一種膜分離固態發酵乙醇的方法
2024-01-27 16:09:15
專利名稱：一種膜分離固態發酵乙醇的方法
技術領域：
本發明涉及一種膜分離固態發酵乙醇的方法，屬於燃料乙醇製備技術領域。
背景技術：
生物質能作為可持續發展能源，其應用發展空間較大，目前生物質能約佔能源供 應的11 %，特別是近年來生物質燃料產量快速增長，全球迎來了生物質能源發展的黃金時 期。生物質發酵製備燃料乙醇技術是世界各國廣泛關注的熱門課題。一般情況下，發 酵生產的乙醇首先通過蒸餾將乙醇濃度提高，這個過程能耗高、汙染大、設備成本高，並且 不能分離恆沸物。滲透汽化以其設備簡單、選擇性好、單級分離度高、傳質速率大、無汙染和易操作、 易放大等優點，逐漸成為世界研究的熱點，在石油化工、醫藥、食品和環境保護等工業領域 中具有廣闊的應用前景和市場。滲透汽化技術已經在高濃度乙醇脫水方面實現了工業化， 但在從低濃度乙醇水溶液中收集乙醇方面仍處於實驗室研究階段。這是因為膜通量與分離 因子對乙醇生產成本有很大的影響，有學者指出，將1 5wt%的乙醇提純至95wt%時，若 要使得膜分離成本降低，分離因子必須達到20以上，而在目前的研究水平，分離因子僅為 12左右。本發明用水蒸汽提取固體發酵乙醇，混合蒸汽中乙醇質量百分比可達20%以上， 比一般液態發酵乙醇要高。採用蒸汽滲透法分離提取出來的混合物，通過優先透醇膜，提高 乙醇濃度。蒸汽滲透法製備燃料乙醇，其優點有能量損耗低、滲透通量大、膜汙染小和膜使 用壽命長等優點，適合用於工業過程。
發明內容
本發明的目的是提供一種膜分離固態乙醇的方法，提高分離效率，降低分離成本， 減少能耗，避免環境汙染。所述蒸汽滲透法分離固態發酵乙醇的方法包括以下具體步驟(1)用不低於150°C的水蒸汽通入固態發酵罐中，與固態發酵物料隔層加熱，使得 物料中的水和乙醇氣化，提取出來的乙醇與水的混合氣溫度不低於90°C ；(2)將乙醇與水的混合氣經管道直接進入膜分離裝置在透過側用真空泵抽取真 空，在物料側保持常壓，使得膜兩側間有推動力。膜分離過程中溫度不低於80°C。(3)在透過側用冷凝器對滲透組分進行冷凝收集，得到高濃度的乙醇溶液。所述水蒸汽隔層提取的乙醇-水混合氣中乙醇濃度為20-30wt%。所述的膜分離裝置由膜組件和優先透醇複合膜組成。優先透醇複合膜是由支撐體 和對乙醇有親和力的活性分離層組成。所述的支撐體材料為聚酯。所述的對乙醇具有選擇性的活性層的膜材料為聚二甲基矽氧烷、聚三甲基矽丙炔、含氟類聚合物、聚丙烯、聚丁二烯、丁苯橡膠或丁晴橡膠。其中活性分離層的厚度可根據 實際需要在20-60 μ m之間進行調整。所述的複合膜的構型取決於支撐體的構形為管式、卷式、平板或中空纖維式；管式 為內膜或外膜。本發明的有益效果為(1)採用蒸汽滲透法分離固態發酵乙醇，分離效率高；(2)工藝簡單，操作方便，易於放大；(3)降低能耗，無環境汙染問題；(4)降低成本，解決了燃料乙醇分離的難題，促進了生物煉製技術發展。
圖1是蒸汽滲透法分離固態發酵乙醇的工藝流程示意圖。圖中標號1-固體發酵罐；2-膜分離裝置；3-冷凝系統；4-真空泵；A-水蒸汽；B-乙醇與水 的混合氣；C-滲透組分。
具體實施例方式本發明提供了一種膜分離固態發酵乙醇的方法，下面結合附圖和具體實施方式
對 本發明做進一步說明。如圖1所示，固體發酵罐1與膜分離裝置2的物料側連接，膜分離裝置2的透過側 與冷凝系統3以及真空泵4連接。膜分離裝置2採用由支撐體和沉積在支撐體表面上的對 乙醇具有選擇性的活性層組成的平板式優先透醇膜。支撐體的材料為聚酯；對乙醇具有選 擇性的活性層的材料為聚二甲基矽氧烷，厚度為50 μ m。分離乙醇時，按如下步驟進行(1)用不低於150°C的水蒸汽A通入固態發酵罐1中，與固態發酵物料隔層加熱， 使得物料中的水和乙醇氣化，提取出來的乙醇與水的混合氣B溫度不低於90°C。(2)將乙醇與水的混合氣B經管道直接進入膜分離裝置2，在透過側用真空泵4抽 取真空，在物料側保持常壓，使得膜兩側間有推動力。膜分離過程中溫度不低於80°C。(3)在透過側用冷凝器3對滲透組分C進行冷凝收集，得到高濃度的乙醇溶液。
權利要求
1.一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，包括以下步驟(1)使水蒸汽通過固態發酵罐，對罐內物質隔層加熱，將固體發酵物內的乙醇和水氣化；(2)讓帶有乙醇的混合蒸汽通過採用優先透醇膜的膜分離裝置，在膜分離裝置的透過 側用真空泵抽取真空，在物料側保持常壓，使得膜兩側間有推動力，使乙醇蒸汽通過分離 膜，在膜的透過側通過冷凝器收集，得到濃縮的乙醇。
2.根據權利要求1所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述優先透 醇膜是由支撐體和沉積在支撐體表面上的對乙醇具有選擇性的活性層組成。
3.根據權利要求2所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述支撐體 的材料為聚酯；所述對乙醇具有選擇性的活性層的材料為聚二甲基矽氧烷、聚三甲基矽丙 炔、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚六氟丙烯、聚丙烯、聚丁二烯、丁苯橡膠或丁晴橡膠。
4.根據權利要求1所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述優先透 醇膜為管式、卷式、平板或中空纖維膜形式；
5.根據權利要求4所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述管式優 先透醇膜為外膜或內膜。
6.根據權利要求1所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述帶有乙 醇的混合蒸汽進行滲透分離過程時的壓力為50-2001^。
7.根據權利要求1所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述水蒸氣 的溫度不低於150°C ；所述帶有乙醇的混合蒸汽從固態發酵罐流出時的溫度不低於90°C，在 膜分離過程中溫度不低於80°C。
8.根據權利要求1所述的一種膜分離固態發酵乙醇的方法，其特徵在於，所述對乙醇 具有選擇性的活性層的厚度為20-60 μ m。
全文摘要
本發明公開了燃料乙醇生產技術領域中一種蒸汽滲透分離固態發酵乙醇的方法。該方法先用水蒸汽隔層將固態發酵的乙醇和部分水蒸出來，再將乙醇-水氣態混合物通過優先透醇膜，使得乙醇濃度大幅度升高。本方法用水蒸汽提取乙醇，將發酵罐中的固體物料與乙醇分開，得到的混合物中僅含乙醇和水，使得後面分離操作簡單、方便。與其他分離乙醇-水混合物方法相比，本方法具有分離效率高，能量消耗少，成本低，無汙染，操作方便，易放大等優點，具有工業化前景。
文檔編號C07C29/76GK102070400SQ201010552430
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年11月18日
發明者唐俏瑜, 李十中, 李天成, 王莉 申請人:清華大學