本實(shí)用新型涉及一種分離裝置，特別涉及一種生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離裝置。

背景技術(shù)：

在微生物發(fā)酵過(guò)程中，許多產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)物抑制問(wèn)題，因此在發(fā)酵過(guò)程中需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行原位分離，以減少產(chǎn)物在發(fā)酵液中的積累，降低產(chǎn)物抑制，才能提高發(fā)酵產(chǎn)量。目前，普遍采用的發(fā)酵產(chǎn)物原位分離方法主要有：油水兩相發(fā)酵的原位分離技術(shù)方法、發(fā)酵罐中投入吸附樹(shù)脂進(jìn)行發(fā)酵吸附的原位分離技術(shù)方法和陶瓷膜耦合發(fā)酵罐進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)物的原位分離。

上述目前所采取的生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離方法都普遍存在一定的缺點(diǎn)：油水兩相法主要缺陷是油水混合體系粘度大，不利于發(fā)酵過(guò)程中的傳質(zhì)，發(fā)酵產(chǎn)率不高；投入樹(shù)脂吸附方法主要缺陷更多，發(fā)酵體系中加入大量的吸附樹(shù)脂，改變了固含量，同樣影響發(fā)酵過(guò)程的傳質(zhì)，同時(shí)攪拌過(guò)程樹(shù)脂顆粒剪切力對(duì)菌體造成一定損傷，一定程度抑制菌體活力，影響發(fā)酵產(chǎn)率，另外，后期的放灌樹(shù)脂漂洗產(chǎn)生大量廢水；陶瓷膜耦合發(fā)酵罐的原位分離方法，是目前常用的技術(shù)手段，避免了前二者所述的菌體損傷和傳質(zhì)問(wèn)題，但是對(duì)生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離而言，膜分離后，產(chǎn)品透析的同時(shí)透析液含有大量的極性反應(yīng)底物、碳氮源和無(wú)機(jī)鹽等發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因?yàn)樾枰S持發(fā)酵菌體濃度和培養(yǎng)基含量，往往需要在膜分離的同時(shí)需要不斷補(bǔ)加水、極性反應(yīng)底物、碳氮源、無(wú)機(jī)礦物質(zhì)等原材料保證發(fā)酵正常進(jìn)行，一邊透析損失原材料一邊繼續(xù)不斷補(bǔ)加造成發(fā)酵原料大量浪費(fèi)，成本升高，同時(shí)源源不斷的透析液使得后續(xù)產(chǎn)品純化過(guò)程產(chǎn)生大量廢水。

有鑒于此，需要設(shè)計(jì)一種生物發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)物的原位分離裝置進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的連續(xù)自動(dòng)化，發(fā)酵原材料循環(huán)重復(fù)利用，避免發(fā)酵工段產(chǎn)生額外廢水，降低成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離裝置。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案：

本實(shí)用新型一種生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離裝置，包括發(fā)酵罐、陶瓷膜組件、吸附樹(shù)脂柱、蠕動(dòng)泵、清洗儲(chǔ)罐和緩沖罐，所述陶瓷膜組件與發(fā)酵罐通過(guò)第三回流管道相連接，所述第三回流管道的一端設(shè)置有第三閥門(mén)，所述陶瓷膜組件與清洗儲(chǔ)罐通過(guò)第一回流管道相連接，所述第一回流管道上設(shè)置有第四閥門(mén)，所述吸附樹(shù)脂柱與緩沖罐通過(guò)第四回流管道相連接，所述第四回流管道上設(shè)置有蠕動(dòng)泵，所述蠕動(dòng)泵的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)料閥門(mén)，所述緩沖罐與陶瓷膜組件通過(guò)管道相連接，所述吸附樹(shù)脂柱與解吸劑儲(chǔ)罐通過(guò)管道相連接，所述解吸劑儲(chǔ)罐的底部設(shè)置有第一閥門(mén)，所述吸附樹(shù)脂柱與發(fā)酵罐通過(guò)第二回流管道相連接，所述第二回流管道上設(shè)置有第二閥門(mén)，所述吸附樹(shù)脂柱的底部設(shè)置有連接下游精制設(shè)備管道，所述連接下游精制設(shè)備管道上設(shè)置有連接下游精制設(shè)備閥門(mén)，所述清洗儲(chǔ)罐與發(fā)酵罐通過(guò)清洗罐連接管道相連接，所述清洗罐連接管道上設(shè)置有清洗罐連接閥門(mén)。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述陶瓷膜組件的膜組件材質(zhì)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(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述陶瓷膜組件與發(fā)酵罐通過(guò)進(jìn)流管道相連接，所述進(jìn)流管道上設(shè)置有蒸汽連接頭閥門(mén)。

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

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述陶瓷膜組件和吸附樹(shù)脂柱上端進(jìn)口之間，通過(guò)管道相連接有緩沖罐。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述吸附樹(shù)脂柱下端出口第二回流管道和第二閥門(mén)連接到發(fā)酵罐進(jìn)料口使得物料循環(huán)回到發(fā)酵罐中。

作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案，所述吸附柱內(nèi)的分離介質(zhì)為樹(shù)脂為大孔吸附樹(shù)脂，離子交換樹(shù)脂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下：

本實(shí)用新型通過(guò)該生物發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)物原位分離裝置，首先是陶瓷膜組件與發(fā)酵罐耦合，發(fā)酵過(guò)程通過(guò)陶瓷膜對(duì)菌體和產(chǎn)物液進(jìn)行分離，菌體濃縮液循環(huán)回流到發(fā)酵罐中繼續(xù)發(fā)酵，而產(chǎn)物經(jīng)過(guò)陶瓷膜透析流出，透析液流經(jīng)樹(shù)脂吸附柱，產(chǎn)物被分離介質(zhì)吸附富集在柱床上，因?yàn)榉蛛x介質(zhì)不吸附發(fā)酵液中極性底物和碳氮源、無(wú)機(jī)鹽、礦物質(zhì)等發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此膜分離透析液中的極性底物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)穿透柱床流流出，循環(huán)回流到發(fā)酵罐中循環(huán)利用，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，這樣的技術(shù)特征既不會(huì)產(chǎn)生大量廢水，極性底物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等原材料得到充分循環(huán)利用，避免原材料浪費(fèi)；整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)密閉、連續(xù)自動(dòng)過(guò)程，操作更簡(jiǎn)便。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本實(shí)用新型的實(shí)施例一起用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限制。在附圖中：

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1、發(fā)酵罐；2、蒸汽連接頭閥門(mén)；3、清洗罐連接閥門(mén)；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(shè)備閥門(mén)；9、連接下游精制設(shè)備管道；10、第二閥門(mén)；11、吸附樹(shù)脂柱；12、第一閥門(mén)；13、解吸劑儲(chǔ)罐；14、第二回流管道；15、第三回流管道；16、換熱器；17、第三閥門(mén)；18、陶瓷膜組件；19、第四閥門(mén)；20、蠕動(dòng)泵；21、進(jìn)料閥門(mén)；22、第四回流管道；23、進(jìn)流管道。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

實(shí)施例1

如圖1所示，本實(shí)用新型提供生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離裝置，包括發(fā)酵罐1、陶瓷膜組件18、吸附樹(shù)脂柱11、蠕動(dòng)泵20、清洗儲(chǔ)罐5和緩沖罐7，陶瓷膜組件18與發(fā)酵罐1通過(guò)第三回流管道15相連接，第三回流管道15的一端設(shè)置有第三閥門(mén)17，陶瓷膜組件18與清洗儲(chǔ)罐5通過(guò)第一回流管道6相連接，第一回流管道6上設(shè)置有第四閥門(mén)19，吸附樹(shù)脂柱11與緩沖罐7通過(guò)第四回流管道22相連接，第四回流管道22上設(shè)置有蠕動(dòng)泵20，蠕動(dòng)泵的一側(cè)設(shè)置有進(jìn)料閥門(mén)21，緩沖罐7與陶瓷膜組件18通過(guò)管道相連接，吸附樹(shù)脂柱11與解吸劑儲(chǔ)罐13通過(guò)管道相連接，解吸劑儲(chǔ)罐13的底部設(shè)置有第一閥門(mén)12，吸附樹(shù)脂柱11與發(fā)酵罐1通過(guò)第二回流管道14相連接，第二回流管道14上設(shè)置有第二閥門(mén)10，吸附樹(shù)脂柱11的底部設(shè)置有連接下游精制設(shè)備管道9，連接下游精制設(shè)備管道9上設(shè)置有連接下游精制設(shè)備閥門(mén)8，清洗儲(chǔ)罐5與發(fā)酵罐1通過(guò)清洗罐連接管道4相連接，清洗罐連接管道4上設(shè)置有清洗罐連接閥門(mén)3。

進(jìn)一步的，陶瓷膜組件18的膜組件材質(zhì)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(fā)酵底物和各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)原料未被吸附而穿透柱床流下來(lái)。

陶瓷膜組件18與發(fā)酵罐1通過(guò)進(jìn)流管道23相連接，進(jìn)流管道23上設(shè)置有蒸汽連接頭閥門(mén)2，便于濃縮液降溫循環(huán)進(jìn)入發(fā)酵罐1內(nèi)繼續(xù)發(fā)酵。

陶瓷膜組件18和吸附樹(shù)脂柱11上端進(jìn)口之間，通過(guò)第四回流管道22連接有緩沖罐7，可實(shí)現(xiàn)透吸液過(guò)柱流速調(diào)節(jié)。

陶瓷膜組件18濃縮液出口與發(fā)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(shù)脂柱11下端出口通過(guò)第二回流管道14和第二閥門(mén)10連接到發(fā)酵罐1進(jìn)料口使得物料循環(huán)回到發(fā)酵罐1中，便于發(fā)酵產(chǎn)物繼續(xù)發(fā)酵。

吸附樹(shù)脂柱11吸附介質(zhì)為大孔吸附樹(shù)脂、離子交換樹(shù)脂，分離介質(zhì)不吸附發(fā)酵液中極性底物和碳氮源、無(wú)機(jī)鹽、礦物質(zhì)等發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

具體的，發(fā)酵罐1在常規(guī)操作條件下發(fā)酵到產(chǎn)物含量到達(dá)規(guī)定的水平后，打開(kāi)發(fā)酵罐放料口閥門(mén)和第三閥門(mén)17，蒸汽連接管閥門(mén)2、清洗罐連接閥門(mén)3和清洗循環(huán)管道閥門(mén)19關(guān)閉，啟動(dòng)陶瓷膜組件18，運(yùn)行時(shí)濃縮液經(jīng)過(guò)換熱器16降溫循環(huán)進(jìn)入發(fā)酵罐1內(nèi)繼續(xù)發(fā)酵，膜過(guò)濾后透析液流入緩沖罐7，當(dāng)緩沖罐7內(nèi)透析液收集到一定量后，打開(kāi)吸附樹(shù)脂柱11上端的進(jìn)料閥門(mén)21和下端的循環(huán)管道閥門(mén)10，連接下游精制設(shè)備閥門(mén)9關(guān)閉，啟動(dòng)蠕動(dòng)泵20，物料從吸附樹(shù)脂柱11頂端進(jìn)料進(jìn)行產(chǎn)物吸附，產(chǎn)物被大孔樹(shù)脂吸附，而陶瓷膜組件18透析液中的發(fā)酵底物和各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)原料未被吸附而穿透柱床流下來(lái)，經(jīng)過(guò)第二回流管道14回流進(jìn)入發(fā)酵罐1內(nèi)繼續(xù)發(fā)酵，整個(gè)裝置運(yùn)行過(guò)程是一個(gè)密閉、連續(xù)、自動(dòng)循環(huán)過(guò)程，發(fā)酵產(chǎn)物連續(xù)不斷的被分離出發(fā)酵體系，轉(zhuǎn)移并富集到樹(shù)脂吸附柱11中，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)自動(dòng)的生物發(fā)酵產(chǎn)物原位分離，使得發(fā)酵過(guò)程發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度維持在較低水平，避免了發(fā)酵菌體的產(chǎn)物抑制，提高了發(fā)酵產(chǎn)物總產(chǎn)量。

發(fā)酵結(jié)束后，產(chǎn)物被全部轉(zhuǎn)移吸附到樹(shù)脂中，關(guān)閉吸附樹(shù)脂柱11上端的進(jìn)料閥門(mén)21和第二閥門(mén)10，打開(kāi)并第一閥門(mén)12和鏈接下游精制設(shè)備閥門(mén)8，開(kāi)始解吸產(chǎn)品通過(guò)管道9進(jìn)入下游精制階段，經(jīng)過(guò)后續(xù)處理得到成品。

發(fā)酵結(jié)束后，需要對(duì)陶瓷膜組件18進(jìn)行清洗，關(guān)閉發(fā)酵罐1底部放料閥門(mén)和第三閥門(mén)17，打開(kāi)清洗進(jìn)料閥門(mén)3和清洗循環(huán)閥門(mén)19，啟動(dòng)陶瓷膜運(yùn)行清洗程序。

本實(shí)用新型通過(guò)該生物發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)物原位分離裝置，首先是陶瓷膜組件18與發(fā)酵罐1耦合，發(fā)酵過(guò)程通過(guò)陶瓷膜對(duì)菌體和產(chǎn)物液進(jìn)行分離，菌體濃縮液循環(huán)回流到發(fā)酵罐1中繼續(xù)發(fā)酵，而產(chǎn)物經(jīng)過(guò)陶瓷膜透析流出，透析液流經(jīng)樹(shù)脂吸附柱11，產(chǎn)物被分離介質(zhì)吸附富集在柱床上，因?yàn)榉蛛x介質(zhì)不吸附發(fā)酵液中極性底物和碳氮源、無(wú)機(jī)鹽、礦物質(zhì)等發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此膜分離透析液中的極性底物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)穿透柱床流流出，循環(huán)回流到發(fā)酵罐1中循環(huán)利用，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)酵，這樣的技術(shù)特征既不會(huì)產(chǎn)生大量廢水，極性底物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等原材料得到充分循環(huán)利用，避免原材料浪費(fèi)；整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)是一個(gè)密閉、連續(xù)自動(dòng)過(guò)程，操作更簡(jiǎn)便。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。