生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法
2023-10-30 09:33:12 1
專利名稱：生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法
技術領域：
本發明涉及一種生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法，屬於發酵法生產乙醇技術。
背景技術：
乙醇俗稱乙醇，是重要的有機化工原料和溶劑。尤其近些年來，能源危機的加劇，生物質原料發酵生產乙醇，以其可再生、燃燒清潔等優點，越來越受到重視。
目前，生物質原料乙醇生產普遍採用間歇發酵工藝，由於發酵過程乙醇濃度的增加會對發酵過程產生反饋抑制作用，因而生產能力低，用水量大。為此出現了真空發酵、膜分離發酵、氣提發酵、萃取發酵等工藝，在發酵的同時，在位移出乙醇。但上述方法在工業的應用還有困難。萃取發酵過程中，難以找到高選擇性且對菌體友好的萃取劑。膜分離發酵方法中，難以解決膜汙染和通量低的問題。氣提發酵簡單，具有易於工業化的前景，但乙醇的移出效率低，受到空氣壓縮機性能的制約。真空發酵研究的比較早，乙醇的移出效率高，但維持真空下發酵比較困難，能耗也高。之後出現了該方法的改進形式，使發酵罐與閃蒸罐串連，保證了發酵在常壓下進行，並在閃蒸罐中不斷的移出乙醇，降低對發酵的抑制作用。本發明是在此基礎上，將氣提發酵與真空閃蒸結合起來。氣提發酵可以利用發酵的副產物CO2移走發酵醪中的乙醇，並可以對發酵醪起攪拌的作用。同步氣提閃蒸可以結合兩者的優點，進一步提高在位產物的分離能力，從而提高發酵效率。
發明內容
本發明的目的是提供一種生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法，該方法具有發酵強度大，乙醇移出效率高、省水和節能的特點。
本發明是通過以下方案實現的，採用包括帶側臂循環式的發酵罐與閃蒸罐構成的實現生產乙醇的同步氣提閃蒸裝置，其中發酵罐的側臂開有排料口與閃蒸罐的中間部位相連接，發酵罐底部設有隋性氣體進口，在閃蒸罐底部與發酵罐上部設有循環水連接管。實現發酵過程同時氣提和閃蒸的方法，其特徵在於從發酵罐的底部通入CO2或N2或空氣，按每升發酵液通氣量為0.01～1m3/h，氣提出來的含有乙醇的混合氣，進入冷凝器將其中的乙醇回收，不凝的惰性氣體通過壓縮機送至發酵罐底部，重新利用；同時通過發酵罐側臂進入閃蒸罐的發酵醪於20～100mmHg壓力下進行閃蒸，實現乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進入冷凝器收集，水通過循環水連接管回至發酵罐重複利用。
上述過程採用一次加料的間歇發酵過程或連續加料的連續發酵過程。
本發明的優點在於通過氣提和閃蒸兩項簡單易行技術的結合，增強了乙醇發酵過程中的乙醇在位移出能力，更有效的消除發酵過程的底物抑制現象；縮短了發酵周期，提高了發酵強度，同時也提高了反應器的生產能力；在連續發酵過程中可以補加高濃度的料液，節約用水；發酵液經過閃蒸後的罐底液，可循環再用，不但可節約大量用水，同時發酵液中大量的生物活性物質可得到保存與再利用；氣提和閃蒸可以得到清潔高濃度的產物，降低了後期精餾過程的能耗；本方法也適用於丙酮、丁酸和甘油的發酵。
圖1本發明的工藝流程示意圖，圖中1為真空泵，2為冷凝器，3為閃蒸罐，4為氣提氣出口，5為進料口，6為帶側臂的發酵罐，7為冷凝器，8為產品中間罐，9為壓縮機，10為緩衝罐，11為惰性氣體入口，12為排料口，13為進氣口，14為側臂排料口，15為循環泵，16為產品中間罐具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細說明實施例1如圖1，在帶側臂的發酵罐中加入糖化後的醪液，葡萄糖含量250g/L，並接入酵母開始發酵，接種量4g/L，維持溫度32℃，通入少量CO2，通氣量為每升發酵液0.01m3/h。發酵18小時以後，乙醇濃度達到60g/L，打開發酵罐與閃蒸罐之間的閥，並加大通氣量，開始進行同步氣提閃蒸操作。CO2通氣量為每升發酵醪0.1m3/h，閃蒸罐的壓力維持38mmHg，進入閃蒸罐的流速為每升發酵醪10ml/min。通過CO2帶出的乙醇和水經過冷凝器回收，濃度在40％(質量濃度)以上。發酵醪從發酵罐進入閃蒸罐，閃蒸得到的氣相通過冷凝收集，乙醇濃度在30％(質量濃度)以上，富含沒有發酵完的葡萄糖的液相經循環泵，循環回發酵罐繼續發酵。經12個小時，發酵罐的葡萄糖濃度小於10g/L，發酵結束。相比同樣發酵條件的普通發酵過程，發酵時間縮短10小時以上。
實施例2與實施例1發酵開始的條件相同，當開始進行同步氣提閃蒸操作同時，並打開補料閥，開始進行補料，實現連續發酵，如圖1。補料的速度每升醪液24ml/h，補料葡萄糖的濃度為500g/L。高濃度補料可以節約用水量。在連續發酵過程中乙醇濃度維持55g/L，葡萄糖的濃度維持80g/L，細胞濃度維持10g/L。發酵強度可以達到5.5gL-1h-1，是相同發酵條件下普通發酵的3倍。
權利要求
1.一種生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法，採用包括帶側臂循環式的發酵罐與閃蒸罐構成的實現生產乙醇的同步氣提閃蒸裝置，其中發酵罐的側臂開有排料口與閃蒸罐的中間部位相連接，發酵罐底部設有隋性氣體進口，在閃蒸罐底部與發酵罐上部設有循環水連接管。實現發酵過程同時氣提和閃蒸的方法，其特徵在於從發酵罐的底部通入CO2或N2或空氣，按每升發酵液通氣量為0.01～1m3/h，氣提出來的含有乙醇的混合氣，進入冷凝器將其中的乙醇回收，不凝的惰性氣體通過壓縮機送至發酵罐底部，重新利用；同時通過發酵罐側臂進入閃蒸罐的發酵醪於20～100mmHg壓力下進行閃蒸，實現乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進入冷凝器收集，水通過循環水連接管回至發酵罐重複利用。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於採用一次加料的間歇發酵過程或連續加料的連續發酵過程。
全文摘要
本發明公開了一種生產乙醇的同步氣提閃蒸發酵方法，該方法採用包括帶側臂循環式的發酵罐與閃蒸罐構成的實現生產乙醇的同步氣提閃蒸，其特徵在於從發酵罐的底部通入惰性氣體，氣提出來的含有乙醇的混合氣，進入冷凝器回收乙醇，不凝的惰性氣體可重新利用；同時通過發酵罐側臂進入閃蒸罐的發酵醪在真空下進行閃蒸，實現乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進入冷凝器收集，水通過循環水連接管回至發酵罐重複利用。本發明的優點在於在發酵的過程中更加有效的在位移出乙醇，消除產物抑制效應，縮短了發酵周期，提高了發酵強度，可節約用水，降低能耗，本發明也適用於丙酮、丁酸和甘油的發酵。
文檔編號C12P7/06GK1696296SQ20051001339
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月8日 優先權日2005年5月8日
發明者曾愛武, 袁希鋼, 餘國琮, 劉振 申請人:天津大學