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本文围绕膜生物反应器乙醇发酵生产技术的开发,在有效容积4L、装配膜面积0.08m2的新型硅橡胶膜生物反应器(SMBR)系统上,对乙醇连续发酵-渗透汽化耦合过程进行了系统的实验研究,同时针对系统工艺过程改进,提出采用精馏操作浓缩膜下游产品,进行了相应的方案设计及经济性分析。实验采用酿酒干酵母为发酵微生物,所用碳源为工业级葡萄糖,实验操作温度35℃(工业发酵生产温度),测定了连续发酵过程中膜上游发酵液和下游渗透冷凝液的组分变化及其膜的分离性能;通常,发酵过程由于产物抑制作用在乙醇浓度达到68g/L时就趋于停滞,而经耦合渗透汽化膜后,发酵罐内的乙醇浓度降低并维持在抑制浓度之下,从而使得发酵反应可以连续稳定地进行。在SMBR运行达到稳态后,乙醇的体积产率为4.02g/(L·h),发酵液的乙醇浓度维持在20～63g/L之间;PDMS膜的总渗透通量为800～1220g/(m2·h),乙醇通量为150~300g/(m2·h),分离因子为5～9.2。与传统发酵和分离相同进料浓度的乙醇水溶液相比,发酵和渗透汽化的相互耦合使乙醇生产过程得到强化,系统运行性能稳定。为提高产品乙醇质量浓度,对硅橡胶膜生物反应器(SMBR)下游收集系统进行改进,提出了两种精馏操作方案,并进行了相应的工艺设备设计计算和能耗分析;方案A利用实验系统既有的真空条件,在渗透汽化膜下游引入真空精馏塔,方案B则利用真空泵将经过一级冷凝的乙醇蒸汽抽出,送入常压精馏塔提纯。二者比较,前者单位能耗较后者高,但产量较高、且设备成本较低,而后者虽然较为节能,但产量较低,设备成本较高。论文研究工作对膜生物反应器乙醇发酵生产系统的过程优化、技术经济评价以及工业化中试系统的设计有参考价值和指导意义。