[实用新型]一种同时实现合成气发酵与分离的偶联膜设备

说明书

技术领域    

    本实用新型属于合成气发酵与分离技术领域，具体涉及一种同时实现合成气发酵与分离的偶联膜设备。

背景技术    

合成气是一种含有CO﹑CO₂﹑H₂﹑CH₄﹑N₂等组分的混合气体，主要来自于煤﹑石油﹑生物质﹑有机废物等的气化，还有一部分来自于炼钢厂的工业废气。随着全球人口不断增加和工业化的不断扩大，世界各国对能源的需求剧增。据报道上世纪以石油和煤炭为主要能源的消耗速率增长了17倍，石油与煤炭的开采与消耗加大了资源与能源匮乏的程度，预计50年内世界储备的石油将被耗竭，同时已造成了显著的环境问题，这就使得人们迫切寻求一种环境友好且可持续的再生能源。燃料乙醇正是一种理想的燃料替代品，乙醇热值高，燃烧清洁无污染，目前已得到了广泛的使用和工业生产应用。同时，利用合成气厌氧发酵生产乙醇被认为是一项极具潜力与竞争力的工程应用技术，作用功能及意义非凡。

尽管合成气厌氧发酵乙醇具有多种优点及积极性，但是仍存在制约其进一步发展的瓶颈问题，主要包括气液传质限制﹑低细胞密度和合成气组分对酶具有抑制作用三个方面。其中气液传质低下已被报道成为影响合成气厌氧发酵乙醇过程中的主要限制因素，尤其是在高菌体密度厌氧发酵乙醇中影响更为突出。反应器是微生物发酵的载体和平台，在生物反应过程中发挥着中心作用，也是实现产业化的关键设备。在合成气厌氧发酵乙醇中，一个良好的生物反应器不仅可以提高气液传质效率，降低乙醇产物的积累，减少产物乙醇对发酵过程的阻滞作用及影响，还能够显著增加产量。目前，已被报道的各种类型的生物反应器在不断增多，而对于生物反应器的选择主要集中在气液传质﹑底物利用和产量获得三方面。新型生物反应器的设计和开发推动着合成气厌氧发酵向前快速发展，有利于商业化模式的实现。另外，设计和研究开发适应于乙醇发酵生产的新技术也尤为重要，新的生产技术能够节约材料和降低生产成本，甚至在一定程度上可以弥补发酵反应器生产应用上所产生的不足。

实用新型内容    

本实用新型的目的在于提供一种同时实现合成气发酵与分离的偶联膜设备，该设备能提高气液传质速率。

本实用新型采用以下技术方案：

一种同时实现合成气发酵与分离的偶联膜设备，包括主体反应罐，主体反应罐内设置有中空纤维膜束，主体反应罐上部设置有培养基进口、种子液进口，下部设置有取样口。中空纤维膜束直径为主体反应罐直径的1/2～2/3。

培养基进口与培养基储罐连接，种子液进口与种子罐连接，取样口与膜组件连接。培养基储罐体积为主体反应罐体积的1/3～1/2，储罐个数可根据实际需求而定。

膜组件的乙醇出口与渗透液储槽连接，膜组件的发酵液进口返回主体反应罐。膜组件采用硅橡胶膜，所连通的渗透液储槽体积是膜组件体积的1/3～1/2，通过渗透液储槽底部可以抽取部分样本进行含量分析。

种子罐上部设有接种口、气体排出口、进样口，种子罐内的底部设有气体分布器。

中空纤维膜束的基部进口通过管道与气体储罐连接，中空纤维膜束的顶部出口与种子罐内的气体分布器连接。

管道上设有流量计、止回阀和滤膜过滤器。止回阀防止气体倒回。

主体反应罐内的取样口处设置有细胞滤器；细胞滤器孔径为0.2um，防止发酵液携带菌体进入膜组件。

气体储罐为多个，气体储罐的出口处设有气体分配器。气体分配器通过计算机调控，气体可以随意调配，同时也不限制于气体的种类。

主体反应罐和种子罐的下部均设有放空阀。种子罐高径比设计为4:1～6:1，气体分布器的直径是种子罐直径的1/3～3/5，气体分布器表面的气孔孔径为0.5～1.0mm。