收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

新型硅橡胶膜生物反应器制造乙醇连续发酵动力学研究

钟月华  
【摘要】:硅橡胶膜作为一种均相聚合物材料无孔膜,具有不透无机盐成分、疏水性和对乙醇有较高的选择透过性等优点,已被研究用于构成连续发酵制造乙醇的膜生物反应器。在过去的十几年,硅橡胶膜生物反应器制造乙醇的连续发酵已被研究者们认为具有技术和经济的优越性,但相关的基础研究并没有取得显著进展。本文利用自制的硅橡胶复合膜构造了乙醇连续发酵膜生物反应器进行了系统的实验,对反应器系统中的发酵反应动力学和膜传质动力学及其相互关系进行了研究。 建立了适合无溢流的硅橡胶乙醇连续发酵膜生物反应反应器系统的细胞反应动力学模型。并利用耐高温活性干酵母作为发酵微生物,进行了乙醇连续发酵的影响因素分析,得到了对工业应用有一定指导意义的结果:较低的温度和分批补料更适合细胞生长和维持活性,从而有利于连续发酵;循环泵的选择是实现连续发酵过程的关键因素之一。实验证明了乙醇反应动力学符合Luedeking-Piret模型。首次在对膜无冲洗和更换的前提下,实现了500h的连续发酵实验,得到的发酵反应动力学曲线与所建立的模型十分吻合,显示了由新型PDMS复合膜构成的连续膜反应器系统具有全新的操作概念:加入原料糖,细胞代谢碳源基质生成乙醇,膜渗透蒸发原位分离产物使细胞维持长久的稳定性和生物活性,从而维持系统长时间连续稳定运行。连续发酵过程中硅橡 摘要 胶膜表现出了良好的分离性能,得到了平均浓度为犯%(w佃),最高浓度为38% (w/w)的乙醇产品,不含无机盐和细胞,对下游产品的处理和浓缩非常有利。 过程中葡萄糖的实际转化率为98%,乙醇体积产率为4一6.8吵.L。 基于硅橡胶膜的溶解一扩散传质机理和两段串联阻力模型,对乙醇连续发 酵过程中膜的渗透蒸发传质进行了计算,并对细胞生长、基质消耗与膜传质之 间的关系进行了分析和研究。研究了发酵液循环速率、发酵温度、膜面上不同 的流体流动形式对膜传质的影响:随着循环流速和温度的提高,膜的渗透通量 增加,温度与膜渗透通量的关系符合Arrhenius方程;温度对选择性影响较小。 通过对比实际发酵液和乙醇一水模型溶液的膜渗透蒸发分离表现,以及分析膜 组件切向进料和中间进料不同流动方式对膜分离性能的影响,发现细胞在膜面 上的活动有利于膜的传质;因为硅橡胶膜有效地减轻了乙醇产物对细胞的抑制 作用,使连续发酵实验稳定持续长达sooh,期间膜渗透通量和选择性都保持 相对稳定;细胞的旺盛代谢作用增进膜的传质,膜的总传质系数在发酵的前后 阶段从5.21 x 10一7耐s提高到7.94 x 10一7而s,增加率为52.4%。实验发现膜面 上沉积一定厚度的细胞层有利于膜的传质,但是超过一定厚度后又会出现堵塞 现象,膜的通量和分离因子都降低。这为膜组件的设计提供了一定的参考价值。 从动力学角度对乙醇连续发酵膜生物反应器的工业应用的操作进行了分析 和评述。对无溢流的硅橡胶膜生物反应器,可通过分批加料使系统达到动态平 衡,然而影响其连续性的最大问题是无机盐、死细胞、非挥发性代谢产物累积 对细胞活性的影响。对这些问题进行深入研究,是使硅橡胶膜生物反应器乙醇 连续发酵走向工程实际应用的技术关键之一。 关键词:膜生物反应器硅橡胶复合膜乙醇连续发酵渗透蒸发膜传质 动力学


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 祁喜旺,陈洪钫;联合渗透蒸发膜分离过程的双酚-A合成反应[J];化学反应工程与工艺;1995年01期
2 杨伯伦,姚瑞卿,杨三八;乙基叔丁基醚的催化反应与渗透蒸发膜分离耦合法的合成[J];石油化工;1999年02期
3 平郑骅,叶匀分,陈士明,杨虎;渗透蒸发在挥发性有机污水处理中的应用[J];上海化工;1999年07期
4 黄倩,黄颂安;渗透蒸发膜分离有机双元混合物[J];化学工业与工程;1997年04期
5 姜忠义,徐海全,刘家祺;水溶液中挥发性有机化合物渗透蒸发分离技术[J];现代化工;2000年12期
6 李小禾;;渗透蒸发的原理及其应用[J];化学工程师;1992年03期
7 魏永明,许振良;渗透蒸发与化学反应耦合过程的研究进展[J];化学世界;2002年S1期
8 刘庆林,张志炳,陈洪钫;乙酸与丁醇酯化反应和渗透蒸发耦合过程研究[J];化学工程;2000年02期
9 余立新,蒋维钧;渗透蒸发过程非平衡溶解扩散模型[J];化工学报;1994年04期
10 陈镇,刘家祺,李俊台;膜分离技术的集成化[J];石油化工;2001年05期
11 许振良,曲锐,施亚钧,虞洁莉;渗透蒸发与化学反应耦合过程的研究(Ⅱ)模型验证[J];膜科学与技术;1996年02期
12 尹燕,崔永芳,葛继均;壳聚糖渗透蒸发膜分离乙醇/水溶液[J];天津纺织工学院学报;2000年04期
13 周立志,王星,程晓维,龙英才,平郑骅;一种新型亲水性有机-无机渗透蒸发分离膜——聚丙烯酰胺复合膜的制备[J];高等学校化学学报;2005年03期
14 刘庆林,朱玉山,陈洪钫;交联聚乙烯醇渗透蒸发膜用于酯化反应过程[J];高校化学工程学报;1997年02期
15 彭平,李效东;亲水性渗透蒸发脱盐膜的研究[J];膜科学与技术;1999年01期
16 韩煦,刘家祺,王洪军,李俊台;渗透蒸发脱除水溶液中挥发性有机物[J];化学工业与工程;2003年01期
17 ;渗透蒸发脱除有机物中微量水装置[J];精细化工原料及中间体;2010年08期
18 彭平,张晓玲,李效东;渗透蒸发脱盐的研究[J];高等学校化学学报;1995年07期
19 许振良,杨松,陈桂娥,施亚钧;渗透蒸发与乙酸乙酯合成反应的耦合过程[J];华东理工大学学报;1996年05期
20 杨虎平,郑骅,龙英才;渗透蒸发在有机溶剂混合物分离中的应用[J];水处理技术;1998年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 万思青;张秀岳;温建志;;热致相分离膜在膜生物反应器中的应用[A];第三届膜分离技术在冶金工业中应用研讨会论文集[C];2009年
2 ;沉浸式膜生物反应器的技术开发[A];中国环保装备产业发展论坛论文汇编[C];2007年
3 于艳;樊耀波;徐国良;王琦;杨文静;;计算流体力学在膜技术及膜生物反应器研究中的应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
4 彭福兵;姜忠义;;渗透蒸发过程改进的溶解-扩散模型[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
5 余献国;余子婴;李靖;;双致相聚偏氟乙烯膜生物反应器综合性能评价与应用[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
6 李克勋;;新型膜生物反应器处理生活污水的实验研究[A];膜分离技术在石油和化工行业中应用研讨会论文集[C];2006年
7 张晓峰;修光利;赵康;徐利行;张大年;;膜生物反应器净化复合气态污染物研究[A];上海市化学化工学会2009年度学术年会论文集[C];2009年
8 马春明;叶丰;张玉忠;李泓;靳文礼;孙旭东;;膜生物反应器处理造纸废水[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
9 黄霞;;膜生物反应器污水处理技术的现状与未来发展[A];2010年膜法市政水处理技术研讨会论文集[C];2010年
10 邢林;张辉;王淦;;膜生物反应器处理工业废水研究[A];安徽节能减排博士科技论坛论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 钟月华;新型硅橡胶膜生物反应器制造乙醇连续发酵动力学研究[D];四川大学;2003年
2 李犇;生物启发下的渗透蒸发膜制备与过程强化研究[D];天津大学;2010年
3 马静;生物粘合启发下渗透蒸发复合膜的制备与酯化反应强化[D];天津大学;2010年
4 杨帅;移动床膜生物反应器脱氮除磷性能的研究[D];大连理工大学;2010年
5 王宏杰;气水交替膜生物反应器处理生活污水的效能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 刘志强;基于缺氧/好氧膜生物反应器的分散聚居区污水处理及回用研究[D];西安建筑科技大学;2010年
7 白羽;不同生态因子下LMBR处理制药废水运行效能及数学模型[D];东北林业大学;2011年
8 伍勇;细胞循环硅橡胶膜生物反应器连续乙醇发酵动力学模型研究[D];四川大学;2004年
9 王婵婵;膜抗生物污染改性及其在MBR中性能研究[D];大连理工大学;2010年
10 李香莉;PVDF/Al_2O_3杂化膜的制备及其性能研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵立健;厌氧自生动态膜生物反应器处理低浓度废水的研究[D];山东大学;2010年
2 李栋;固定化细胞膜生物反应器脱除地下水中硝酸盐的研究[D];华东理工大学;2011年
3 李瑞贤;A/O膜生物反应器脱氮特性研究[D];天津大学;2010年
4 沈加正;膜生物反应器应用于海水养殖废水处理的基础研究[D];中国科学院研究生院(海洋研究所);2011年
5 傅振鹏;一体式膜生物反应器和序批式膜生物反应器处理生活污水的实验研究[D];合肥工业大学;2004年
6 陈红枫;一体式膜生物反应器膜污染控制的研究[D];合肥工业大学;2003年
7 张西旺;新型膜生物反应器开发及性能研究[D];西安建筑科技大学;2003年
8 王波;超声波强化膜生物反应器处理低温城市污水脱氮性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 陈旭东;膜生物反应器处理生活污水运行控制优化研究[D];武汉理工大学;2003年
10 盛金聪;序批式膜生物反应器处理抗生素废水的试验研究[D];福州大学;2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 蔡忠仁;膜生物反应器处理污水高效环保[N];中国化工报;2011年
2 积轩;汉姆沃斯为两艘豪华游船配套薄膜生物反应器[N];中国船舶报;2011年
3 中国膜工业协会 张保成;备受关注的膜生物反应器[N];中国化工报;2001年
4 张保成;膜生物反应器引起关注[N];中国化工报;2001年
5 祝君翔;新型超滤膜生物反应器处理世博园污水[N];中国建设报;2009年
6 记者 刘全昌;膜生物反应器环保标准征求意见[N];中国化工报;2010年
7 郭有智;水处理首选技术:膜生物反应器[N];中国化工报;2002年
8 张乐;污水处理新技术膜生物反应器推出[N];中国化工报;2002年
9 张涛;天津投用膜生物反应器污水处理系统[N];中国化工报;2000年
10 晓阳;膜生物反应器净化污水[N];建筑时报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978