硅橡胶PDMS复合膜结构及渗透蒸发应用研究

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1、痧Jl『大尝痧JlI丈罄博士学位论文题目壁整壁g里Ms)复合膜结构及渗透蒸发应用研究作者石尔完成日期2007年4月日培养单位四川大学化学工程学院指导教师黄卫星教授专业研究方向授予学位日期化学工程传质与分离工程2007年6月日四川大学工学博士学位论文液中的芳香物质的气相色谱分析发现PDMS复合膜对白酒中的风味成分表现出良好的选择透过性。原酒中5种酯类(乳酸乙酯除外)和乙缩醛的分离效率达到100％，其他醇类(除甲醇)的分离效率为80％，乙醛的分离效率超过87％。40"C时乙醇的平均渗透通量达到了35399

2、／m2·h。对分离得到的酒液进行感官分析显示重新组合的新酒的感官质量大大优于原酒。研究表明渗透蒸发用于改进白酒品质是一项有前景的技术。3．硅橡胶膜生物反应器苹果原汁发酵生产白兰地和低醇酸性饮料研究构建了一套有效体积为5L、膜面积为0．08m2的实验装置，采用专门培养的菌株，在25℃进行发酵实验，确定了硅橡胶膜生物反应器苹果原汁发酵技术的稳定工艺模式。通过高效和选择性地分离苹果原汁发酵液中的乙醇及其他芳香物质，实现了挥发性发酵产物的原位分离，减轻了产物抑制，提高了糖滔转化率，缩短了生产周期。通过对发酵液

3、和分离产物的初步分析，发现膜下游侧收集的渗透冷凝液能制成高品质的白兰地原料酒，而上游的渗余液则可用于制成苹果原汁酸性发酵饮科。研究结果为PDMS膜生物反应器系统用于苹果汁发酵、加工生产具有高附加值产品提供了实验依据。4．硅橡胶膜生物反应器封闭循环连续发酵制造燃料乙醇放大系统研究在装配膜面积为O．08m2的硅橡胶膜生物反应器系统上进行乙醇连续发酵燃料乙醇生产的放大实验研究。以安琪工业酵母作为发酵微生物和工业葡萄糖作为碳源基质，实验研究了该系统在长期运行过程中的发酵反应动力学参数和膜传质动力学参数等基本性

4、能。当发酵罐中乙醇浓度为30．609／L时，得到质量浓度为17％．28％的冷凝渗透液。在连续运行中，细胞浓度维持在10．24．sgm，料液罐中葡萄糖浓度大约为30—509／L，乙醇的体积产率为2．33-3．999／(L．h)，膜的渗透通量和分离因子分别为800．10509／(m2·h)和5．1．8．6。在连续269h运行中，得到乙醇1999g，基质转化率为97．"2．o／o，碳回收率为89．5％，产生的废液量大约为传统间歇发酵过程的22．2％左右。进行了酿酒酵母连续发酵生成乙醇和产物原位分离的耦合动力

5、学研究。建立了耦合过程中细胞生长、产物合成和基质消耗随时间变化的数学模型。该模型计算结果与实验值吻合良好，可较好地预测膜生物反应器稳定操作参数，对该类膜生物反应器的开发设计和操作具有指导意义。关键词：PDMS复合膜渗透蒸发膜生物反应器挥发性有机物发酵AbstractStructureandPervaporationApplicationsofCompositeSiliconeRubber(PDMS)MembranesChemicalEngineeringGraduate：ShiErSupervisor

6、s：HuangWeixingPervaporation口V)isoneofresearchfocusesinthefieldofmembranetechnology．ItrealizestheseparationofliquidmixtI

7、resbYusingdifferencesbetweenvariouscomponentsinsolubilitiesintomembraneandindiffusionsthroughmembrane．Asapromisingtechnology,PVisvery

8、suitableforazeotropicseparation,dehydrationoforganicsolvents，removalofdilutevolatileorganiccompoundsfromaqueousstreamsandorganic-organicmi‘xtureseparation，andtherefore，hasgreatapplicationpotentialsinpetrochemicalindustry,pharmacymanufacture，foodprocess，

9、environmentalprotection，bioengineeringandenergyfield．Polydimethylsiloxane(PDMS)isoneofthemostpromisingmaterialsusedtopreparethemanbraneforseparatingorganicsfromaqueoussolution．Inordertooptimizethemethodsofmembranepreparationandpr