮气或其他惰性气体10分钟进行除氧处理 后，再在121°C灭菌30分钟，冷却到室温后，接入丙酮丁醇生产菌。将丙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种分离纯化丁醇和丙酮的装置，是一种气提？渗透气化耦合提纯装置与发酵装置偶联的装置，其特征在于，装置包括两部分：发酵装置和气提？渗透气化耦合提纯装置；发酵装置由种子培养罐（1）、泵G（13）、生物反应器（2）、泵A（4）和细胞固定化装置（3）连接而成；气提？渗透气化耦合提纯装置包括气提冷凝装置和渗透气化冷凝装置；气提冷凝装置由冷凝管（8）、冷凝液储罐A（9）、低温冷却恒温槽（10）、泵B（5）、泵C（6）和泵E（11）组成；渗透气化冷凝装置由泵D（7）、恒温加热器（14）、储罐A（15）、膜池（16）、储罐B（17）、真空泵（19）、冷阱（18）、泵F（12）和冷凝液储罐B（20）连接而成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛闯，杨尚天，白凤武，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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