乙醇連續(xù)發(fā)酵中硅橡膠滲透汽化膜傳質(zhì)分離研究.pdf

1、乙醇連續(xù)發(fā)酵-滲透汽化分離耦合系統(tǒng)的過(guò)程原理及現(xiàn)有研究表明,與傳統(tǒng)發(fā)酵相比,硅橡膠膜生物反應(yīng)器乙醇連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景.目前,滲透汽化用于乙醇連續(xù)發(fā)酵的應(yīng)用研究處于實(shí)驗(yàn)階段,還有大量工作需要進(jìn)行.該文利用自制的硅橡膠復(fù)合膜構(gòu)造乙醇連續(xù)發(fā)酵-滲透汽化耦合系統(tǒng),研究了過(guò)程中的膜分離行為,不同膜器結(jié)構(gòu)下流型對(duì)邊界層傳質(zhì)的影響,并建立了滲透汽化膜傳質(zhì)過(guò)程的串聯(lián)阻力擴(kuò)展模型.在發(fā)酵液溫度30℃-40℃、糖濃度0-100g/L以

2、及有無(wú)細(xì)胞存在的實(shí)驗(yàn)條件下,測(cè)試了乙醇通過(guò)硅橡膠膜的傳質(zhì)分離速率.結(jié)果表明,發(fā)酵溫度升高促進(jìn)滲透蒸發(fā),但乙醇產(chǎn)率同時(shí)降低,導(dǎo)致過(guò)膜總通量增加而乙醇通量無(wú)明顯變化,說(shuō)明耦合過(guò)程操作溫度應(yīng)以實(shí)現(xiàn)高濃度連續(xù)發(fā)酵為控制因素;糖濃度增加對(duì)水分子在膜面的吸附有抑制作用,導(dǎo)致水的滲透通量減少,從而相對(duì)提高了膜對(duì)乙醇的選擇性,分離因子提高;發(fā)酵液中細(xì)胞的存在促進(jìn)了膜面的傳質(zhì),有利于乙醇的滲透蒸發(fā),過(guò)膜通量增加.對(duì)三種不同結(jié)構(gòu)膜器進(jìn)行實(shí)驗(yàn),研究了不同流動(dòng)

3、形態(tài)下膜表面邊界層的傳質(zhì)特性.從流量與總傳質(zhì)系數(shù)和邊界層傳質(zhì)系數(shù)的關(guān)系可以看出:流量增加,邊界層變薄,膜面的對(duì)流傳質(zhì)得到強(qiáng)化,傳質(zhì)系數(shù)增加;不同膜器結(jié)構(gòu)形成不同的流動(dòng)形態(tài),對(duì)傳質(zhì)分離效率有重要影響;研究表明,保證膜器中流體均勻分布在膜器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中非常重要.論文建立了串聯(lián)阻力模型來(lái)描述稀溶液的滲透汽化過(guò)程,并將此模型擴(kuò)展到包括支撐層阻力、膜的溶脹和蒸汽側(cè)組分的濃度.通過(guò)定義膜活性皮層的擴(kuò)散系數(shù)增強(qiáng)因子,提出了相似于傳統(tǒng)傳熱傳質(zhì)方程的擴(kuò)展模