一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法
2024-03-04 11:37:15 1
專利名稱：一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種乙醇發酵工業技術領域，特別是一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法。
背景技術：
乙醇俗稱酒精，是重要的有機化工原料和溶劑。特別近些年來，隨著石油資源的枯竭和環境的惡化，以乙醇作為替代燃料成為國家的戰略。目前，燃料乙醇工業生產成本高還
無法與汽油競爭。乙醇發酵過程是典型的產物抑制過程，隨著發酵過程中乙醇濃度的增加，發酵強度逐漸降低，因而生產能力低，用水量大。為此出現了真空發酵、萃取發酵、膜分離發酵、氣提發酵等工藝，在發酵的同時分離乙醇，從而提高發酵強度。其中，氣提發酵工藝簡單，具有易於工業化的前景。但目前氣提發酵效率還較低，這受到兩方面的制約一是氣提過程乙醇分離能力；二是氣提過程菌體發酵能力。氣提過程本質是汽液平衡過程，隨著載氣通氣量的增大、體系溫度的增加，汽相乙醇含量增加，有利於乙醇的分離，氣提效率高。但通常乙醇發酵過程體系溫度由菌種決定，發酵溫度通常為30°C 37°C，氣提效率較低。而通氣量受空氣壓縮機能力的制約。研究也發現隨著通氣量的增大，菌體細胞的生長呈現先促進後抑制的趨勢。如何提高氣提效率，以及菌體在大通氣量時的生長能力進一步提高氣提發酵效率的關鍵。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，提高乙醇發酵強度。為了實現解決上述技術問題的目的，本發明採用了如下技術方案
本發明的一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，採取如下技術方案在氣提發酵法製備乙醇的過程中，使發酵設備處於磁場環境中。進一步的，本發明的磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，所述的磁場環境通過永久磁鐵或密匝通電螺線圈提供，磁場強度在HmT範圍內。更進一步的，當磁場環境由永久磁鐵提供時，磁場方向與載氣通入方向相垂直；當磁場環境由密匝通電螺線圈提供時，磁場方向與載氣通入方向相平行。進一步的，本發明的磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，所述的氣提發酵法製備乙醇，具體是指在發酵法製備乙醇的過程中，在發酵體系內通入載氣，用載氣攜帶發酵體系內的乙醇，降低發酵體系內乙醇的濃度，從而提高發酵強度和增加乙醇產率。通過增加磁場作用，磁場可使乙醇-水二元體系汽液平衡出現正效應，汽相中乙醇含量增加，從而提高氣提效率；另一方面磁場可促進菌種的生長，從而通過複合作用提高發酵強度。氣提過程可採用二氧化碳、氮氣等惰性氣體作為載氣。
通過採用上述技術方案，本發明具有以下的有益效果
本發明的一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，通過在氣提發酵法製備乙醇的過程中，使發酵設備處於磁場環境中；乙醇-水二元體系汽液平衡出現正效應，汽相中乙醇含量增加，從而提高氣提效率；另一方面磁場可促進菌種的生長，從而通過複合作用提高發酵強度。相比普通發酵發酵強度提高20%飛0%，相比氣提發酵發酵強度提高109Γ20%。
圖1是實驗流程示意圖。1、CO2鋼瓶，2、轉子流量計，3、反應器，4、溫度計，5、氣體分布器，6、取樣口，7 、加熱帶，8、螺線圈，9、PID溫控儀，10、接收裝置，11、冷凝裝置。
具體實施例方式實施例1
發酵採用氣升式發酵罐如圖1，高徑比為6 :1，工作體積為1L。惰性氣體從反應器底部通入，用金屬絲網作氣體分布器。氣體由鋼瓶提供，通過轉子流量計控制流量。磁場由100 匝通電螺線圈提供，強度為3. 14mT。尾氣中的乙醇和水經過冷凝收集。發酵初始葡萄糖濃度為150g/L，酵母接種量為lg/L，發酵溫度為37°C。發酵罐底部通入CO2作為載氣。發酵初期，保持較低的通氣量，起攪拌作用。當發酵醪中乙醇濃度達到40g/L時，載氣通氣量提高至3vvm，氣提尾氣經冷凝溫度一 20°C以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。發酵醪中葡萄糖濃度低於10g/L時，發酵結束，結束時間為48小時，相比普通發酵時間縮短M小時，相比氣提發酵時間縮短7小時。乙醇發酵強度達到1. 531 gh-1!/1，磁場輔助氣提發酵相比氣提發酵發酵強度提高14. 6%，相比普通發酵提高51. 4% 實施例2
採用和實施例1相同的設備。磁場由永久磁鐵提供，強度為1. 15mT。尾氣中的乙醇和水經過冷凝收集。發酵初始葡萄糖濃度為220 g/L，酵母接種量為5 g/L，發酵溫度為35°C。 發酵罐底部通入氮氣作為載氣。發酵初期，保持較低的通氣量，起攪拌作用。當發酵醪中乙醇濃度達到40 g/L時，載氣通氣量提高至3vvm，氣提尾氣經冷凝溫度一 20°C以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。發酵醪中葡萄糖濃度低於10g/L時，發酵結束，結束時間為32小時，相比普通發酵時間縮短11小時，相比氣提發酵時間縮短4時。乙醇發酵強度達到3. 15 gPL—1，磁場輔助氣提發酵相比氣提發酵發酵強度提高15. 8 %，相比普通發酵提高31. 8 %。對比例
採用和實施例1相同的設備。但是沒有外加磁場。尾氣中的乙醇和水經過冷凝收集。 發酵初始葡萄糖濃度為150 g/L，酵母接種量為lg/L，發酵溫度為37°C。發酵罐底部通入 CO2作為載氣。發酵初期，保持較低的通氣量，起攪拌作用。當發酵醪中乙醇濃度達到40 g/ L時，載氣通氣量提高至3vvm，氣提尾氣經冷凝溫度一 20°C以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。發酵醪中葡萄糖濃度低於10g/L時，發酵結束，結束時間為55小時。乙醇發酵強度達到 1. 336 ght1。
權利要求
1.一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，其特徵是在氣提發酵法製備乙醇的過程中，使發酵設備處於磁場環境中。
2.根據權利要求1所述磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，其特徵是所述的磁場環境通過永久磁鐵或密匝通電螺線圈提供，磁場強度在廣5mT範圍內。
3.根據權利要求2所述磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，其特徵是當磁場環境由永久磁鐵提供時，磁場方向與載氣通入方向相垂直；當磁場環境由密匝通電螺線圈提供時， 磁場方向與載氣通入方向相平行。
4.根據權利要求1所述磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，其特徵是所述的氣提發酵法製備乙醇，具體是指在發酵法製備乙醇的過程中，在發酵體系內通入載氣，用載氣攜帶發酵體系內的乙醇，降低發酵體系內乙醇的濃度，從而提高發酵強度和增加乙醇產率。
全文摘要
本發明介紹了一種磁場輔助氣提發酵生產乙醇的方法，在氣提發酵法製備乙醇的過程中，使發酵設備處於磁場環境中。磁場環境可通過永久磁鐵或密匝通電螺線圈提供，磁場強度在1~5mT範圍內。本發明通過在氣提發酵法製備乙醇的過程中，使發酵設備處於磁場環境中，乙醇-水二元體系汽液平衡出現正效應，汽相中乙醇含量增加，從而提高氣提效率；另一方面磁場可促進菌種的生長，從而通過複合作用提高發酵強度。
文檔編號C12P7/06GK102260714SQ20111017161
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者劉振, 常慶輝, 王鍵吉, 郝靜靜, 陳競一 申請人:河南科技大學