CN214300132U - 一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统：生物滴滤塔包括塔体和塔釜，塔体顶设塔顶放空管线，塔体内设塔顶喷淋装置和填料层，塔体侧壁设置进气口；塔釜内设消泡喷嘴；正丁醇泵进口与正丁醇罐连接，出口与消泡喷嘴连接，生物滴滤塔进气口与丁辛醇生产装置尾气压缩机连接；塔釜液采出泵进口与生物滴滤塔的塔釜连接，塔釜液采出泵出口分别连接塔顶喷淋装置和高速离心机，高速离心机液体排出口与酸化沉淀罐连接。本实用新型以丁辛醇生产装置尾气为碳源，生物滴滤塔为反应器并辅以离心分离及酸化沉淀装置制备鼠李糖脂。

Description

一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统

技术领域

本实用新型属于环保技术与微生物技术领域，更具体地说，是涉及一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统。

背景技术

生物滴滤技术是处理VOCs气体的常用技术之一。其中生物滴滤塔是生物滴滤技术处理VOCs常用设备。生物滴滤塔包括塔釜、塔体、进气分布器、填料、液体再分布器、液体喷淋器、塔釜液循环泵、进气泵。其特点是设备占地面积小，可自动化操作性强，气液接触方式灵活。生物滴滤塔处理VOCs的基本原理是：利用微生物(微球菌、假单胞菌、棒杆菌、不动杆菌等)附着在塔内填料表面上，并依靠VOCs和营养物质为碳源与能源进行生命活动，最终在填料表面上形成生物膜。VOCs在塔内进行气液传质，再进一步的通过生物膜传递，最后由微生物的代谢或酶的作用转化为CO₂、H₂O等其它物质。

鼠李糖脂是一种无毒害、易降解的阴离子表面活性剂。鼠李糖脂能够在油-水界面降低水的表面张力，从而增加固体的表面的湿润性。目前，鼠李糖脂在土壤修复、废弃油脂降解、促进农作物养分吸收等方面应用的研究已经成为热点问题。

目前鼠李糖脂的工业化生产主要依靠生物发酵，其基本流程为，将菌种接入发酵罐，再通过发酵过程，使菌种消耗植物油脂等原料，通过代谢产出鼠李糖脂。进一步将含有粗鼠李糖脂的发酵液进行菌体脱除，脱除后所得母液进行酸化沉淀得到鼠李糖脂。

该工艺目存在两个缺点：1.发酵过程中需要进行搅拌，但鼠李糖脂作为表面活性剂在发酵罐中产生大量泡沫，泡沫会挤占反应空间影响产品收率。2.多数企业使用的原料为植物油，而植物油的采购成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术缺点，提供一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，通过丁辛醇生产装置尾气为碳源，生物滴滤塔为反应器，将铜绿假单胞菌接入生物滴滤塔，经过240h-480h后在填料表面形成生物膜，通过铜绿假单胞菌的代谢作用降解丁辛醇生产装置尾气的同时产生鼠李糖脂。得到的含鼠李糖脂釜液经过离心分离脱除菌体，最后送至酸化沉淀罐调节pH，固液分离后得到鼠李糖脂。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，包括生物滴滤塔、正丁醇罐、正丁醇泵、塔釜液采出泵、高速离心机、酸化沉淀罐；

所述生物滴滤塔包括上下布置的塔体和塔釜，所述塔体顶部设置有塔顶放空管线，所述塔体内设置有塔顶喷淋装置和填料层，且所述塔顶喷淋装置设置于填料层上方，所述塔体侧壁设置有进气口，且所述进气口位于填料层下方；所述塔釜内设置有消泡喷嘴，且所述消泡喷嘴位于塔釜内液面上方；所述生物滴滤塔的塔釜设置有加料阀；

所述正丁醇泵进口通过管线与正丁醇罐连接，所述正丁醇泵出口通过管线与消泡喷嘴连接，所述生物滴滤塔的进气口通过管线与丁辛醇生产装置尾气压缩机连接；所述塔釜液采出泵进口通过管线与生物滴滤塔的塔釜连接，所述塔釜液采出泵出口分别通过管线连接塔顶喷淋装置和高速离心机，所述高速离心机液体排出口与酸化沉淀罐连接。

所述填料层为多面空心球或矩鞍环，所述填料层填装形式为乱堆填装。

所述正丁醇泵采用带有计量功能的蠕动泵。

所述塔釜液采出泵的出口连接三通阀，所述三通阀一端口与高速离心机连接，另一端口与塔顶喷淋装置连接。

所述酸化沉淀罐带有搅拌装置，所述酸化沉淀罐底部设有出料口。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本实用新型在制备鼠李糖脂时不需要发酵工序，鼠李糖脂的合成在生物滴滤塔内完成。

(2)本实用新型中消泡喷嘴可以将正丁醇喷撒于塔釜液面上部，塔釜因鼠李糖脂的形成与液体循环造成的泡沫会大量堆积在塔釜液上表面，以喷射形式加入少量正丁醇，即可达到均匀快速消泡的目的。

(3)本实用新型利用丁辛醇生产装置尾气为碳源，在除去丁辛醇生产装置尾气的同时，通过串联离心、酸化沉淀设备充分利用装置所需的微生物液，制备有价值产品。

(4)本实用新型使用丁辛醇生产装置尾气作为碳源，利用铜绿假单胞菌降解丁辛醇尾气；在水浴摇床中筛选驯化出铜绿假单胞菌，并将铜绿假单胞菌种子液接入生物滴滤塔；在生物滴滤塔中降解丁辛醇尾气的同时生产出含有粗鼠李糖脂的塔釜液，再将塔釜液经分离提纯得到鼠李糖脂。

(5)本实用新型处理丁辛醇装置尾气的同时附带产出有附加值的产品。鼠李糖脂作为生物表面活性剂能够应用在土壤治理、地沟油降解、农药合成等其他方面。

(6)本实用新型节约鼠李糖脂生产成本，生产所需碳源为生产装置尾气，属于变废为宝，且生产中不需要发酵设备，也不需要经过长时间发酵，丁辛醇尾气降解与鼠李糖脂的生成都在生物滴滤塔内完成。

附图说明

图1是本实用新型利用生物滴滤塔生产鼠李糖脂的系统示意图。

附图标记：1正丁醇罐，2正丁醇泵，3生物滴滤塔，4进气口，5消泡喷嘴，6塔釜，7加料阀，8填料层，9塔顶喷淋装置，10塔顶放空管线，11塔釜液采出泵，12三通阀，13高速离心机，14酸化沉淀罐，15塔体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，如图1所示，包括生物滴滤塔3、正丁醇罐1、正丁醇泵2、塔釜液采出泵11、高速离心机13、酸化沉淀罐14。

所述生物滴滤塔3包括上下布置的塔体15和塔釜6。所述塔体15顶部设置有塔顶放空管线10，所述塔体15内设置有塔顶喷淋装置9和填料层8，且所述塔顶喷淋装置9设置于填料层8上方，所述塔体15侧壁设置有进气口4，且所述进气口4位于填料层8下方。所述塔釜6内设置有消泡喷嘴5，且所述消泡喷嘴5位于塔釜6内液面上方。其中，所述填料层8为多面空心球或矩鞍环，所述填料层8填装形式为乱堆填装。所述生物滴滤塔3的塔釜6设置有加料阀7，所述加料阀7通过手动方式打开，并进行加料操作。

所述正丁醇泵2采用带有计量功能的蠕动泵。所述正丁醇泵2进口通过管线与正丁醇罐1连接，所述正丁醇泵2出口通过管线与消泡喷嘴5连接，所述正丁醇罐1中正丁醇通过正丁醇泵2输送至生物滴滤塔3，所述正丁醇通过消泡喷嘴5喷洒在生物滴滤塔3的塔釜6内液面上方。所述生物滴滤塔3的进气口通过管线与丁辛醇生产装置尾气压缩机连接，丁辛醇生产装置尾气通过进气口4进入生物滴滤塔3。所述塔釜液采出泵11进口通过管线与生物滴滤塔3的塔釜6连接，所述塔釜液采出泵11出口连接三通阀12，所述三通阀12一端口与高速离心机13连接，另一端口与塔顶喷淋装置9连接。所述高速离心机13液体排出口与酸化沉淀罐14连接。所述酸化沉淀罐14带有搅拌装置，所述酸化沉淀罐14底部设有出料口。其中，所述三通阀12在降解丁辛醇生产装置尾气时与塔顶喷淋装置9相连，在制备鼠李糖脂时与高速离心机13相连。

本实用新型利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的方法，具体涉及微生物降解丁辛醇生产装置尾气，并在降解过程中利用铜绿假单胞菌的作用副产鼠李糖脂的方法。将铜绿假单胞菌种子液接入生物滴滤塔中，同时向系统中通入丁辛醇生产装置尾气，在经过微生物的挂膜期后，生物滴滤塔填料表面会形成生物膜，生物膜增加丁辛醇生产装置尾气脱除效率的同时也提高鼠李糖脂的产量。进一步的塔釜液离心脱除菌体，所得无菌体液经酸化沉淀，固液分离后的到固体鼠李糖脂。主要包括以下步骤：菌种筛选驯化、生物滴滤塔挂膜、丁辛醇生产装置尾气降解、鼠李糖脂的分离提纯。

步骤一：菌种筛选驯化

在水浴摇床中以正丁醛、异丁醛、正丁醇、异丁醇的混合液为碳源，无菌的筛选驯化培养液为营养物质，并添加活性污泥，筛选驯化铜绿假单胞菌，筛选驯化90-120天后得到铜绿假单胞菌种子液。该过程以摇瓶中菌液外观成稳定绿色时为完成标志。

其中，所述正丁醛、异丁醛、正丁醇、异丁醇混合碳源四种物质所占体积比例为：正丁醛：10％-30％；异丁醛：60％-80％；正丁醇：0％-10％；异丁醇：0％-10％。

其中，菌种筛选驯化水浴摇床条件设定如下：温度：25-32℃，转速：80-125r/min。在筛选驯化期间碳源使用正丁醛、异丁醛、正丁醇、异丁醇混合液，碳源补充频次为72h/次，筛选驯化培养液更换频次为：80-100h/次。调节并保持摇瓶中培养液pH为6.5-8.0。

其中，无菌的筛选驯化培养液的成分为：K₂HPO₄：2-15g/L；KH₂PO₄：1-6g/L；(NH₄)₂SO₄：0.8-3g/L；MgSO₄：0.5-2g/L；异丁醛：2mL；微量元素溶液：2-4mL/L；其余为除盐水。所述微量元素溶液组成为：H₃BO₄：0.3g/L；ZnSO₄·7H₂O：0.2g/L；FeSO₄(NH₄)₂SO₄·6H₂O：0.1g/L；CoSO₄·7H₂O：0.1g/L；(NH₄)₆Mo·4H₂O：0.08g/L；CuSO₄·5H₂O：0.01g/L；MnSO₄·4H₂O：0.01g/L；其余为除盐水。

步骤二：生物滴滤塔挂膜

将无菌的筛选驯化培养液通过加料阀加入生物滴滤塔中，开启塔釜液采出泵，并将出口处的三通阀调节至与塔顶喷淋装置相连，开启塔釜液循环；将丁辛醇生产装置尾气通入生物滴滤塔，将步骤一中所得铜绿假单胞菌种子液通过加料阀加入生物滴滤塔中，经过240-480h完成生物滴滤塔挂膜。

其中，加入生物滴滤塔中的铜绿假单胞菌种子液与无菌的筛选驯化培养液体积比为0.05～0.1:1。

其中，生物滴滤塔操作参数为：丁辛醇生产装置尾气通入浓度为200-1100ppm；进塔尾气气速：300-900L/h；塔釜液循环速率：50-60L/h；生物滴滤塔内温度为25-35℃。

其中，丁辛醇生产装置包括：生产装置主体、中间罐区、产品(正丁醇、异丁醇、正丁醛、异丁醛)装车装置、事故水池。丁辛醇生产装置尾气包括：正丁醛、异丁醛、正丁醇、异丁醇。

步骤三：丁辛醇生产装置尾气降解

在步骤二完成生物滴滤塔挂膜后，保持丁辛醇生产装置尾气浓度为200-1100ppm，进塔尾气气速为300-900L/h；此时，丁辛醇生产装置尾气的降解能力进入高效稳定期，鼠李糖脂生产能力进入稳定增加阶段，也是铜绿假单胞菌将丁辛醇装置尾气转化为鼠李糖脂的主要阶段；在此阶段因为含有鼠李糖脂的塔釜液循环流动，生物滴滤塔内会产生大量泡沫，需加入消泡剂；向生物滴滤塔内加入塔内总液体体积0.01％-0.1％的正丁醇，加入后可快速消除泡沫。其中，消泡剂加入方式是通过正丁醇泵输送，并由消泡喷嘴，喷洒于塔釜内部。

步骤四：鼠李糖脂的分离提纯

将塔釜液采出泵出口处的三通阀调节至与高速离心机相连，每隔一定时间(如每20-32h)使用塔釜液采出泵采出生物滴滤塔塔釜液，采出体积为塔釜液的30-60％，采出体积与采出时间由塔釜液鼠李糖脂含量确定；采出结束后补充等量的无菌的筛选驯化培养液保持塔釜液体积；将采出的塔釜液离心分离除去菌体及杂质并得到去菌体塔釜液，所得去菌体塔釜液进入酸化沉淀罐，酸化沉淀得到80％-85％含量的鼠李糖脂。其中，塔釜液取样检测鼠李糖脂含量，含量大于35g/L，则取30-60％体积的塔釜液进行离心分离。

其中，将采出的塔釜液送入高速离心机分离，分离后塔釜液中菌体聚集沉淀，分离出去菌体塔釜液，保持离心机转速为9500rpm。

其中，所述去菌体塔釜液进入酸化沉淀罐，加酸调节pH至3.5-4.0，静置沉淀4-10h，将静置后沉淀与清液分离，回收底部沉淀物，检测沉淀物鼠李糖脂含量在80％-85％。

尽管上面结合附图对本实用新型的功能及工作过程进行了描述，但本实用新型并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，其特征在于，包括生物滴滤塔(3)、正丁醇罐(1)、正丁醇泵(2)、塔釜液采出泵(11)、高速离心机(13)、酸化沉淀罐(14)；

所述生物滴滤塔(3)包括上下布置的塔体(15)和塔釜(6)，所述塔体(15)顶部设置有塔顶放空管线(10)，所述塔体(15)内设置有塔顶喷淋装置(9)和填料层(8)，且所述塔顶喷淋装置(9)设置于填料层(8)上方，所述塔体(15)侧壁设置有进气口(4)，且所述进气口(4)位于填料层(8)下方；所述塔釜(6)内设置有消泡喷嘴(5)，且所述消泡喷嘴(5)位于塔釜(6)内液面上方；所述生物滴滤塔(3)的塔釜(6)设置有加料阀(7)；

所述正丁醇泵(2)进口通过管线与正丁醇罐(1)连接，所述正丁醇泵(2)出口通过管线与消泡喷嘴(5)连接，所述生物滴滤塔(3)的进气口(4)通过管线与丁辛醇生产装置尾气压缩机连接；所述塔釜液采出泵(11)进口通过管线与生物滴滤塔(3)的塔釜(6)连接，所述塔釜液采出泵(11)出口分别通过管线连接塔顶喷淋装置(9)和高速离心机(13)，所述高速离心机(13)液体排出口与酸化沉淀罐(14)连接。

2.根据权利要求1所述的利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，其特征在于，所述填料层(8)为多面空心球或矩鞍环，所述填料层(8)填装形式为乱堆填装。

3.根据权利要求1所述的利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，其特征在于，所述正丁醇泵(2)采用带有计量功能的蠕动泵。

4.根据权利要求1所述的利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，其特征在于，所述塔釜液采出泵(11)的出口连接三通阀(12)，所述三通阀(12)一端口与高速离心机(13)连接，另一端口与塔顶喷淋装置(9)连接。

5.根据权利要求1所述的利用丁辛醇生产装置尾气制备鼠李糖脂的系统，其特征在于，所述酸化沉淀罐(14)带有搅拌装置，所述酸化沉淀罐(14)底部设有出料口。

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