CN104877889A - 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置。该方法包括从发酵罐中抽取由载气与所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分所形成的气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，通过蒸汽渗透膜组件分离出待分离挥发性有机物组分后，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气直接重新送回发酵罐循环使用，同时，在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分。本发明的优点在于原位分离挥发性组分，操作简单，效率高，无污染，同时载气无需冷凝和预热，且能够重复利用，并达到高效分离和节能减排的目的。

Description

发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置

技术领域

本发明属于化工与生物化工分离技术领域，涉及一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置。

背景技术

随着能源危机的加剧，通过生物炼制方法开发可再生生物质能源与化学品，用以替代原有不可持续的化石燃料和石化炼制工艺，是可再生能源开发的重要组成部分。经发酵工艺过程，可生产生物液体燃料，如乙醇、丙醇、丁醇，或生物化学品，如丙酮，异戊二烯等，均具有一定的挥发性。由于挥发性组分气相分压较大，导致在这类发酵过程中，发酵装置上部气相中富集高浓度的挥发性气体，影响液相中产品的收率。与此同时，一些发酵过程生成的挥发性产物如乙醇、丙酮、丁醇等，具有一定的细胞毒性。在发酵过程中，由于细胞毒性的存在，发酵醪液浓度一般维持在相对较低的水平，如果利用发酵液直接精馏加以纯化产物，所需的能量投入很大。

为降低挥发性发酵产物的细胞毒性，同时分离得到浓缩产物进行精馏，降低分离能耗，近年来提出的发酵原位耦合渗透汽化的方法以其选择性高，对发酵体系无毒性，连续性强，通量相对较大等诸多优点，受到科研人员及工业化生产的广泛关注与应用。然而，由于采用发酵醪液直接接触渗透汽化膜表面，发酵液中的活性细胞以及细胞碎片、离子、残留糖分等物质在接触过程中堵塞膜表面孔道和结构，造成膜污染，严重降低膜的使用效率和寿命。此外，由于渗透汽化过程组分发生相变，因此需要不断供给能量补充在分离过程中消耗的汽化潜热以，为防止料液温度降低。

中国专利201210375885公开了一种分离纯化丁醇和丙酮的装置及方法，该方法将丙酮-丁醇-乙醇（ABE）发酵过程与汽提装置耦合，原位分离得到丙酮丁醇浓缩液后，再利用渗透汽化装置进一步对分离后的浓缩液进行纯化，以获得高浓度的丙酮丁醇溶液。这一方法实际是对蒸汽渗透过程的分解。而经过上述分析，采用渗透汽化法相比蒸汽渗透有一定的劣势。同时，由于工艺过程分步进行，溶剂产物在回收过程中有损失。此外，该方法通过发酵罐内蒸汽经汽提冷凝分离，渗透汽化前加热，渗透汽化冷凝等工艺步骤，在热量传递过程中消耗大量能量，能量投入和经济成本较高。

蒸汽渗透技术，是近10年来快速发展的在渗透汽化的研究基础上发展起来的新型膜分离方法。该技术是以蒸汽进料，在混合物中各组分蒸气分压差的推动下，利用各组分在膜内溶解和扩散性能的差异来实现混合物分离的技术。蒸汽渗透过程具有三个特点，一是挥发性有机物是完全的气态，二是蒸汽渗透过程必须保持进料蒸汽处于过热状态。若操作温度低于进料蒸汽的露点温度，膜表面就会凝结料液使蒸汽渗透过程变成渗透汽化过程。同时，蒸汽的过热程度又因所选用膜材料的不同而有一定的限制。三是通常情况下，需要高温实现挥发性有机物的汽化。因此，蒸汽渗透技术常用于工业高温尾气废气中挥发性有机物的脱除。相比传统液体过膜的渗透汽化过程，由于蒸汽渗透原料侧为气态，气体与膜表面接触均匀，浓差极化现象较小。此外，由于蒸汽渗透过程无相变，能量损失少。同时，对于发酵过程而言，蒸汽渗透过程中，气相中对发酵醪液中的挥发性组分进行一定浓缩。因此，相比渗透汽化，由于初始浓度的增加，蒸汽渗透的分离效率更高。由于气相内相较渗透汽化过程，去除了易造成膜污染的细胞、细胞碎片、离子、残糖等杂质，同时在蒸汽渗透过程中膜的溶胀现象相比渗透汽化过程更小，因此，能够显著提高膜组件的使用寿命。但是传统的蒸汽渗透过程也存在一定的问题，例如，为保持进料蒸汽处于过热状态，蒸汽渗透过程的操作温度通常大于渗透汽化过程，对装置密闭性和保温性能要求极高，传质推动力小于渗透汽化过程等等。

因此，目前需要研究开发一种工艺简单，能耗低，且能高效分离发酵液中所富含的挥发性有机物的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供了一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法。该方法包括从发酵罐中抽取由载气与其从发酵液中吹脱出来的待分离挥发性有机物组分形成的气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，通过蒸汽渗透膜组件分离出待分离挥发性有机物组分后，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气重新送回发酵罐循环使用，同时，在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分的液体。本发明的优点在于原位分离挥发性组分，操作简单，效率高，无污染，同时载气无需冷凝和预热，且能够重复利用，达到高效分离和节能减排的目的。

本发明还提供了一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法，其包括：

步骤L，从发酵罐中抽取气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，所述汽液混合物包括载气和所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分；

步骤M，通过蒸汽渗透膜组件从气液混合物中分离出待分离挥发性有机物组分；

步骤N，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气重新送回发酵罐循环使用。

根据本发明，在步骤N中，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气不经过冷凝或加热直接重新送回发酵罐循环使用。由于渗余载气不经过冷凝或加热重新送回发酵罐循环使用，因此在发酵耦合分离过程中，渗余载气和气液混合物的温度（亦即操作温度）大致与发酵体系温度相当，渗余载气和气液混合物的温度约为0-37℃，优选渗余载气和气液混合物的温度为10-32℃，更为优选的渗余载气和气液混合物的温度为15-30℃，甚至更为优选的渗余载气和气液混合物的温度为20-24℃。

在本发明的一个实施例中，所述载气为水溶性较差的气体，其包括发酵过程中产生的CO₂、H₂、维持发酵体系氧环境的无菌空气、氧气、以及为维持发酵体系运转，间歇或持续通入的惰性气体中的至少一种。优选地，所述载气选自CO₂、H₂、He、空气、O₂、N₂等常见的、水溶性较差的气体中至少一种。

在本发明的另一个实施例中，所述气液混合物的抽取量为0.01-10L/min·L发酵液。优选所述气液混合物的抽取量为1-10L/min·L发酵液。

在本发明的一个实施方式中，所述方法还包括在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分的步骤。由于冷凝体系温度不同，所浓缩收集的待分离挥发性有机物组分实际可以是固体或液体。

本发明中，待分离的挥发性有机物组分的初始相态是液态，在分离过程中，载气在低温条件下通过吹扫携带出挥发性有机物组分的蒸汽，由于操作温度低，挥发性有机物组分的蒸汽中实际上既含有待挥发性有机物气体也含有待挥发性有机物微液滴。并且，由于操作温度低，蒸汽渗透过程不能保持进料蒸汽处于过热状态，当操作温度低于进料蒸汽的露点温度时，膜表面就会凝结料液使蒸汽渗透过程变成渗透汽化过程。因此本发明方法的特点是：（1）操作温度比较低；（2）膜进料测的进料为气液混合物；（3）分离过程实际分离对象是含有挥发性有机物组分的稀溶液。

从上述可以看出，本发明方法严格意义上说是吹脱（亦称为气提）过程与蒸汽渗透和渗透汽化的过程相结合的原位耦合分离过程。操作过程中不需要对载气加热来将进料侧的气液混合物维持在过热状态，渗余侧载气也不需要进行冷凝脱水，更不需要预热就可直接返回发酵罐循环使用，提高了待分离挥发性有机物组分的分离效率而基本不增加能耗、操作简单且节能减排。

本发明第二方面提供了一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的装置，其包括：发酵罐，蒸汽渗透膜组件，所述蒸汽渗透膜组件的进料侧通过第一循环动力组件与发酵罐上部相连，用于载气与待分离挥发性有机物组分的气液混合物进料。所述蒸汽渗透膜组件的渗余侧通过第二循环动力组件与发酵罐的底部相连，用于使渗余载气直接循环回到发酵罐。

本发明中，所述发酵罐、第一循环动力组件、蒸汽渗透膜组件以及第二循环动力组件构成气液-气体循环系统。构成气液-气体循环系统的所有设备均具有良好的气密性与良好的保温性能。

在本发明的一个例子中，气液-气体循环系统设计温度和发酵罐温度相同，气液混合物流直接进入蒸汽渗透膜组件的进料侧，同时蒸汽渗透膜组件的渗余侧的渗余载气直接返回发酵罐循环使用而实现基本无热量消耗，可以更好的实现节能。

本发明中，所述蒸汽渗透膜组件可以是板式，中空纤维式等能够有效实现传质和分离的装置类型。所述蒸汽渗透膜组件中的膜为亲有机物膜。所述亲有机物膜包括有机膜、无机膜、支撑液态膜。所述亲有机物膜优选为有机膜。

在本发明的一个实施例中，所述循环动力组件包含一台或多台循环泵，且多台循环泵之间为串联连接。

本发明提供的工艺设备中，所述循环泵可以包括柱塞泵，离心泵，蠕动泵等能够实现气体传递的泵器。

本发明中，吹脱过程通过挥发性有机物组分相分配系数的改变在气相中对待分离挥发性有机物气体组分进行初步的浓缩，之后初步浓缩的待分离挥发性有机物气体组分进入膜组件进行进一步的浓缩。由于是三种分离方式相结合，因此分离效率要比传统的液体过膜的渗透汽化过程与汽提冷凝过程的分离效率高，也比汽提过程与蒸汽渗透过程的分离效率高。例如，本发明中所述蒸汽渗透膜组件中的膜为亲有机物膜。尽管对于亲有机物膜而言，料液中待分离挥发性有机物组分浓度越大，膜的溶胀度上升，待分离挥发性有机物在膜中的溶解度和扩散系数均增大，因此透过膜的待分离挥发性有机物的浓度也就越高，总通量也就越大，也就是说料液中待分离挥发性有机物组分浓度越大越有利于其分离。但是本发明的发明人经过大量试验得出利用本发明方法可以分离的挥发性有机物组分的浓度甚至可以低于0.5%（重量），即使是痕量也可以具有很高的分离效率，例如，对于有机物含量为0.1%-2%（重量）的进料也可以得到有效的分离并得到浓度较高的产物，例如，产物浓度可以达到50%-80%（重量）。

根据本发明，所述装置还包括与所述蒸汽渗透膜组件的透过侧相连接的冷凝组件，用于收集并浓缩待分离挥发性有机物组分。

根据本发明，所述装置还包括与所述冷凝组件相连接的真空泵，用于在蒸汽渗透膜组件的透过侧构建真空体系，提供挥发性有机物过膜的传质推动力。

在本发明的一个实施例中，所述真空体系的压力为0.01-10000Pa。

在本发明的一个优选实施例中，所述发酵罐的底部还设置有气体分布器，用于使载气与发酵液中所含待分离挥发性有机物组分充分接触。

在本发明的另一个优选实施例中，所述发酵罐中还设置有搅拌构件，用于使载气与发酵液中待分离挥发性有机物组分充分接触。

本发明中所述用语“总通量”是指透过侧水的通量和有机溶剂的通量之和。因为透过侧也会透过少量水分。

本发明将发酵装置与蒸汽渗透装置耦合，提供了一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法。该方法包括从发酵罐中抽取由载气与所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分所形成的气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，通过蒸汽渗透膜组件分离出待分离挥发性有机物组分后，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气直接重新送回发酵罐循环使用，同时，在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分。

本发明中，所述发酵包括并不局限于批次、反复批次、补料分批、连续发酵。发酵方式包括并不局限于游离发酵、固定化发酵、菌体回收发酵、同步糖化发酵。对于连续式发酵过程，发酵过程中可以向发酵罐中补充料液，以维持发酵所需要的营养物质和水分等。发酵过程中，由于将发酵过程中所产生的待分离挥发性有机物组分原位移出发酵体系，有效的消除发酵过程中的产物抑制现象，提高了发酵强度，同时也提高了反应器的生产能力。

本发明中，将发酵与吹脱/蒸汽渗透和渗透汽化耦合，吹脱/蒸汽渗透产物能够直接收集，且产品浓度和纯度高，利用发酵过程中产生的气体作为载气进行吹脱，一方面降低了引入外源气体的成本，另一方面降低了副产物的进一步处理成本。本发明的优点在于原位分离挥发性组分，操作简单，效率高，无污染，同时载气无需冷凝和预热，且能够重复利用，达到高效分离和节能减排的目的。本发明工艺简单而又经济，具有良好的发展前景。

附图说明

下面结合附图来对本发明作进一步详细说明：

图1是实施例1中发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的工艺流程示意图；图中附图标记的含义如下：1 发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置；11发酵罐；12 蒸汽渗透膜组件；13 第一循环泵；14 第二循环泵；15 冷凝组件；16 真空泵；17 气体分布器；18 搅拌构件；21 蒸汽渗透膜组件进料侧；22 蒸汽渗透膜组件渗余侧；23 蒸汽渗透膜组件透过侧。

具体实施方式

下面将结合实施例和附图来详细说明本发明，这些实施例和附图仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围，下列实施例中未提及的具体实验方法，通常按照常规实验方法进行。

图1是本发明发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的工艺流程示意图。其中，发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1包括发酵罐11和蒸汽渗透膜组件12，蒸汽渗透膜组件12的进料侧21通过第一循环泵13与发酵罐11上部相连，用于载气与待分离挥发性有机物组分的气液混合物进料；蒸汽渗透膜组件12的渗余侧22通过第二循环泵14与发酵罐11的底部相连，用于使渗余载气循环回到发酵罐。

发酵罐11、第一循环泵13、蒸汽渗透膜组件12以及第二循环泵14构成气液-气体循环系统。构成气液-气体循环系统的所有设备均具有良好的气密性与良好的保温性能。

在一个优选实施例中，发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1还包括与蒸汽渗透膜组件12的透过侧23相连接的冷凝组件15，用于浓缩并收集待分离挥发性有机物组分。

在另一个优选实施例中，发酵耦合蒸汽渗透分离挥发性有机物的装置1还包括与冷凝组件15相连接的真空泵16，用于在蒸汽渗透膜组件的透过侧构建真空体系，提供挥发性有机物过膜的传质推动力。

在本发明的又一优选实施例中，发酵罐11的底部还设置有气体分布器17，用于使载气与发酵液中待分离挥发性有机物分组充分接触。

在本发明的一个进一步优选的实施例中，发酵罐11中还设置有搅拌构件18，用于使载气与发酵液中待分离挥发性有机物组分充分接触。

采用图1中所示的装置进行发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物包括以下步骤：

（1）吹脱分离：从发酵罐11的底部向发酵液中通入载气，并通过气体分布器17使载气与发酵液充分接触，将其中所富含的待分离挥发性有机物组分吹脱出来，并与载气形成气液混合物。

（2）蒸汽渗透膜分离：通过第一循环泵13将气液混合物从发酵罐11的上部抽出送入蒸汽渗透膜组件12的进料侧21，待分离挥发性有机物组分从蒸汽渗透膜组件12的透过侧22分离出来，并进入冷凝组件15进行浓缩并收集，蒸汽渗透膜组件12的渗余侧23出来的渗余载气通过第二循环泵14重新返回发酵罐11的底部并通过气体分布器17与发酵液充分接触。

在本发明的一个优选实施例中，发酵罐11中还设置有搅拌构件18，并且在步骤（1）中采用搅拌构件18进行搅拌，可以使载气与发酵液中待分离挥发性有机物组分更加充分接触，从而进一步提高待分离挥发性有机物组分的吹脱效率。

实施例

实例1：

从含有低浓度丁醇的发酵液中分离丁醇溶剂，包括如下步骤：

（1）向体积为2L，在底部具有气体分布器的发酵罐内加入1.5L丁醇浓度为11.5g/L的稀丁醇水溶液，并加热到35℃。

（2）将有效膜面积为23.75cm²，二甲基硅氧烷（PDMS）为膜聚合材料的板式蒸汽渗透膜组件的进料侧，按照图1所示方式通过第一循环泵与发酵罐顶部相连接，并将渗余侧管道通过第二循环泵发酵罐底部的气体分布器相连接。气液-气体循环系统（含膜组件）具有良好气密性，同时设计温度均为35℃，即与发酵罐温度相同的状态，第一和第二循环泵的泵速分别为200rpm（约1L/min）和190rpm（约0.95L/min）。

（3）在膜的透过侧连接液氮冷却的冷阱装置，管道末端采用液环式真空泵连接，以构建透过侧管道内的真空体系，真空体系内的压强不超过100Pa。

（4）开启装置，并在装置运行1h后收集透过侧冷阱装置内溶剂。利用高效气相色谱检测（SHIMADZU GC-2010，色谱柱：PQ80-100填充柱，检测器：氢火焰检测器）稀释后样品内溶剂浓度。利用分析天平测量溶剂质量，通过式Ⅰ计算分离过程的总选择性，通过式Ⅱ计算总通量：

$\mathrm{\α}=\frac{y/(1-y)}{x/(1-x)}$     式Ⅰ

其中，α为分离过程的总选择性；

y为分离后溶剂内丁醇的质量分数；

x为过膜前水溶液内丁醇的质量分数。

$J=\frac{W}{\mathrm{At}}$     式Ⅱ

其中，J为分离过程中的总通量；

W为冷阱内实际收集物质质量；

A为有效膜面积；

t为分离过程操作时间。

（6）操作结果如下：

表1丁醇水溶液蒸汽渗透分离结果

实施例2：

以甜高粱汁为原料批次发酵乙醇耦合蒸汽渗透分离，包括如下步骤：

（1）菌株：酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae sp.NOV.2.3857（菌种购自中国科学微生物研究所中国普通微生物菌种管理保藏中心）

种子培养基：蔗糖0.8g/L，葡萄糖20g/L，大豆蛋白胨5g/L，酵母粉3g/L，自来水，以1mol/L HCl调至pH5.5，于116℃下灭菌20min。

种子培养：取菌种一环接入灭菌好的含有150ml种子培养基的500ml三角瓶中，30℃下180rpm恒温培养24h。

发酵培养基：取新鲜甜高粱茎秆去皮反复压榨3次后，得汁液总糖浓度约为160g/L（DNS法）作为碳源，向其中加入1.2g/L尿素补充氮源，取3L培养基置于5L发酵罐中，于116℃下灭菌20min。

甜高粱汁发酵生产乙醇：将培养好后的种子液加入灭菌后的发酵培养基中，接种量10%，搅拌转速180rpm，于30℃下恒温培养，每隔一段时间取样分析。

（2）发酵至56h后，发酵终止，所得发酵醪液体积为2.3L，内含乙醇浓度在140g/L左右，将发酵液温度控制在30℃。

（3）将有效膜面积为45cm²，水滑石改性的二甲基硅氧烷板式蒸汽渗透膜组件的进料侧，按照图1所示方式通过第一循环泵与发酵罐顶部相连接，并将渗余侧管道通过第二循环泵与发酵罐内的通气装置。气液-气体循环系统（含膜组件）具有良好气密性与保温性能，第一和第二循环泵的泵速分别为400rpm（约2L/min）和390rpm（约1.95L/min）。

（4）在膜的透过侧连接液氮冷却的冷阱装置，管道末端采用液环式真空泵连接，以构建透过侧管道内的真空体系，真空体系内的压强不超过100Pa。

（5）开启装置，并在装置运行1h后收集透过侧冷阱装置内溶剂，以查看分离效果，检测方法如实施例一中所述。

（6）操作结果如下：

表2乙醇发酵液蒸汽渗透分离结果

实施例3：

从含有低浓度糠醛的发酵液中分离糠醛溶剂，包括如下步骤：

（1）向体积为2L，在底部具有气体分布器的发酵罐内加入1.5L糠醛浓度为5/L的稀糠醛水溶液，并加热到35℃。

（2）将有效膜面积为23.75cm²，二甲基硅氧烷（PDMS）为膜聚合材料的板式蒸汽渗透膜组件的进料侧，按照图1所示方式通过第一循环泵与发酵罐顶部相连接，并将渗余侧管道通过第二循环泵发酵罐底部的气体分布器相连接。气液-气体循环系统（含膜组件）具有良好气密性，同时设计温度均为35℃，即与发酵罐温度相同的状态，第一和第二循环泵的泵速分别为200rpm（约1L/min）和190rpm（约0.95L/min）。

（3）在膜的透过侧连接液氮冷却的冷阱装置，管道末端采用液环式真空泵连接，以构建透过侧管道内的真空体系，真空体系内的压强不超过100Pa。

（4）开启装置，并在装置运行1h后收集透过侧冷阱装置内溶剂。利用高效气相色谱检测（SHIMADZU GC-2010，色谱柱：PQ80-100填充柱，检测器：氢火焰检测器）稀释后样品内溶剂浓度。利用分析天平测量溶剂质量，通过式Ⅰ计算分离过程的总选择性，通过式Ⅱ计算总通量：

$\mathrm{\α}=\frac{y/(1-y)}{x/(1-x)}$     式Ⅰ

其中，α为分离过程的总选择性；

y为分离后溶剂内糠醛的质量分数；

x为过膜前水溶液内糠醛的质量分数。

$J=\frac{W}{\mathrm{At}}$     式Ⅱ

其中，J为分离过程中的总通量；

W为冷阱内实际收集物质质量；

A为有效膜面积；

t为分离过程操作时间。

（6）操作结果如下：

表3糠醛水溶液蒸汽渗透分离结果

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。例如，利用本发明方法既可以用于分离发酵液中所含的挥发性有机物组分，也可以用于其他含有低浓度挥发性有机物的液体，如含有挥发性组分的工业有机废水中挥发性组分的分离。

Claims (10)

1.一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法，其包括：

步骤L，从发酵罐中抽取气液混合物送入蒸汽渗透膜组件的进料侧，所述汽液混合物包括载气和所述载气中所携带的、来自发酵液的待分离挥发性有机物组分；

步骤M，通过蒸汽渗透膜组件从气液混合物中分离出待分离挥发性有机物组分；

步骤N，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气重新送回发酵罐循环使用。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤N中，将蒸汽渗透膜组件渗余侧的渗余载气不经过冷凝或加热直接重新送回发酵罐循环使用。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述载气包括发酵过程中产生的CO₂、H₂、维持发酵体系氧环境的无菌空气、氧气、以及为维持发酵体系运转而间歇或持续通入的惰性气体中的至少一种；

所述气液混合物的抽取量为0.01-10L/min·L发酵液，优选所述气液混合物的抽取量为1-10L/min·L发酵液。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在蒸汽渗透膜组件的透过侧浓缩并收集待分离挥发性有机物组分的步骤。

5.一种发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的装置，其包括：

发酵罐，

蒸汽渗透膜组件，所述蒸汽渗透膜组件的进料侧通过第一循环动力组件与发酵罐上部相连，用于载气与待分离挥发性有机物组分的气液混合物进料；

所述蒸汽渗透膜组件的渗余侧通过第二循环动力组件与发酵罐的底部相连，用于使渗余载气直接循环回到发酵罐。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述蒸汽渗透膜组件中的膜为亲有机物膜；所述循环动力组件包含一台或多台循环泵，且多台循环泵之间为串联连接。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述亲有机物膜包括有机膜、无机膜或支撑液态膜；所述亲有机物膜优选为有机膜。

8.根据权利要求5-7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述蒸汽渗透膜组件的透过侧相连接的冷凝组件，用于收集并浓缩待分离挥发性有机物组分。

9.根据权利要求5-8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述冷凝组件相连接的真空泵，用于在蒸汽渗透膜组件的透过侧构建真空体系，提供挥发性有机物过膜的传质推动力；所述真空体系的压力为0.01-10000Pa。

10.根据权利要求5-9中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发酵罐的底部还设置有气体分布器，用于使载气与发酵液中所含待分离挥发性有机物分组充分接触。