乙醇发酵--蒸汽渗透耦合过程的实验与理论研究

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1、万方数据北京化工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：夏陟日期：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位沦文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论

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3、程与技术获学位专业代码08170J课题来源企业研究方向传质与分离论文题目乙醇发酵一蒸汽渗透耦合过程的实验与理论研究关键词乙醇发酵，蒸汽渗透，原位分离，优先透醇膜，传质模型论文答辩日期2014．5．31+论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师张卫东教授北京化工大学传质与分离评阅入1评阅人2评阅人3评阅人4评阅人5答辩委员会主席张泽廷教授北京化工大学传质与分离答辩委员1张泽廷教授北京化工大学传质与分离答辩委员2骆广生教授清华大学传质与分离答辩委员3王晓琳教授清华大学传质与分离答辩委员4高正明教授北京化工大学传

4、质与分离答辩委员5陈晓春教授北京化工大学传质与分离征：一．一’一●一二·四．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它中图分类号在《中国图书资料分类法))查询。学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745—9)《学科分类与代码》中查询。论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。万方数据摘要乙醇发酵一蒸汽渗透耦合过程的实验与理论研究由于不可再生的化石燃料引起的能源危机及其使用过程中产生的环境污染，生物乙醇作为可再生能源越来越受到世界各国的广泛关注。传统生物乙醇发酵过程受产物抑制作用导致乙醇时空产率低、生产成本高等缺点，目

5、前最常用最有效的方法是原位产物移除技术(Insituproductremoval，简称ISPR)，其可将发酵液中的乙醇及时移除，消除产物抑制。现有的ISPR技术(真空抽提、气提、萃取、膜分离技术等)用于乙醇发酵过程时都存在一些问题，而其中渗透汽化(pervaporation，简称PV)被认为是比较有前景的一种ISPR技术，但在PV一发酵耦合过程中由于膜与发酵液直接接触，其中某些组分会引起膜污染，因此限制了其工业化应用。蒸汽渗透(vaporpermeation，简称VP)技术是一种新型膜分离技术，其与PV过程的区别在于其进料是洁净的蒸汽。因此本

6、文提出将VP技术与发酵过程耦合，可有效避免膜污染，极大地延长膜的使用寿命及提高过程的经济性。通过对比问歇发酵、PV．发酵及内置式VP．发酵耦合三个过程的结果表明内置式VP一发酵耦合过程膜污染明显减轻，其乙醇时空产率高于间歇发酵；同时外置式VP．发酵的效果优于内置式VP一发酵耦合过程。本文首先针对目前最常用的膜材料．聚二甲基硅氧烷fpolydimethylsiloxane，简称PDMS)分子量大，由其制备的膜通量低等缺点，提出了以小分子硅烷(乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、二甲基二乙氧万方数据北京化工大学博十学位论文基硅烷(DMDES)、羟基硅

7、油(HSO))自聚或共聚来制备超薄膜，其活性层厚度在1¨m左右。其通量(5000．8500g．m-2．h。1)比PDMS膜(20．1000g．m-2．h’11高10倍以上，分离因子与之相当。同时表征了膜表面及内部结构，并分析了膜的结构与PV性能的关系。PVTES—HSO膜可用于VP．发酵耦合过程，且由于其通量高，耦合时问比PDMS膜大大缩短。其次，对乙醇发酵及VP过程分别进行了条件优化，综合过程经济性及能耗，最终确定最优操作条件：膜器温度为35—45℃；循环蒸汽流量为1．3L．min～；膜后侧真空度为0．097MPa；V／A为0．035—0．

8、053之间比较合适。在此条件下进行连续发酵实验，证明了连续发酵．VP过程的可行性。再者，本文通过实验研究了多组分(乙醇，水，C02及N2)混合蒸汽在膜中的传质行为，