CN206529469U - 一种生物发酵产物原位分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物发酵产物原位分离装置，包括发酵罐、清洗储罐和缓冲罐，陶瓷膜组件与发酵罐通过第三回流管道相连接，陶瓷膜组件与清洗储罐通过第一回流管道相连接，吸附树脂柱与缓冲罐通过第四回流管道相连接，第四回流管道上设置有蠕动泵，缓冲罐与陶瓷膜组件通过管道相连接，吸附树脂柱与解吸剂储罐通过管道相连接，吸附树脂柱与发酵罐通过第二回流管道相连接，吸附树脂柱的底部设置有连接下游精制设备管道，清洗储罐与发酵罐通过清洗罐连接管道相连接。通过陶瓷膜原位分离出发酵产物，并经过树脂柱吸附，吸附废余液流下来又循环回到发酵罐中，实现了发酵产物的连续自动原位分离。

Description

一种生物发酵产物原位分离装置

技术领域

本实用新型涉及一种分离装置，特别涉及一种生物发酵产物原位分离装置。

背景技术

在微生物发酵过程中，许多产品会出现产物抑制问题，因此在发酵过程中需要对产物进行原位分离，以减少产物在发酵液中的积累，降低产物抑制，才能提高发酵产量。目前，普遍采用的发酵产物原位分离方法主要有：油水两相发酵的原位分离技术方法、发酵罐中投入吸附树脂进行发酵吸附的原位分离技术方法和陶瓷膜耦合发酵罐进行发酵产物的原位分离。

上述目前所采取的生物发酵产物原位分离方法都普遍存在一定的缺点：油水两相法主要缺陷是油水混合体系粘度大，不利于发酵过程中的传质，发酵产率不高；投入树脂吸附方法主要缺陷更多，发酵体系中加入大量的吸附树脂，改变了固含量，同样影响发酵过程的传质，同时搅拌过程树脂颗粒剪切力对菌体造成一定损伤，一定程度抑制菌体活力，影响发酵产率，另外，后期的放灌树脂漂洗产生大量废水；陶瓷膜耦合发酵罐的原位分离方法，是目前常用的技术手段，避免了前二者所述的菌体损伤和传质问题，但是对生物发酵产物原位分离而言，膜分离后，产品透析的同时透析液含有大量的极性反应底物、碳氮源和无机盐等发酵营养物质，因为需要维持发酵菌体浓度和培养基含量，往往需要在膜分离的同时需要不断补加水、极性反应底物、碳氮源、无机矿物质等原材料保证发酵正常进行，一边透析损失原材料一边继续不断补加造成发酵原料大量浪费，成本升高，同时源源不断的透析液使得后续产品纯化过程产生大量废水。

有鉴于此，需要设计一种生物发酵过程中产物的原位分离装置进行改进，实现生产过程的连续自动化，发酵原材料循环重复利用，避免发酵工段产生额外废水，降低成本。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种生物发酵产物原位分离装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型一种生物发酵产物原位分离装置，包括发酵罐、陶瓷膜组件、吸附树脂柱、蠕动泵、清洗储罐和缓冲罐，所述陶瓷膜组件与发酵罐通过第三回流管道相连接，所述第三回流管道的一端设置有第三阀门，所述陶瓷膜组件与清洗储罐通过第一回流管道相连接，所述第一回流管道上设置有第四阀门，所述吸附树脂柱与缓冲罐通过第四回流管道相连接，所述第四回流管道上设置有蠕动泵，所述蠕动泵的一侧设置有进料阀门，所述缓冲罐与陶瓷膜组件通过管道相连接，所述吸附树脂柱与解吸剂储罐通过管道相连接，所述解吸剂储罐的底部设置有第一阀门，所述吸附树脂柱与发酵罐通过第二回流管道相连接，所述第二回流管道上设置有第二阀门，所述吸附树脂柱的底部设置有连接下游精制设备管道，所述连接下游精制设备管道上设置有连接下游精制设备阀门，所述清洗储罐与发酵罐通过清洗罐连接管道相连接，所述清洗罐连接管道上设置有清洗罐连接阀门。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷膜组件的膜组件材质为氧化锆、三氧化二铝，且分离孔径为50-400nm，耐高温高压。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷膜组件与发酵罐通过进流管道相连接，所述进流管道上设置有蒸汽连接头阀门。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷膜组件浓缩液出口与发酵罐连接的第三回流管道上安装有换热器。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述陶瓷膜组件和吸附树脂柱上端进口之间，通过管道相连接有缓冲罐。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述吸附树脂柱下端出口第二回流管道和第二阀门连接到发酵罐进料口使得物料循环回到发酵罐中。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述吸附柱内的分离介质为树脂为大孔吸附树脂，离子交换树脂。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型通过该生物发酵过程产物原位分离装置，首先是陶瓷膜组件与发酵罐耦合，发酵过程通过陶瓷膜对菌体和产物液进行分离，菌体浓缩液循环回流到发酵罐中继续发酵，而产物经过陶瓷膜透析流出，透析液流经树脂吸附柱，产物被分离介质吸附富集在柱床上，因为分离介质不吸附发酵液中极性底物和碳氮源、无机盐、矿物质等发酵营养物质，因此膜分离透析液中的极性底物和营养物质穿透柱床流流出，循环回流到发酵罐中循环利用，继续进行发酵，这样的技术特征既不会产生大量废水，极性底物和营养物质等原材料得到充分循环利用，避免原材料浪费；整个运行系统是一个密闭、连续自动过程，操作更简便。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图中：1、发酵罐；2、蒸汽连接头阀门；3、清洗罐连接阀门；4、清洗罐连接管道；5、清洗罐；6、第一回流管道；7、缓冲罐；8、连接下游精制设备阀门；9、连接下游精制设备管道；10、第二阀门；11、吸附树脂柱；12、第一阀门；13、解吸剂储罐；14、第二回流管道；15、第三回流管道；16、换热器；17、第三阀门；18、陶瓷膜组件；19、第四阀门；20、蠕动泵；21、进料阀门；22、第四回流管道；23、进流管道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供生物发酵产物原位分离装置，包括发酵罐1、陶瓷膜组件18、吸附树脂柱11、蠕动泵20、清洗储罐5和缓冲罐7，陶瓷膜组件18与发酵罐1通过第三回流管道15相连接，第三回流管道15的一端设置有第三阀门17，陶瓷膜组件18与清洗储罐5通过第一回流管道6相连接，第一回流管道6上设置有第四阀门19，吸附树脂柱11与缓冲罐7通过第四回流管道22相连接，第四回流管道22上设置有蠕动泵20，蠕动泵的一侧设置有进料阀门21，缓冲罐7与陶瓷膜组件18通过管道相连接，吸附树脂柱11与解吸剂储罐13通过管道相连接，解吸剂储罐13的底部设置有第一阀门12，吸附树脂柱11与发酵罐1通过第二回流管道14相连接，第二回流管道14上设置有第二阀门10，吸附树脂柱11的底部设置有连接下游精制设备管道9，连接下游精制设备管道9上设置有连接下游精制设备阀门8，清洗储罐5与发酵罐1通过清洗罐连接管道4相连接，清洗罐连接管道4上设置有清洗罐连接阀门3。

进一步的，陶瓷膜组件18的膜组件材质为氧化锆、三氧化二铝，且分离孔径为50-400nm，耐高温高压，便于发酵底物和各种营养物质原料未被吸附而穿透柱床流下来。

陶瓷膜组件18与发酵罐1通过进流管道23相连接，进流管道23上设置有蒸汽连接头阀门2，便于浓缩液降温循环进入发酵罐1内继续发酵。

陶瓷膜组件18和吸附树脂柱11上端进口之间，通过第四回流管道22连接有缓冲罐7，可实现透吸液过柱流速调节。

陶瓷膜组件18浓缩液出口与发酵罐1连接的第三回流管道15上安装有换热器16，便于浓缩液的降温。

吸附树脂柱11下端出口通过第二回流管道14和第二阀门10连接到发酵罐1进料口使得物料循环回到发酵罐1中，便于发酵产物继续发酵。

吸附树脂柱11吸附介质为大孔吸附树脂、离子交换树脂，分离介质不吸附发酵液中极性底物和碳氮源、无机盐、矿物质等发酵营养物质。

具体的，发酵罐1在常规操作条件下发酵到产物含量到达规定的水平后，打开发酵罐放料口阀门和第三阀门17，蒸汽连接管阀门2、清洗罐连接阀门3和清洗循环管道阀门19关闭，启动陶瓷膜组件18，运行时浓缩液经过换热器16降温循环进入发酵罐1内继续发酵，膜过滤后透析液流入缓冲罐7，当缓冲罐7内透析液收集到一定量后，打开吸附树脂柱11上端的进料阀门21和下端的循环管道阀门10，连接下游精制设备阀门9关闭，启动蠕动泵20，物料从吸附树脂柱11顶端进料进行产物吸附，产物被大孔树脂吸附，而陶瓷膜组件18透析液中的发酵底物和各种营养物质原料未被吸附而穿透柱床流下来，经过第二回流管道14回流进入发酵罐1内继续发酵，整个装置运行过程是一个密闭、连续、自动循环过程，发酵产物连续不断的被分离出发酵体系，转移并富集到树脂吸附柱11中，实现了连续自动的生物发酵产物原位分离，使得发酵过程发酵液中产物浓度维持在较低水平，避免了发酵菌体的产物抑制，提高了发酵产物总产量。

发酵结束后，产物被全部转移吸附到树脂中，关闭吸附树脂柱11上端的进料阀门21和第二阀门10，打开并第一阀门12和链接下游精制设备阀门8，开始解吸产品通过管道9进入下游精制阶段，经过后续处理得到成品。

发酵结束后，需要对陶瓷膜组件18进行清洗，关闭发酵罐1底部放料阀门和第三阀门17，打开清洗进料阀门3和清洗循环阀门19，启动陶瓷膜运行清洗程序。

本实用新型通过该生物发酵过程产物原位分离装置，首先是陶瓷膜组件18与发酵罐1耦合，发酵过程通过陶瓷膜对菌体和产物液进行分离，菌体浓缩液循环回流到发酵罐1中继续发酵，而产物经过陶瓷膜透析流出，透析液流经树脂吸附柱11，产物被分离介质吸附富集在柱床上，因为分离介质不吸附发酵液中极性底物和碳氮源、无机盐、矿物质等发酵营养物质，因此膜分离透析液中的极性底物和营养物质穿透柱床流流出，循环回流到发酵罐1中循环利用，继续进行发酵，这样的技术特征既不会产生大量废水，极性底物和营养物质等原材料得到充分循环利用，避免原材料浪费；整个运行系统是一个密闭、连续自动过程，操作更简便。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种生物发酵产物原位分离装置，包括发酵罐(1)、陶瓷膜组件(18)、吸附树脂柱(11)、蠕动泵(20)、清洗储罐(5)和缓冲罐(7)，其特征在于，所述陶瓷膜组件(18)与发酵罐(1)通过第三回流管道(15)相连接，所述第三回流管道(15)的一端设置有第三阀门(17)，所述陶瓷膜组件(18)与清洗储罐(5)通过第一回流管道(6)相连接，所述第一回流管道(6)上设置有第四阀门(19)，所述吸附树脂柱(11)与缓冲罐(7)通过第四回流管道(22)相连接，所述第四回流管道(22)上设置有蠕动泵(20)，所述蠕动泵的一侧设置有进料阀门(21)，所述缓冲罐(7)与陶瓷膜组件(18)通过管道相连接，所述吸附树脂柱(11)与解吸剂储罐(13)通过管道相连接，所述解吸剂储罐(13)的底部设置有第一阀门(12)，所述吸附树脂柱(11)与发酵罐(1)通过第二回流管道(14)相连接，所述第二回流管道(14)上设置有第二阀门(10)，所述吸附树脂柱(11)的底部设置有连接下游精制设备管道(9)，所述连接下游精制设备管道(9)上设置有连接下游精制设备阀门(8)，所述清洗储罐(5)与发酵罐(1)通过清洗罐连接管道(4)相连接，所述清洗罐连接管道(4)上设置有清洗罐连接阀门(3)。

2.根据权利要求1所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述的陶瓷膜组件(18)的膜组件材质为氧化锆、三氧化二铝，且分离孔径为50-400nm，耐高温高压。

3.根据权利要求2所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(18)与发酵罐(1)通过进流管道(23)相连接，所述进流管道(23)上设置有蒸汽连接头阀门(2)。

4.根据权利要求3所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(18)和吸附树脂柱(11)上端进口之间，通过第四回流管道(22)连接有缓冲罐(7)。

5.根据权利要求4所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述陶瓷膜组件(18)浓缩液出口与发酵罐(1)连接的第三回流管道(15)上安装有换热器(16)。

6.根据权利要求4所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述吸附树脂柱(11)下端出口通过第二回流管道(14)和第二阀门(10)连接到发酵罐(1)进料口使得物料循环回到发酵罐(1)中。

7.根据权利要求6所述的一种生物发酵产物原位分离装置，其特征在于，所述吸附树脂柱(11)吸附介质为大孔吸附树脂、离子交换树脂。