硅橡胶膜生物反应器及其用于乙醇连续发酵的研究

简述硅橡胶膜生物反应器应用于生物转化、生物降解和生物发酵的过程原理和研究现状,重点介绍乙醇连续发酵硅橡胶膜生物反应器的技术特点及应用研究进展,提出实现中试或工业规模生产需要解决的主要问题,包括高性能硅橡胶复合膜的研发,生物发酵反应动力学和膜分离传质动力学研究,以及反应器系统的结构设计,并报道了四川大学膜工程研究室在提高膜性能方面取得的突破进展。

絮凝颗粒酵母均匀悬浮体系生长动力学的研究

利用粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)变异株自身絮凝形成的颗粒,作为细胞固定化方法。以双酶法制备的淀粉糖化液为底物,在有效容积2.35L的小型悬浮床生物反应器中连续生产酒精。研究了微量供氧条件下该絮凝颗粒酵母均匀悬浮体系的生长动力学,获得了描述其生长规律的模型方程。

酿酒酵母在硅橡胶膜生物反应器中连续发酵的生长动力学

实验研究了酿酒酵母在硅橡胶膜生物反应器中的细胞生长速率与操作参数之间的关系。在三水平正交实验基础上,用Gauss Newton非线性最小二乘法拟合了细胞比生长率与葡萄糖浓度、乙醇浓度和细胞浓度3变量之间的关系式,得到硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵的细胞最大比生长率、饱和常数、产物抑制常数和群聚抑制常数等基本动力学参数,表明当细胞浓度达到15g/L或乙醇浓度达到70g/L时细胞生长受到完全抑制。连续发酵实验验证了硅橡胶膜生物反应器中的细胞生长动力学满足拟合模型的规律。

硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵性能研究

进行了3种测定硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵性能的对比实验．实验结果表明：硅橡胶膜的渗透蒸发作用可有效消除乙醇发酵过程中的产品抑制效应,将乙醇产率提高至传统发酵过程的3～4倍；从发酵液中连续分离出来的乙醇,经过冷凝后成为高浓度产品,冷阱收集液乙醇浓度可达原料液乙醇浓度的4倍左右．膜的固定作用使反应器中保持了较高的酵母细胞浓度,但是无机盐、不挥发性副产物及老化细胞的堆积会影响细胞活性,为了获取高乙醇产率,必须将部分发酵液从膜生物反应器中取出．

絮凝酵母颗粒悬浮床反应器中试及酒精连续发酵工艺的研究

在小型悬浮床反应器研究絮凝颗粒酵母酒精连续发酵工艺的基础上,建立了单釜反应器有效容积0.5m^3、二级串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,考察了悬浮床反应器由小试到中试的放大效应,提出了该反应器工业放大时对危险截面表观气速应加以限制的原则,以保证絮凝酵母颗粒不被剪切破坏。进而在平均稀释率为0.10h^(-1)的条件下,中试装置稳定运转一个月,获得终点发酵液中酒精浓度80～85g/L,残糖低于5.0g/L,设备平均生产酒精8.4g/L·h的结果。

絮凝颗粒酵母连续发酵生产酒精新工艺的研究

本文以酵母细胞自身絮凝形成颗粒作为固定化细胞方法,建立了单釜有效容积0.5m^2、二釜串联的中试装置。以淀粉糖化液为底物,采用末级反应器连续补糖的工艺方案,在平均稀释率为0.10h^(-1)的操作条件下连续稳定运转近一个月。当淀粉糖化液总糖浓度为180～200g/L时,反应器中絮凝颗粒酵母浓度控制在30～40g(d·w)/L范围内,终点发酵液中酒精浓度达到85g/L左右,残余总糖降至5g/L以下,计算出反应器的平均设备生产强度为8.4gEtOH/1·h。

絮凝法固定化增殖细胞悬浮床生物反应器中试放大过程研究

本文以酵母细胞自身絮凝形成颗粒作为固定化细胞的方法，建立了有效容积０．５Ｍ~３中试规模的悬浮床生物反应器。以淀粉糖化液为发酵底物，在稀释率分别为０．０５、０．１０、０．１５和０．２０ｈ^（－１）的操作条件下，考虑了这种固定化增殖细胞反应器放大过程呈现的放大效应，提出了反应器放大时在保证絮凝颗粒均匀悬浮的同时限制危险截面表观气速，以保持絮凝颗粒完好形态的放大准则，气升管内外两个危险截面分别为：ｕ_（ｇｉ）＜（ｕｇｉ）_（ｍａｘ），ｕ（ｇｏ）＜（ｕｇｏ）_（ｍａｘ），并获得气升管内外两个危险截面最大表现气速分别为１．８５ｃｍ／ｓ和０．６５ｃｍ／ｓ。

粟酒裂殖酵母絮凝颗粒均匀悬浮体系酒精生成动力学

本文利用粟酒裂殖酵母变异株自身絮凝形成的颗粒,作为固定化酵母细胞的方法,以双酶法制备的淀粉糖化液为底物,在有效容积2.35L小型悬浮床生物反应器中,研究了限量供氧条件下该絮凝颗粒酵母均匀悬浮体系酒精生成动力学,获得了酒精生成动力学基础方程。

膜循环发酵器生产乙醇的研究

将板框式超滤膜组件与发酵釜组成一个半封闭的回路系统,构成膜循环发酵器。用啤酒酵母从葡萄糖发酵制乙醇的过程中,葡萄糖的转化率是酵母细胞浓度和稀释率的函数,在平均细胞浓度为5.0×10~8/ml,进料葡萄糖浓度为143 g/L,稀释率为0.4h^(-1)时,生产率为9.06 g/L·h。此时,葡萄糖利用率为63%。而在间歇发酵时,生产率为3.0g/L.h,葡萄糖利用率为100%。通过对膜组件的定时反冲,可使膜组件的渗透量稳定在一个较高的水平。

膜生物反应器封闭循环发酵燃料乙醇生产系统的工艺设计及安全分析

基于最新的试验结果,对该工艺的工业化流程进行了初步设计和分析,将系统分为原料处理、发酵、PDMS膜分离、精馏浓缩、产品贮存和发酵残液处理等6个单元,运用蒙德火灾、爆炸、毒性指数评价法对系统进行了安全分析评价,确定了各个单元的危险等级。分析表明,原料处理和发酵单元危险性属于较缓和等级,应侧重工艺参数控制分析及设备的安全设计;PDMS膜分离、精馏浓缩单元和贮存单元分别属于重和高度灾难性等级,而国内外有关乙醇贮存单元的相关研究已较为成熟,此项研究着重对负压操作的PDMS膜分离和精馏浓缩单元爆炸极限等爆炸参数进行了定量安全分析,并制定了相应的安全措施。最后采用蒸气云爆炸模型贮存单元进行了事故模拟。

酵母固定化技术在燃料乙醇生产中的应用

能源和环境危机日益加剧迫使人们加快了研究燃料乙醇的步伐。近年来,酵母固定化技术被逐渐应用于燃料乙醇的研究与生产中,并以其可以重复利用、连续操作以及发酵周期短等优点显示了巨大的发展潜力。文中综述了国内外酵母固定化技术在燃料乙醇领域的研究进展,包括酵母固定化技术、固定化对酵母的影响、固定化酵母生物反应器以及发酵工艺等方面,提出了进一步研究的方向并对该技术的发展前景进行了展望。

多级串联悬浮床反应器系统中自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵耦合废糟液直接全循环使用的研究

在一套四级串联悬浮床生物反应器系统中,以双酶法制备的玉米粉糖化液为底物,进行了废糟液全循环条件下自絮凝颗粒酵母乙醇连续发酵的实验研究。在实验中,每隔5d将从末级反应器收集到的发酵液集中精馏处理,得到的废糟液直接用于玉米粉调浆制糖。系统连续运行了120d,共进行了24批次实验,数据分析表明系统达到了平衡状态。在平均发酵时间为20h条件下,发酵终点乙醇浓度平均为11·7%(V/V),残还原糖浓度平均为7·9g/L,装置运行平稳。这些工作为自絮凝颗粒酵母乙醇发酵耦合废糟液直接全循环使用、实现污染物源头减废、清洁生产奠定了理论和实验基础。

连续发酵生产酒精的陶瓷膜分离反应器的研制

一、前言为了提高酒精生产能力,人们开发出各种各样的新型反应器。其中,有膜分离技术与反应器相结合的产物——中空纤维膜反应器,因其具有较大的过滤面积,细胞浓度高,生产能力强,很有生命力。但其机械强度不好、细胞分布不均匀,经常发生泄漏等缺点。本文用高温烧结的陶瓷管代替中空纤维,研制成新型的陶瓷膜分离反应器。二。

固定化技术在燃料乙醇发酵生产中的应用与研究进展

燃料乙醇作为一种生物质能源近年来被广泛研究,固定化酵母因具有发酵效率高、出酒率高和经济效益好等优点被广泛应用到燃料乙醇发酵过程的研究和生产之中。综述了细胞固定化技术在燃料乙醇发酵领域的研究进展,介绍了燃料乙醇发酵过程中常用的细胞固定化方法及特点、固定化生物反应器的研究现状,分析了细胞固定化技术在燃料乙醇发酵研究和生产中的应用情况及目前存在的问题,最后提出了对细胞固定化技术发展方向的看法。