[發明專利]一種分離純化丁醇和丙酮的裝置及方法

有效

• 申請號: 201210375885.4
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102911854A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 薛闖;楊尚天;白鳳武
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12P7/16;C12P7/28;C07C31/12;C07C29/76;C07C49/08;C07C45/81;C12R1/145;C12R1/19
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種分離純化丁醇和丙酮的裝置及方法，屬于生物技術領域。

背景技術

丁醇作為一種重要的替代性液體能源和化學品，可以通過微生物發酵法獲得，詳見文獻：Dürre,?P.?Biobutanol:?an?attractive?biofuel.?Biotechnol.?J.?2：?1525–1534，2007。但是用丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌發酵生產丁醇時，同時會產生丙酮，發酵液中終點的丁醇濃度通常不超過2.0%（w/v）,丙酮濃度不超過1.0%（w/v）。并且，丁醇的沸點為117.7℃，高于水的沸點100℃。因此，如果利用傳統的精餾或蒸餾分離法，其分離成本極高，經濟上是不可行的，很難實現工業化生產（Matsumura,?M.,?Kataoka,?H.,?Sueki,?M.,?Araki,?K.?Energy?saving?effect?of?pervaporation?using?oleyl?alcohol?liquid?membrane?in?butanol?purification.?Bioprocess?Eng.?3：93-100，1988）。

可替代性分離技術如液-液萃取、氣提、吸附等，可以通過在發酵過程中不斷移除并回收對細胞產生抑制的產物丁醇，提高發酵效率，是提高生物法生產丁醇的有效技術。但是目前利用這些分離技術進行分離，主要的問題是分離效率低，分離產物濃度低，因此，需要開發新技術對產物進行脫水提純，提高分離效率。

因此，本發明利用氣提-滲透氣化耦合提純法進行發酵產物丁醇和丙酮的分離純化，可以有效得到高濃度的丁醇和丙酮，降低分離成本。其中，氣提-滲透氣化耦合提純法的優勢在于，通過偶聯發酵系統在線分離丁醇和丙酮，和其他在線分離回收技術相比，操作簡單、對細胞無毒害、分離產品清潔無雜質，目標產物和細胞自然分離等優點（Ezeji?TC,?Qureshi?N,?Blaschek?HP.?Production?of?acetone,?butanol?and?ethanol?by?Clostridium?beijerinckii?BA101?and?in?situ?recovery?by?gas?stripping.?World?J?Microbiol?Biotechnol.?19:595-603,2003）。利用滲透氣化膜對丁醇和丙酮的高選擇性，純化氣提冷凝法分離得到的丁醇和丙酮產物，可以得到高濃度的丁醇和丙酮。其優點在于，利用傳統的膜分離技術分離丁醇之前，需要價格昂貴的超濾膜從發酵液中分離細胞，如果細胞分離不徹底，容易造成整個裝置的膜污染，導致生產成本急劇增加（Qureshi,?N.,?Meagher,?M.M.,?Huang,?J.C.,?Hutkins,?R.W.?Acetone?butanol?ethanol?(ABE)?recovery?by?pervaporation?using?silicalite-silicone?composite?membrane?from?fed-batch?reactor?of?Clostridium?acetobutylicum.?J.?Membr.?Sci.?187：93-102,2001）。而本發明可以節省分離細胞的成本，并且解決了滲透氣化膜的污染問題。到目前為止，未見使用氣提-滲透氣化耦合提純法對丁醇和丙酮進行分離純化的報道和相關專利。

發明內容

本發明提供了一種高效生產并分離純化丁醇和丙酮的裝置及方法。

為實現上述目的，本發明提供了分離純化丁醇和丙酮的結構裝置如下：?

一種分離純化丁醇和丙酮的裝置，是一種氣提-滲透氣化耦合提純裝置與發酵裝置偶聯的裝置，裝置包括兩部分：發酵裝置和氣提-滲透氣化耦合提純裝置；

發酵裝置由種子培養罐、泵G、生物反應器、泵A、和細胞固定化裝置連接而成；氣提-滲透氣化耦合提純裝置包括氣提冷凝裝置和滲透氣化冷凝裝置；氣提冷凝裝置由冷凝管、冷凝液儲罐A、低溫冷卻恒溫槽、泵B、泵C和泵E組成；滲透氣化冷凝裝置由泵D、恒溫加熱器、儲罐A、膜池、儲罐B、真空泵、冷阱、泵F和冷凝液儲罐B連接而成。

利用上述裝置分離純化丁醇和丙酮的方法，通過先培養丙酮丁醇生產菌，再用丙酮丁醇生產菌發酵得到丁醇和丙酮；采用氣提-滲透氣化耦合提純法從發酵液在線分離純化丁醇和丙酮；其中氣提-滲透氣化耦合提純法具體步驟如下：