乙醇連續(xù)發(fā)酵中硅橡膠滲透汽化膜傳質分離研究.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,硅橡膠膜生物反應器乙醇連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)具有很大的技術優(yōu)勢和應用前景.目前,滲透汽化用于乙醇連續(xù)發(fā)酵的應用研究處于實驗階段,還有大量工作需要進行.該文利用自制的硅橡膠復合膜構造乙醇連續(xù)發(fā)酵-滲透汽化耦合系統(tǒng),研究了過程中的膜分離行為,不同膜器結構下流型對邊界層傳質的影響,并建立了滲透汽化膜傳質過程的串聯(lián)阻力擴展模型.在發(fā)酵液溫度30℃-40℃、糖濃度0-100g/L以

2、及有無細胞存在的實驗條件下,測試了乙醇通過硅橡膠膜的傳質分離速率.結果表明,發(fā)酵溫度升高促進滲透蒸發(fā),但乙醇產率同時降低,導致過膜總通量增加而乙醇通量無明顯變化,說明耦合過程操作溫度應以實現(xiàn)高濃度連續(xù)發(fā)酵為控制因素;糖濃度增加對水分子在膜面的吸附有抑制作用,導致水的滲透通量減少,從而相對提高了膜對乙醇的選擇性,分離因子提高;發(fā)酵液中細胞的存在促進了膜面的傳質,有利于乙醇的滲透蒸發(fā),過膜通量增加.對三種不同結構膜器進行實驗,研究了不同流動

3、形態(tài)下膜表面邊界層的傳質特性.從流量與總傳質系數(shù)和邊界層傳質系數(shù)的關系可以看出:流量增加,邊界層變薄,膜面的對流傳質得到強化,傳質系數(shù)增加;不同膜器結構形成不同的流動形態(tài),對傳質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構設計中非常重要.論文建立了串聯(lián)阻力模型來描述稀溶液的滲透汽化過程,并將此模型擴展到包括支撐層阻力、膜的溶脹和蒸汽側組分的濃度.通過定義膜活性皮層的擴散系數(shù)增強因子,提出了相似于傳統(tǒng)傳熱傳質方程的擴展模