利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法技术

利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法，属于生物技术领域，包括如下步骤：①培养丙酮丁醇乙醇生产菌；②发酵的同时利用吸附剂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用渗透汽化膜对丁醇、丙酮和乙醇粗品进行二次纯化，透过渗透汽化膜的蒸气冷凝回收得到高纯度丁醇、丙酮和乙醇，本发明专利技术有益效果为本发明专利技术有益效果为发酵效率高、分离提纯成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于生物

技术介绍
丁醇是一种重要的液体能源和化学品，可以通过微生物发酵法获得，通常采用丙酮-丁醇-乙醇(ABE)发酵生产丁醇，同时会产生丙酮和乙醇，及少量有机酸。(详见非专利文献Kumar, M, Gayen, K. · Developments in biobutanol production:new insights. Applied Energy,88:1999-2012,2011).但是发酵液中终点的丁醇浓度通常在I. O 2. 0% (w/v),丙酮浓度在0.5 1.0% (w/v)。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(详见非专利文献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)。目前国内通常采用精馏，萃取和渗透汽化三种方法进行丁醇的分离。如果利用传统精馏方法，从含有O. 5% (w/v) 丁醇的发酵液中分离纯化丁醇到99. 9% (w/v)，需要能量79. 5MJ/kg 丁醇。如果发酵液中的丁醇浓度提高到I. 0% (w/v),需要的能量可以减少到36MJ/kg 丁醇,和丁醇自有的能量相等(详见非专利文献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，米用精懼塔进行分离，通常需要多个精馏塔串联，虽然分离得到的丁醇浓度高，但是需要大量的蒸汽加热，从能量消耗平衡角度看，经济上是不可行的(详见专利文献李春利，王洪海，王荣良，方静，张鹏。分离乙醇、丙酮和丁醇发酵醪液的精馏工艺方法。公开号CN101397236A;徐西东，孙太喜。一种节能环保的丁醇丙酮生产方法；公开号CN101302542A ;欧阳胜利，李永辉，张志强， 陶敏莉，钱胜华，吕惠生，董秀芹，张敏华。制备生物丁醇中乙醇塔的热耦合节能系统及操作方法。公开号CN 101530672A)。如果利用萃取的方法，液体油水层之间容易形成乳化层， 不容易分离。另外，所用的萃取剂通常对生产菌至少产生轻微毒害，影响发酵效率。最后， 对萃取剂层中溶解的丁醇浓度不高，导致分离效率很低，并且再次分离，由于萃取剂的比热容很高，需要消耗的能量很大。因此，综合考虑，萃取技术有其很大的弊端和局限性(详见专利文献应明。一种丙酮丁醇原位萃取连续发酵装置及工艺。CN 101948737A ;王建设，王绍鹏。一种连续萃取发酵生产生物丁醇的方法和装置。CN 101787378A;张延平，王鑫昕， 李寅,王少华。一种生产丁醇的方法。CN 101418320A)。利用渗透汽化技术分离丁醇的研究也较多，通过多级渗透汽化分离，可以获得相对高浓度的丁醇，但是最大的问题是渗透汽化膜的制作成本高，容易被污染，因此给分离过程带来生产安全隐患。另外，渗透汽化之前， 需要通过微滤装置除去细胞，微滤装置本身也容易堵塞，不但生产成本高，也有安全隐患(详见专利文献秦培勇，李树峰，谭天伟，秦帆。一种生物质发酵耦合渗透汽化分离生产丁醇。CN 102757984A;王建设，王绍鹏。一种连续渗透汽化耦合发酵生产生物丁醇的装置。 CN201686697U ;金万勤，姜岷，刘公平，吴昊。生物质发酵与渗透汽化耦合原位分离丙酮、丁醇和乙醇的工艺。CN101805754A)。因此，需要开发新技术对产物进行提纯，提高分离效率。因此，本专利技术利用吸附剂原位吸附ABE发酵偶联渗透汽化法，即利用吸附剂在发酵进行过程中吸附并富集产物丁醇，丙酮和乙醇，可以通过脱附回收方式得到高浓度的丁醇，丙酮和乙醇的粗品，该粗品不含有细胞，因此整个工艺过程不需要分离细胞过程，然后用渗透汽化膜对粗品进行二次提纯，避免了渗透汽化膜的污染问题。并且和先微滤在渗透汽化过程相比，脱附得到的粗品中含有的丁醇，丙酮和乙醇浓度更高，有利于渗透汽化得到更高浓度的产品。其中，吸附剂吸附耦合渗透汽化法的优势在于，通过微生物发酵与吸附耦合可以快速吸附发酵液中的丁醇，丙酮和乙醇，并通过加热脱附回收丁醇，丙酮和乙醇，并通过渗透汽化进一步浓缩得到超高浓度的丁醇，丙酮和乙醇。到目前为止，未见使用吸附剂原位吸附ABE发酵偶联渗透汽化生产和分离丁醇，丙酮和乙醇的工艺和相关专利。
技术实现思路
本专利技术利用吸附剂原位吸附在线分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，吸附结束后脱附回收得到丁醇、丙酮 和乙醇粗品，利用渗透汽化膜对丁醇、丙酮和乙醇粗品进行二次纯化，得到高纯度丁醇、丙酮和乙醇，与传统精馏方法相比节省了大量的耗能。本专利技术提供了，包括如下步骤①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生产菌，得到种子液；②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用吸附剂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用渗透汽化膜对丁醇、丙酮和乙醇粗品进行二次纯化，透过渗透汽化膜的蒸气冷凝回收得到含高纯度丁醇、丙酮和乙醇产品。本专利技术上述渗透汽化膜优选为透醇膜或透水膜，其形式为管式膜、卷式膜、平板膜和中空纤维膜中的至少一种。现有技术中通常能产生丁醇的菌种发酵的同时也产生其他物质，不仅发酵效率低，得到的产物纯度也低，本专利技术利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线分离并提纯丁醇、丙酮和乙醇，本专利技术有益效果为 第一:发酵过程中产生的丁醇、丙酮和乙醇是抑制性产物，利用吸附剂移除丁醇、丙酮和乙醇能有效提高发酵效率;第二 :吸附剂能使发酵液与产物分离；第三吸附剂可以富集丁醇、丙酮和乙醇，且具有选择性吸附，对丁醇吸附能力最强，有利于得到高浓度的含丁醇混合物粗品；第四、渗透汽化膜对丁醇具有选择性渗透，能进一步提纯粗品得到高纯度丁醇、丙酮和乙醇；第五、脱附后得到的粗品为不含细胞的澄清液体，对渗透汽化膜无污染。现有技术中分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇，常见方法为萃取、精馏和渗透汽化。萃取的缺点为通常的萃取剂沸点高，比热容大，分离时消耗大量能量；精馏的缺点为耗能大，分离丁醇耗能一般为36 79. 5MJ/kg ;单独渗透汽化的缺点是容易膜污染，造成工厂停工。本专利技术分离提纯发酵液中丁醇、丙酮和乙醇的方法为先利用吸附剂原位吸附偶联发酵分离，再利用渗透汽化提纯，其优点为吸附剂具有选择性吸附，对丁醇的吸附能力最强， 吸附剂还具有富集作用，最后吸附剂比热容小，易快速脱附，耗能低，脱附得到的粗品很清洁，不会对渗透汽化膜造成污染。另外，粗品中丁醇、丙酮和乙醇的浓度高于发酵液中丁本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步骤：①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生产菌，得到种子液；②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用吸附剂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇；③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品；④利用渗透汽化膜对丁醇、丙酮和乙醇粗品进行二次纯化，透过渗透汽化膜的蒸气冷凝回收得到含高纯度丁醇、丙酮和乙醇产品。

【技术特征摘要】
1.利用吸附剂原位吸附发酵偶联渗透汽化在线生产及分离丁醇、丙酮和乙醇的方法，包括如下步骤 ①将丙酮丁醇乙醇生产菌接入已除氧和灭菌的种子营养基，培养丙酮丁醇乙醇生产菌，得到种子液； ②将步骤①种子液接入已除氧和灭菌的发酵营养基，利用丙酮丁醇乙醇生产菌发酵生产丁醇、丙酮和乙醇，发酵的同时利用吸附剂在线原位吸附丁醇、丙酮和乙醇； ③吸附结束后脱附冷凝回收，得到丁醇、丙酮和乙醇粗品； ④利用渗透汽化膜对丁醇、丙酮和乙醇粗品进行二次纯化，透过渗透汽化膜的蒸气冷凝回收得到含高纯度丁醇、丙酮和乙醇产品。2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述发酵方式...

【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：