生物丁醇的分离工艺重点.ppt

班级：制药13-1 姓名：刁洪德 学号：1309040104 目录 一、生物丁醇概述 二、生物丁醇生产中的产物抑制 三、生物丁醇的分离技术 1、吸附法 2、液液萃取法 3、反渗透法 4、渗透蒸发法 5、气提法 四、气提耦合发酵技术的优势 五、目前生物丁醇制造面临的问题 一、生物丁醇概述 丁醇是一种无色液体,有酒味,微溶于水,能与乙醇、乙醚及其他多种有机溶剂混溶。作为一种重要的有机化工原料,丁醇在医药工业、塑料工业、有机工业、印染等方面具有广泛用途。相比其他生物燃料,生物丁醇的燃烧值和辛烷值都与汽油最接近,在燃料性能和经济性方面具有明显的优势。 二、生物丁醇生产中的产物抑制 丁醇是细菌通过糖类发酵的主要产物,如丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum),但发酵法生产丁醇时,较低的pH和产物都会对发酵产生抑制作用。在传统发酵过程中丁醇的浓度一般都低于13g/L,当丁醇浓度达到10-15g/L时会对发酵过程产生抑制作用。丁醇发酵是一个较为复杂的过程,首先在产酸期生产丁酸和乙酸等主要酸类物质,其次在产溶剂期生产丁醇、丙酮和乙醇等物质。产物抑制导致发酵过程很难获得高浓度糖的利用率,且溶剂产量也很低,低的溶剂浓度还会导致分离成本增加,因此从反应器中移除对细胞有毒性的溶剂显得尤为重要。 三、生物丁醇的分离技术 产物抑制导致后期分离占了成本的一大部分。用传统蒸馏法分离低浓度的产物需要消耗大量能量并且不能实现在线即时控制。为了在生产过程中实现产物的在线分离,去除产物抑制,提高产物浓度,可采用如吸附法、液液萃取法、反渗透法、渗透蒸发法以及气提法等分离技术。 1、吸附法 吸附法是一种操作简单并能有效实现分离过程的分离技术。丁醇首先被发酵罐中的吸附剂吸附,然后通过热处理或者解吸过程来得到高浓度的产物。目前很多材料都可以作为分离丁醇的吸附剂,文献中报道的较多的是硅藻土、活性炭、聚乙烯吡咯烷酮(PVP),其中硅质岩最为常用。硅质岩带有一个与沸石类似的结构,并且具有疏水性能,它可以选择性地吸附小的有机分子,比如从稀释的水溶液中吸附C1~5的醇类物质。 2、液液萃取法 通常当水不溶性的有机萃取剂和发酵液混合在发酵罐时,丁醇更易溶于萃取剂相而非发酵液相中。因此丁醇可以有选择性地在萃取剂中富集,由于萃取剂和发酵液两相不相溶,萃取剂可以容易地从发酵罐中分离。而且液液萃取法可从发酵液中提取丁醇而不需要移除底物、水或者营养物质。但越是对丁醇有高的分配系数的液体萃取剂对细胞的毒性越大。研究表明油醇作萃取剂对细胞的毒性小且对丁醇也有好的分离效果。 3、反渗透法 反渗透法用一个阻止溶剂通过但是允许水通过的膜,可以排除发酵液,液体的量因此显著减少,产物得到富集。反渗透法仅仅利用压力作为膜分离的推动力,分离装置简单,易于操作,但是在反渗透过程进行前需要进行一个预处理,使用一个空纤维超滤器移除不再使用的微生物体和营养物质,只有这样才可以得到较纯的产物,但也因此增加了成本。 4、渗透蒸发法 渗透蒸发是利用膜对液体混合物中各组分的溶解与扩散性能的不同来实现其分离的过程。膜对丁醇、丙酮等有机组分有较好的溶解性,发酵液中的挥发组分或有机组分有选择性地在膜内汽化通过,而营养物质、糖以及微生物细胞等被截留下来,最后到达膜的真空侧的分离组分在减压下全部气化,并被冷凝收集。渗透蒸发法运用在分离过程中,既有效又节能,但是高选择性的膜是必需的,而膜本身的性质也限制了它的发展。 5、气提法 气提是一个物理过程,它采用一个气体介质破坏原气液两相平衡而建立一种新的气液平衡状态,使溶液中的某一组分由于分压降低而解吸出来,从而达到分离物质的目的。通过控制气提介质的量可以控制气提程度。当气泡在发酵罐中形成或者破坏时,周边的液体会随之振动,从而使得溶剂从发酵罐中移出[。气 提法简单而实用,可以实 现在线同时分离,随着反 应过程中产物的不断移 出,产物抑制作用减小, 糖的利用率大大提高,也 可以耦合底物流加过程, 从而得到高的产物浓度。 四、气提耦合发酵技术的优势 比较： 吸附法 虽然操作简单,但是存在吸附剂饱和以及解吸的问题,而且不易实现流加操作,选择性较差容易被发酵液污染。 液液萃取法 可以根据两相不溶的原理轻松分离出产物,但是萃取剂往往都有毒性,对细胞有毒害作用,而无毒性的液体萃取剂对产物的选择性通常很低。 反渗透法 仅仅利用压力作为膜分离的推动力,分离装置简单,易于操作,但是对膜的选择性很高,而且反渗透装置要求进水要达到一定的指标才能运转,耗能较大。 渗透蒸发法 选择性好,分离效果好,操作简单,但是它也是基于膜的一种分离方法,膜的高选择性限制