乙醇连续发酵-渗透汽化分离耦合系统的过程原理及现有研究表明,与传统发酵相比,硅橡胶膜生物反应器乙醇连续发酵系统具有很大的技术优势和应用前景.目前,渗透汽化用于乙醇连续发酵的应用研究处于实验阶段,还有大量工作需要进行.该文利用自制的硅橡胶复合膜构造乙醇连续发酵-渗透汽化耦合系统,研究了过程中的膜分离行为,不同膜器结构下流型对边界层传质的影响,并建立了渗透汽化膜传质过程的串联阻力扩展模型.在发酵液温度30℃-40℃、糖浓度0-100g/L以及有无细胞存在的实验条件下,测试了乙醇通过硅橡胶膜的传质分离速率.结果表明,发酵温度升高促进渗透蒸发,但乙醇产率同时降低,导致过膜总通量增加而乙醇通量无明显变化,说明耦合过程操作温度应以实现高浓度连续发酵为控制因素;糖浓度增加对水分子在膜面的吸附有抑制作用,导致水的渗透通量减少,从而相对提高了膜对乙醇的选择性,分离因子提高;发酵液中细胞的存在促进了膜面的传质,有利于乙醇的渗透蒸发,过膜通量增加.对三种不同结构膜器进行实验,研究了不同流动形态下膜表面边界层的传质特性.从流量与总传质系数和边界层传质系数的关系可以看出:流量增加,边界层变薄,膜面的对流传质得到强化,传质系数增加;不同膜器结构形成不同的流动形态,对传质分离效率有重要影响;研究表明,保证膜器中流体均匀分布在膜器结构设计中非常重要.论文建立了串联阻力模型来描述稀溶液的渗透汽化过程,并将此模型扩展到包括支撑层阻力、膜的溶胀和蒸汽侧组分的浓度.通过定义膜活性皮层的扩散系数增强因子,提出了相似于传统传热传质方程的扩展模型方程.该模型对进一步的应用研究和过程设计具有指导意义.