[发明专利]一种连续结晶生物制造丁二酸的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及丁二酸发酵与分离纯化领域，具体地，本发明涉及一种连续结晶生物制造丁二酸的装置及方法。

背景技术

丁二酸(Succinic Acid又名Succinic Acid，Butanedioic Acid)，被美国FDA认定为“一般认为安全”(GRAS)，因此可以用于多种用途。2004年美国能源部的一份报告指出，丁二酸是合成大宗日用品和重要化学品的平台化学物质，有着巨大的经济价值，随着能源紧缺，利用生物发酵法制造丁二酸的前景非常广阔。

丁二酸成本主要由发酵过程和分离费用组成，其中分离纯化的成本占总生产成本的60％以上，如何降低发酵和分离成本是国内外的研究热点，已经出现了一定数量的专利。目前专利及文献中报道的丁二酸的分离纯化方法主要有钙盐法(CN101643400、US5143834)、液液萃取法(US5,773,653)、吸附法(CN101348428、CN101348429、CN101811953A)、电渗析法(CN101486637A)、膜分离(CN101748161A)等方法。这些分离纯化的手段都会遇到副产物杂酸、杂质、碳源、蛋白和无机盐的影响；并且将结晶操作作为最后的纯化步骤以精制丁二酸。丁二酸分离纯化的难度主要在于它与副产物有机羧酸的性质太类似。从理化性质上分析，这些短链的有机羧酸分子室温下物理化学行为相似，增加了丁二酸分离的选择性难题。

目前在丁二酸的制备过程中，通常是先进行发酵，发酵完成进行膜过滤，结晶，再进行纯化，对应每个过程的装置也是单独的、分开的，因此先发酵后放罐进行处理，而且在丁二酸发酵过程中，丁二酸的积累会抑制发酵过程，降低产物浓度，是阻碍丁二酸发酵产业化的重要因素；同时由于丁二酸的每部分装置都是独立的，造成了丁二酸的生产不能连续的进行。现有的微生物发酵法生产丁二酸的过程大都是间歇操作，即发酵完成后放罐，放罐料液进入下游分离纯化的化工单元操作，周期长，时间产率低；各个单元之间彼此孤立，通常一个单元超负荷运作同时，其它单位停车，生产效率很低。在制备丁二酸的过程中不可避免的会产生其它副产物有机酸、丁二酸根离子(丁二酸盐)和蛋白，这些副产物的产生也会对丁二酸的发酵体系产生抑制，限制了丁二酸产业的发展。

因此为解除产物的抑制作用，需要将发酵产物及时转移，降低产物浓度，解除产物的抑制作用，推动发酵过程向丁二酸转化，强化丁二酸发酵过程，提高底物转化率。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述问题提供了一种连续结晶生物制造丁二酸的装置。

本发明的再一目的在于提供了一种连续结晶生物制造丁二酸的方法。

为了克服上述问题本发明的连续结晶生物制造丁二酸的装置包括：生物反应器1、错流膜组件2和结晶分离罐3；

所述的错流膜组件2的前端通过管路连通生物反应器1，错流膜组件2的滤过端连通结晶分离罐3底部，结晶分离罐3的顶部连通反应器1，使该装置形成回路，实现了丁二酸的连续发酵、结晶；

所述的生物反应器1和错流膜组件2之间设置蠕动泵9；

所述的错流膜组件2后端和生物反应器1连通，实现了流穿发酵液在两者之间的循环。

作为上述方案的一种改进，所述的结晶分离罐3为若干个，该结晶分离罐3顶部通过一三通阀门分别连通生物反应器1、相邻结晶分离罐3；所述的若干结晶分离罐3并联后的管路上设置一蠕动泵9，通过该蠕动泵9连通一低位储液罐5，用于母液的储存。

作为上述方案的又一种改进，所述的结晶分离罐3的底部通过一三通阀门分别连通错流膜组件2和相邻结晶分离罐3；所述的若干结晶分离罐3并联后的管路连通一低位储液罐5，用于母液的储存。

作为上述方案的再一种改进，所述的生物反应器1的中部连通若干中位储液罐7，两者之间设置蠕动泵9；生物反应器1的上部连通若干高位储液罐8，两者之间设置蠕动泵9。

作为上述方案的再一种改进，所述的生物反应器1的下部连通供气源6，生物反应器1和供气源6之间设置流量计11。

作为上述方案的再一种改进，所述的错流膜组件2的前端和生物反应器1之间的管路上以及错流膜组件2的滤过端和结晶分离罐3之间的管路上分别设置阀门。

作为上述方案的再一种改进，所述的连通错流膜组件2后端和生物反应器1的管路上、连通结晶分离罐3的顶部和反应器1的管路上以及三通阀内部均设置压力阀10。

作为上述方案的还一种改进，所述装置还包括一中央控制系统4，该中央控制系统4用于控制错流膜组件2、结晶分离罐3、阀门、压力阀10和流量计11的控制。