一種生物發酵產物原位分離裝置的制作方法

本實用新型涉及一種分離裝置，特別涉及一種生物發酵產物原位分離裝置。

背景技術：

在微生物發酵過程中，許多產品會出現產物抑制問題，因此在發酵過程中需要對產物進行原位分離，以減少產物在發酵液中的積累，降低產物抑制，才能提高發酵產量。目前，普遍采用的發酵產物原位分離方法主要有：油水兩相發酵的原位分離技術方法、發酵罐中投入吸附樹脂進行發酵吸附的原位分離技術方法和陶瓷膜耦合發酵罐進行發酵產物的原位分離。

上述目前所采取的生物發酵產物原位分離方法都普遍存在一定的缺點：油水兩相法主要缺陷是油水混合體系粘度大，不利于發酵過程中的傳質，發酵產率不高；投入樹脂吸附方法主要缺陷更多，發酵體系中加入大量的吸附樹脂，改變了固含量，同樣影響發酵過程的傳質，同時攪拌過程樹脂顆粒剪切力對菌體造成一定損傷，一定程度抑制菌體活力，影響發酵產率，另外，后期的放灌樹脂漂洗產生大量廢水；陶瓷膜耦合發酵罐的原位分離方法，是目前常用的技術手段，避免了前二者所述的菌體損傷和傳質問題，但是對生物發酵產物原位分離而言，膜分離后，產品透析的同時透析液含有大量的極性反應底物、碳氮源和無機鹽等發酵營養物質，因為需要維持發酵菌體濃度和培養基含量，往往需要在膜分離的同時需要不斷補加水、極性反應底物、碳氮源、無機礦物質等原材料保證發酵正常進行，一邊透析損失原材料一邊繼續不斷補加造成發酵原料大量浪費，成本升高，同時源源不斷的透析液使得后續產品純化過程產生大量廢水。

有鑒于此，需要設計一種生物發酵過程中產物的原位分離裝置進行改進，實現生產過程的連續自動化，發酵原材料循環重復利用，避免發酵工段產生額外廢水，降低成本。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種生物發酵產物原位分離裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了如下的技術方案：

本實用新型一種生物發酵產物原位分離裝置，包括發酵罐、陶瓷膜組件、吸附樹脂柱、蠕動泵、清洗儲罐和緩沖罐，所述陶瓷膜組件與發酵罐通過第三回流管道相連接，所述第三回流管道的一端設置有第三閥門，所述陶瓷膜組件與清洗儲罐通過第一回流管道相連接，所述第一回流管道上設置有第四閥門，所述吸附樹脂柱與緩沖罐通過第四回流管道相連接，所述第四回流管道上設置有蠕動泵，所述蠕動泵的一側設置有進料閥門，所述緩沖罐與陶瓷膜組件通過管道相連接，所述吸附樹脂柱與解吸劑儲罐通過管道相連接，所述解吸劑儲罐的底部設置有第一閥門，所述吸附樹脂柱與發酵罐通過第二回流管道相連接，所述第二回流管道上設置有第二閥門，所述吸附樹脂柱的底部設置有連接下游精制設備管道，所述連接下游精制設備管道上設置有連接下游精制設備閥門，所述清洗儲罐與發酵罐通過清洗罐連接管道相連接，所述清洗罐連接管道上設置有清洗罐連接閥門。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述陶瓷膜組件的膜組件材質為氧化鋯、三氧化二鋁，且分離孔徑為50-400nm，耐高溫高壓。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述陶瓷膜組件與發酵罐通過進流管道相連接，所述進流管道上設置有蒸汽連接頭閥門。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述陶瓷膜組件濃縮液出口與發酵罐連接的第三回流管道上安裝有換熱器。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述陶瓷膜組件和吸附樹脂柱上端進口之間，通過管道相連接有緩沖罐。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述吸附樹脂柱下端出口第二回流管道和第二閥門連接到發酵罐進料口使得物料循環回到發酵罐中。

作為本實用新型的一種優選技術方案，所述吸附柱內的分離介質為樹脂為大孔吸附樹脂，離子交換樹脂。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果如下：

本實用新型通過該生物發酵過程產物原位分離裝置，首先是陶瓷膜組件與發酵罐耦合，發酵過程通過陶瓷膜對菌體和產物液進行分離，菌體濃縮液循環回流到發酵罐中繼續發酵，而產物經過陶瓷膜透析流出，透析液流經樹脂吸附柱，產物被分離介質吸附富集在柱床上，因為分離介質不吸附發酵液中極性底物和碳氮源、無機鹽、礦物質等發酵營養物質，因此膜分離透析液中的極性底物和營養物質穿透柱床流流出，循環回流到發酵罐中循環利用，繼續進行發酵，這樣的技術特征既不會產生大量廢水，極性底物和營養物質等原材料得到充分循環利用，避免原材料浪費；整個運行系統是一個密閉、連續自動過程，操作更簡便。

附圖說明

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1是本實用新型的整體結構示意圖；

圖中：1、發酵罐；2、蒸汽連接頭閥門；3、清洗罐連接閥門；4、清洗罐連接管道；5、清洗罐；6、第一回流管道；7、緩沖罐；8、連接下游精制設備閥門；9、連接下游精制設備管道；10、第二閥門；11、吸附樹脂柱；12、第一閥門；13、解吸劑儲罐；14、第二回流管道；15、第三回流管道；16、換熱器；17、第三閥門；18、陶瓷膜組件；19、第四閥門；20、蠕動泵；21、進料閥門；22、第四回流管道；23、進流管道。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

實施例1

如圖1所示，本實用新型提供生物發酵產物原位分離裝置，包括發酵罐1、陶瓷膜組件18、吸附樹脂柱11、蠕動泵20、清洗儲罐5和緩沖罐7，陶瓷膜組件18與發酵罐1通過第三回流管道15相連接，第三回流管道15的一端設置有第三閥門17，陶瓷膜組件18與清洗儲罐5通過第一回流管道6相連接，第一回流管道6上設置有第四閥門19，吸附樹脂柱11與緩沖罐7通過第四回流管道22相連接，第四回流管道22上設置有蠕動泵20，蠕動泵的一側設置有進料閥門21，緩沖罐7與陶瓷膜組件18通過管道相連接，吸附樹脂柱11與解吸劑儲罐13通過管道相連接，解吸劑儲罐13的底部設置有第一閥門12，吸附樹脂柱11與發酵罐1通過第二回流管道14相連接，第二回流管道14上設置有第二閥門10，吸附樹脂柱11的底部設置有連接下游精制設備管道9，連接下游精制設備管道9上設置有連接下游精制設備閥門8，清洗儲罐5與發酵罐1通過清洗罐連接管道4相連接，清洗罐連接管道4上設置有清洗罐連接閥門3。

進一步的，陶瓷膜組件18的膜組件材質為氧化鋯、三氧化二鋁，且分離孔徑為50-400nm，耐高溫高壓，便于發酵底物和各種營養物質原料未被吸附而穿透柱床流下來。

陶瓷膜組件18與發酵罐1通過進流管道23相連接，進流管道23上設置有蒸汽連接頭閥門2，便于濃縮液降溫循環進入發酵罐1內繼續發酵。

陶瓷膜組件18和吸附樹脂柱11上端進口之間，通過第四回流管道22連接有緩沖罐7，可實現透吸液過柱流速調節。

陶瓷膜組件18濃縮液出口與發酵罐1連接的第三回流管道15上安裝有換熱器16，便于濃縮液的降溫。

吸附樹脂柱11下端出口通過第二回流管道14和第二閥門10連接到發酵罐1進料口使得物料循環回到發酵罐1中，便于發酵產物繼續發酵。

吸附樹脂柱11吸附介質為大孔吸附樹脂、離子交換樹脂，分離介質不吸附發酵液中極性底物和碳氮源、無機鹽、礦物質等發酵營養物質。

具體的，發酵罐1在常規操作條件下發酵到產物含量到達規定的水平后，打開發酵罐放料口閥門和第三閥門17，蒸汽連接管閥門2、清洗罐連接閥門3和清洗循環管道閥門19關閉，啟動陶瓷膜組件18，運行時濃縮液經過換熱器16降溫循環進入發酵罐1內繼續發酵，膜過濾后透析液流入緩沖罐7，當緩沖罐7內透析液收集到一定量后，打開吸附樹脂柱11上端的進料閥門21和下端的循環管道閥門10，連接下游精制設備閥門9關閉，啟動蠕動泵20，物料從吸附樹脂柱11頂端進料進行產物吸附，產物被大孔樹脂吸附，而陶瓷膜組件18透析液中的發酵底物和各種營養物質原料未被吸附而穿透柱床流下來，經過第二回流管道14回流進入發酵罐1內繼續發酵，整個裝置運行過程是一個密閉、連續、自動循環過程，發酵產物連續不斷的被分離出發酵體系，轉移并富集到樹脂吸附柱11中，實現了連續自動的生物發酵產物原位分離，使得發酵過程發酵液中產物濃度維持在較低水平，避免了發酵菌體的產物抑制，提高了發酵產物總產量。

發酵結束后，產物被全部轉移吸附到樹脂中，關閉吸附樹脂柱11上端的進料閥門21和第二閥門10，打開并第一閥門12和鏈接下游精制設備閥門8，開始解吸產品通過管道9進入下游精制階段，經過后續處理得到成品。

發酵結束后，需要對陶瓷膜組件18進行清洗，關閉發酵罐1底部放料閥門和第三閥門17，打開清洗進料閥門3和清洗循環閥門19，啟動陶瓷膜運行清洗程序。

本實用新型通過該生物發酵過程產物原位分離裝置，首先是陶瓷膜組件18與發酵罐1耦合，發酵過程通過陶瓷膜對菌體和產物液進行分離，菌體濃縮液循環回流到發酵罐1中繼續發酵，而產物經過陶瓷膜透析流出，透析液流經樹脂吸附柱11，產物被分離介質吸附富集在柱床上，因為分離介質不吸附發酵液中極性底物和碳氮源、無機鹽、礦物質等發酵營養物質，因此膜分離透析液中的極性底物和營養物質穿透柱床流流出，循環回流到發酵罐1中循環利用，繼續進行發酵，這樣的技術特征既不會產生大量廢水，極性底物和營養物質等原材料得到充分循環利用，避免原材料浪費；整個運行系統是一個密閉、連續自動過程，操作更簡便。

最后應說明的是：以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。