Pa。
[0028] 在本发明的一个优选实施例中，所述发酵罐的底部还设置有气体分布器，用于使 载气与发酵液中所含待分离挥发性有机物组分充分接触。
[0029] 在本发明的另一个优选实施例中，所述发酵罐中还设置有搅拌构件，用于使载气 与发酵液中待分离挥发性有机物组分充分接触。
[0030] 本发明中所述用语"总通量"是指透过侧水的通量和有机溶剂的通量之和。因为 透过侧也会透过少量水分。
[0031] 本发明将发酵装置与蒸汽渗透装置耦合，提供了一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离 挥发性有机物的方法。该方法包括从发酵罐中抽取由载气与所述载气中所携带的、来自发 酵液的待分离挥发性有机物组分所形成的气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，通过 蒸汽渗透膜组件分离出待分离挥发性有机物组分后，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气 直接重新送回发酵罐循环使用，同时，在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发 性有机物组分。
[0032] 本发明中，所述发酵包括并不局限于批次、反复批次、补料分批、连续发酵。发酵方 式包括并不局限于游离发酵、固定化发酵、菌体回收发酵、同步糖化发酵。对于连续式发酵 过程，发酵过程中可以向发酵罐中补充料液，以维持发酵所需要的营养物质和水分等。发酵 过程中，由于将发酵过程中所产生的待分离挥发性有机物组分原位移出发酵体系，有效的 消除发酵过程中的产物抑制现象，提高了发酵强度，同时也提高了反应器的生产能力。
[0033] 本发明中，将发酵与吹脱/蒸汽渗透和渗透汽化耦合，吹脱/蒸汽渗透产物能够 直接收集，且产品浓度和纯度高，利用发酵过程中产生的气体作为载气进行吹脱，一方面降 低了引入外源气体的成本，另一方面降低了副产物的进一步处理成本。本发明的优点在于 原位分离挥发性组分，操作简单，效率高，无污染，同时载气无需冷凝和预热，且能够重复利 用，达到高效分离和节能减排的目的。本发明工艺简单而又经济，具有良好的发展前景。
【附图说明】
[0034] 下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：
[0035] 图1是实施例1中发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的工艺流程示意图；图中 附图标记的含义如下：1发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置；11发酵罐；12蒸汽 渗透膜组件；13第一循环泵；14第二循环泵；15冷凝组件；16真空泵；17气体分布器； 18搅拌构件；21蒸汽渗透膜组件进料侧；22蒸汽渗透膜组件渗余侧；23蒸汽渗透膜组 件透过侧。
【具体实施方式】
[0036] 下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例和附图仅起说明性作 用，并不局限于本发明的应用范围，下列实施例中未提及的具体实验方法，通常按照常规实 验方法进行。
[0037] 图1是本发明发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的工艺流程示意图。其中，发 酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1包括发酵罐11和蒸汽渗透膜组件12,蒸汽渗透 膜组件12的进料侧21通过第一循环泵13与发酵罐11上部相连，用于载气与待分离挥发 性有机物组分的气液混合物进料；蒸汽渗透膜组件12的渗余侧22通过第二循环泵14与发 酵罐11的底部相连，用于使渗余载气循环回到发酵罐。
[0038] 发酵罐11、第一循环泵13、蒸汽渗透膜组件12以及第二循环泵14构成气液-气体 循环系统。构成气液-气体循环系统的所有设备均具有良好的气密性与良好的保温性能。
[0039] 在一个优选实施例中，发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1还包括与蒸 汽渗透膜组件12的透过侧23相连接的冷凝组件15,用于浓缩并收集待分离挥发性有机物 组分。
[0040] 在另一个优选实施例中，发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1还包括与 冷凝组件15相连接的真空泵16,用于在蒸汽渗透膜组件的透过侧构建真空体系，提供挥发 性有机物过膜的传质推动力。
[0041] 在本发明的又一优选实施例中，发酵罐11的底部还设置有气体分布器17,用于使 载气与发酵液中待分离挥发性有机物分组充分接触。
[0042] 在本发明的一个进一步优选的实施例中，发酵罐11中还设置有搅拌构件18,用于 使载气与发酵液中待分离挥发性有机物组分充分接触。
[0043] 采用图1中所示的装置进行发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物包括以下 步骤：
[0044] (1)吹脱分离：从发酵罐11的底部向发酵液中通入载气，并通过气体分布器17使 载气与发酵液充分接触，将其中所富含的待分离挥发性有机物组分吹脱出来，并与载气形 成气液混合物。
[0045] (2)蒸汽渗透膜分离：通过第一循环泵13将气液混合物从发酵罐11的上部抽出 送入蒸汽渗透膜组件12的进料侧21，待分离挥发性有机物组分从蒸汽渗透膜组件12的透 过侧22分离出来，并进入冷凝组件15进行浓缩并收集，蒸汽渗透膜组件12的渗余侧23出 来的渗余载气通过第二循环泵14重新返回发酵罐11的底部并通过气体分布器17与发酵 液充分接触。
[0046] 在本发明的一个优选实施例中，发酵罐11中还设置有搅拌构件18,并且在步骤 (1)中采用搅拌构件18进行搅拌，可以使载气与发酵液中待分离挥发性有机物组分更加充 分接触，从而进一步提高待分离挥发性有机物组分的吹脱效率。
[0047] 实施例
[0048] 实例 1 :
[0049] 从含有低浓度丁醇的发酵液中分离丁醇溶剂，包括如下步骤：
[0050] (1)向体积为2L，在底部具有气体分布器的发酵罐内加入I. 5L 丁醇浓度为11. 5g/ L的稀丁醇水溶液，并加热到35°C。
[0051] (2)将有效膜面积为23. 75cm2,二甲基硅氧烷（PDMS)为膜聚合材料的板式蒸汽渗 透膜组件的进料侧，按照图1所示方式通过第一循环泵与发酵罐顶部相连接，并将渗余侧 管道通过第二循环泵发酵罐底部的气体分布器相连接。气液-气体循环系统(含膜组件)具 有良好气密性，同时设计温度均为35°C，即与发酵罐温度相同的状态，第一和第二循环泵的 泵速分别为 200rpm (约 lL/min)和 190rpm (约 0· 95L/min)。
[0052] (3)在膜的透过侧连接液氮冷却的冷阱装置，管道末端采用液环式真空泵连接，以 构建透过侧管道内的真空体系，真空体系内的压强不超过l〇〇Pa。
[0053] (4)开启装置，并在装置运行Ih后收集透过侧冷阱装置内溶剂。利用高效气相色 谱检测（SHIMDZU GC-2010,色谱柱：PQ80-100填充柱，检测器：氢火焰检测器）稀释后样品 内溶剂浓度。利用分析天平测量溶剂质量，通过式I计算分离过程的总选择性，通过式II计 算总通量：
【主权项】
1. 一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法，其包括： 步骤L，从发酵罐中抽取气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，所述汽液混合物包 括载气和所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分； 步骤M，通过蒸汽渗透膜组件从气液混合物中分离出待分离挥发性有机物组分； 步骤N，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气重新送回发酵罐循环使用。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤N中，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的 渗余载气不经过冷凝或加热直接重新送回发酵罐循环使用。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述载气包括发酵过程中产生的C02、 H2、维持发酵体系氧环境的无菌空气、氧气、以及为维持发酵体系运转而间歇或持续通入的 惰性气体中的至少一种； 所述气液混合物的抽取量为〇. Ol-lOL/min ? L发酵液，优选所述气液混合物的抽取量 为1-lOL/min ? L发酵液。
4. 根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在蒸汽渗 透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分的步骤。
5. -种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的装置，其包括： 发酵罐， 蒸汽渗透膜组件，所述蒸汽渗透膜组件的进料侧通过第一循环动力组件与发酵罐上部 相连，用于载气与待分离挥发性有机物组分的气液混合物进料； 所述蒸汽渗透膜组件的渗余侧通过第二循环动力组件与发酵罐的底部相连，用于使渗 余载气直接循环回到发酵罐。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述蒸汽渗透膜组件中的膜为亲有机物 膜；所述循环动力组件包含一台或多台循环泵，且多台循环泵之间为串联连接。
7. 根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述亲有机物膜包括有机膜、无机膜 或支撑液态膜；所述亲有机物膜优选为有机膜。
8. 根据权利要求5-7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述蒸 汽渗透膜组件的透过侧相连接的冷凝组件，用于收集并浓缩待分离挥发性有机物组分。
9. 根据权利要求5-8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述冷 凝组件相连接的真空泵，用于在蒸汽渗透膜组件的透过侧构建真空体系，提供挥发性有机 物过膜的传质推动力；所述真空体系的压力为〇? 〇l-l〇〇〇〇Pa。
10. 根据权利要求5-9中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发酵罐的底部还设置 有气体分布器，用于使载气与发酵液中所含待分离挥发性有机物分组充分接触。
【专利摘要】本发明涉及发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置。该方法包括从发酵罐中抽取由载气与所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分所形成的气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，通过蒸汽渗透膜组件分离出待分离挥发性有机物组分后，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气直接重新送回发酵罐循环使用，同时，在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分。本发明的优点在于原位分离挥发性组分，操作简单，效率高，无污染，同时载气无需冷凝和预热，且能够重复利用，并达到高效分离和节能减排的目的。
【IPC分类】C07D307-48, C07C31-08, C07C31-12, C12P7-16, C12M1-00, B01D61-36, C12R1-865, C12P7-10, C07C29-76, C12P17-04
【公开号】CN104877889
【申请号】CN201410073571
【发明人】谭天伟, 蔡的, 常振, 秦培勇, 胡嵩, 关宇
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日