膜生物反应器封闭循环乙醇发酵残液的处理技术研究

硅橡胶膜生物反应器封闭循环乙醇发酵系统能长时间平稳运行，发酵罐中乙醇浓度、酵母浓度和乙醇产率维持稳定，乙醇产率较传统间歇发酵可提高4．5倍，但系统长期运行的周期受制于酵母细胞的老化。我们目前的实验连续运行记录是500h。系统运行周期结束时，发酵罐中的残液成为需要处理的发酵废弃物，其总量约为传统间歇发酵工艺的1／6，但性态差别很大。对残液进行后处理，有效利用废弃物并实现发酵工艺的废掖零排放，成为该系统的又一主要工艺技术问题。本文对系统运行及工艺技术、残液性态、残液处理工艺路线和设备进行了研究，提出了解决方案。     

膜生物反应器 CCCF 过程中酵母细胞生长特性研究

渗透汽化膜生物反应器CCCF过程乙醇发酵中酵母细胞的生长表现出五个不同的阶段,即：快速生长期、乙醇抑制期、二次生长期、平衡期和衰亡期。采用摇瓶实验对发酵副产物（主要为有机酸和甘油）的抑制行为进行检测,结果表明随着副产物浓度的增加,抑制作用越来越强,细胞生长表现出较长的迟滞期和较低的细胞浓度。当副产物浓度达到膜生物反应器中发酵后期的浓度时,细胞的比生长速率和得率仅分别为0．061和0．024。     

竖直管降膜流动的CFD分析

建立了竖直管降膜流动的二维模型,采用RNG κ-ε湍流模型、VOF模型,对管内的降膜流动进行了CFD研究,得到了稳定前后的液膜、速度分布。研究发现,沿管长方向的流动稳定后,依次分为平稳区、小幅波动区、大幅震荡区,在给定流速下平稳区、波动区膜厚为0.63 mm、0.23~1.5 mm。在平稳区不同位置处液膜流速在膜厚方向变化一致,沿管长有增大趋势,最大速度在膜内,流动稳定后分布变化不大。最后将模拟得到的膜厚与学者数据进行了对比,结果可靠。     

PDMS复合膜薄层流动膜组件中的渗透蒸发传质动力学

用自制的高性能矩形平板PDMS复合膜构造了薄层流动水力学结构的渗透蒸发膜组件,并进行了乙醇溶液的渗透蒸发传质动力学研究.实验得到了很好的渗透通量与浓度推动力之间的动力学关系.根据膜渗透蒸发的串联阻力概念,把液相边界层传质的Sherwood模型计算值与实验测量的总传质系数相结合,得出了渗透蒸发的膜内传质系数.分析表明,在料液温度25℃时,膜内传质阻力对渗透蒸发传质总阻力的贡献超过70%,说明膜内传质阻力是整个渗透蒸发过程的控制因素.对不同流动状态和不同温度下的传质动力学行为进行了实验测量和分析,结果显示,矩形平板PDMS复合膜与薄层流动膜组件的结合优于我们原来研究过的圆形膜及膜器,可以充分发挥膜的高性能.这一结果对PDMS复合膜和膜组件构形及其渗透蒸发过程的设计和运行具有重要意义.     

新型硅橡胶复合膜用于分离干红葡萄酒的研究

利用一种自行研制的新型的PDMS平板复合膜对12%vol的"云南红"全汁干型红葡萄酒(2003年酿,国宴供酒)进行渗透汽化脱醇实验,并用气相色谱法对膜上渗余液和膜下冷凝液进行定性和定量分析.在反应罐温度30℃,采用一级冷凝,温度-30℃,渗透池下游保持绝压在真空泵的极限真空度0.1MPa的实验条件下,干红葡萄酒经过8h渗透汽化脱醇后获得了酒精含量为5%vol左右的膜上渗余液和39%vol左右的膜下冷凝液.实验结果发现,新型PDMS平板复合膜对葡萄酒的乙醇及其风味物质表现出了良好的选择分离性能和机械性能.通过一系列分析得知:渗透汽化膜对乙醇的通透量极大;对风味物质的选择性大小为醇类＞酯类,且碳原子数越多,选择性越大.实验表明,渗透汽化膜用于分离干红葡萄酒具有良好的效果,可以预见将其应用于生产低醇葡萄酒和高度的白兰地是可行的.     

基于分离效率的卧螺离心机CFD分析

从分离效率的角度对卧式螺旋卸料离心机转鼓内的流场进行数值分析.通过剖析推料螺旋与转鼓溢流堰的结构特点可知,转鼓内流体在轴向为薄层流动,在径向由于涡流产生向内流动导致颗粒上浮,这两者对离心机分离效率有决定性的影响.结合CFD数值分析和颗粒的Stokes沉降运动关系,提出将薄层流动与上浮临界粒度应用于离心机分离能力计算的理论和方法.文章通过定义沉降粒度和上浮临界粒度,进一步把分离能力计算与分离效率相关联,使该方法更接近离心机分离工艺的实际情况.通过对工业中典型离心机进行实例计算,证明了该方法的可行性和准确性.     

用硅橡胶膜生物反应器系统选育高性能酿酒酵母

应用硅橡胶膜生物反应器的发酵-渗透汽化耦合功能,进行长期封闭循环发酵,使酵母在这种特定环境下完成适应性自然进化,从而获得优势的突变株。以工业安琪酵母ADY为原始菌株,进行每一轮500h的封闭循环发酵,在发酵终点取菌悬液做平板筛菌,分离出遗传约200代的相对强势的新菌株,再转移新菌株进行同样的发酵和终点筛选实验。如此的发酵-筛选-转移实验共进行了3轮。试验结果表明:ADY遗传超过600代的菌株S33,在500h封闭循环发酵残液配制的培养基条件下,表现出了明显的环境适应性遗传优势,其细胞生长速率、产物乙醇的比生成速率和糖转化率都相对原种菌ADY分别提高了约71.8%、53.6%和52.7%。     

熔融结晶洗涤分离塔传递行为的数学模型及实验

通过对熔融结晶洗涤分离塔的传递行为进行分析,建立了简化的数学模型,得到了晶层内的压力分布、温度分布和杂质浓度分布表达式。并将理论模型的计算结果和实验结果进行比较,二者吻合较好。     

危险化学品液池扩展研究概况

危险化学品液体泄漏后形成液池的行为将产生严重的二次事故,是高度关注的安全问题。本文阐述了液池扩展的现象和机理,对液池扩展模型及相关实验的研究进行了总结,指出了液池扩展的研究方向。     

PDMS复合膜从发酵液中渗透汽化回收乙醇

The pervaporation behavior of fermentation broth was investigated experimentally and compared with those started with ethanol mixtures. Ethanol was produced by Saccharomyces cerevisiae utilizing technical grade glucose and recovered by pervaporation using a composite polydimethylsiloxane (PDMS) membrane prepared in our laboratory. Ethanol concentration in fermentation broth decreased to a relatively low level when pervaporation was coupled with fermentation. The more active cells appeared in the fermentation broth, the better the membrane performance was.