SRMBR乙醇连续发酵分离及膜器流场模拟

摘要

硅橡胶膜生物反应器(SRMBR)用于连续发酵制造乙醇，在目前被认为是最具有市场开发前景的清洁能源技术之一。其中的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、疏水和对乙醇有较高选择透过性等特点；与传统分离技术相比，硅橡胶膜的渗透蒸发分离过程具有低能耗、污染少等优点，尤其适用于在有机物．水或有机物一有机物体系中分离挥发性有机物组分，现已用于发酵下游产物分离处理的试验研究中，并取得初步成效。但渗透蒸发硅橡胶膜生物反应器制造乙醇要实现工业化生产，尚需大量研究工作。 作者用自制的新型硅橡胶复合膜构造渗透蒸发乙醇连续发酵膜生物反应器，进行了系统的发酵与分离实验。利用耐高温活性干酵母作为发酵物，在中温(35℃)条件下进行乙醇连续发酵，实现了260h的连续发酵实验。实验发现采用间歇补加原料糖和渗透蒸发新型硅橡胶复合膜进行乙醇原位分离操作，能使细胞维持长久的稳定性和生物活性，维持系统的连续稳定运行。硅橡胶膜表现出了良好的分离性能，下游得到了不含无机盐和细胞的乙醇溶液。 对三种不同结构膜器内的流动进行计算模拟，获得了三种膜器内的流场分布，并根据流动分布形态对不同结构膜器中的传质分离性能进行分析和预测，从动力学的角度揭示了膜器中的传质分离机理。分析表明：膜器中的导流槽促使流体分布均匀，减少或消除流体死区，有助于提高传质效率，同时次流和主流的叠加将增大流体的混合作用，强化传质；膜性能评价实验装置和膜分离反应器设计必须在流体动力学方面保证流体均匀地流过膜面积，减少或消除流体停滞区。 由实验数据计算获得了总传质系数与流量的关系，同样流量下三种膜器传质效率高低与流体流动模拟计算分析和预测结果一致。

目录

文摘

英文文摘

第一章概论

第二章乙醇连续发酵理论基础

第三章乙醇连续发酵实验

第四章乙醇连续发酵实验结果分析

第五章膜器结构和流体流动对传质性能的影响

第六章结论

参考文献

发表论文

声 明

致 谢