專利名稱：生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸發(fā)酵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸發(fā)酵方法，屬于發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇技術(shù)。
背景技術(shù)：
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(zhì)原料發(fā)酵生產(chǎn)乙醇，以其可再生、燃燒清潔等優(yōu)點，越來越受到重視。
目前，生物質(zhì)原料乙醇生產(chǎn)普遍采用間歇發(fā)酵工藝，由于發(fā)酵過程乙醇濃度的增加會對發(fā)酵過程產(chǎn)生反饋抑制作用，因而生產(chǎn)能力低，用水量大。為此出現(xiàn)了真空發(fā)酵、膜分離發(fā)酵、氣提發(fā)酵、萃取發(fā)酵等工藝，在發(fā)酵的同時，在位移出乙醇。但上述方法在工業(yè)的應(yīng)用還有困難。萃取發(fā)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(fā)酵方法中，難以解決膜污染和通量低的問題。氣提發(fā)酵簡單，具有易于工業(yè)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(fā)酵研究的比較早，乙醇的移出效率高，但維持真空下發(fā)酵比較困難，能耗也高。之后出現(xiàn)了該方法的改進(jìn)形式，使發(fā)酵罐與閃蒸罐串連，保證了發(fā)酵在常壓下進(jìn)行，并在閃蒸罐中不斷的移出乙醇，降低對發(fā)酵的抑制作用。本發(fā)明是在此基礎(chǔ)上，將氣提發(fā)酵與真空閃蒸結(jié)合起來。氣提發(fā)酵可以利用發(fā)酵的副產(chǎn)物CO2移走發(fā)酵醪中的乙醇，并可以對發(fā)酵醪起攪拌的作用。同步氣提閃蒸可以結(jié)合兩者的優(yōu)點，進(jìn)一步提高在位產(chǎn)物的分離能力，從而提高發(fā)酵效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸發(fā)酵方法，該方法具有發(fā)酵強度大，乙醇移出效率高、省水和節(jié)能的特點。
本發(fā)明是通過以下方案實現(xiàn)的，采用包括帶側(cè)臂循環(huán)式的發(fā)酵罐與閃蒸罐構(gòu)成的實現(xiàn)生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸裝置，其中發(fā)酵罐的側(cè)臂開有排料口與閃蒸罐的中間部位相連接，發(fā)酵罐底部設(shè)有隋性氣體進(jìn)口，在閃蒸罐底部與發(fā)酵罐上部設(shè)有循環(huán)水連接管。實現(xiàn)發(fā)酵過程同時氣提和閃蒸的方法，其特征在于從發(fā)酵罐的底部通入CO2或N2或空氣，按每升發(fā)酵液通氣量為0.01～1m3/h，氣提出來的含有乙醇的混合氣，進(jìn)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(fā)酵罐底部，重新利用；同時通過發(fā)酵罐側(cè)臂進(jìn)入閃蒸罐的發(fā)酵醪于20～100mmHg壓力下進(jìn)行閃蒸，實現(xiàn)乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進(jìn)入冷凝器收集，水通過循環(huán)水連接管回至發(fā)酵罐重復(fù)利用。
上述過程采用一次加料的間歇發(fā)酵過程或連續(xù)加料的連續(xù)發(fā)酵過程。
本發(fā)明的優(yōu)點在于通過氣提和閃蒸兩項簡單易行技術(shù)的結(jié)合，增強了乙醇發(fā)酵過程中的乙醇在位移出能力，更有效的消除發(fā)酵過程的底物抑制現(xiàn)象；縮短了發(fā)酵周期，提高了發(fā)酵強度，同時也提高了反應(yīng)器的生產(chǎn)能力；在連續(xù)發(fā)酵過程中可以補加高濃度的料液，節(jié)約用水；發(fā)酵液經(jīng)過閃蒸后的罐底液，可循環(huán)再用，不但可節(jié)約大量用水，同時發(fā)酵液中大量的生物活性物質(zhì)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(chǎn)物，降低了后期精餾過程的能耗；本方法也適用于丙酮、丁酸和甘油的發(fā)酵。


圖1本發(fā)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(jìn)料口，6為帶側(cè)臂的發(fā)酵罐，7為冷凝器，8為產(chǎn)品中間罐，9為壓縮機，10為緩沖罐，11為惰性氣體入口，12為排料口，13為進(jìn)氣口，14為側(cè)臂排料口，15為循環(huán)泵，16為產(chǎn)品中間罐具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明實施例1如圖1，在帶側(cè)臂的發(fā)酵罐中加入糖化后的醪液，葡萄糖含量250g/L，并接入酵母開始發(fā)酵，接種量4g/L，維持溫度32℃，通入少量CO2，通氣量為每升發(fā)酵液0.01m3/h。發(fā)酵18小時以后，乙醇濃度達(dá)到60g/L，打開發(fā)酵罐與閃蒸罐之間的閥，并加大通氣量，開始進(jìn)行同步氣提閃蒸操作。CO2通氣量為每升發(fā)酵醪0.1m3/h，閃蒸罐的壓力維持38mmHg，進(jìn)入閃蒸罐的流速為每升發(fā)酵醪10ml/min。通過CO2帶出的乙醇和水經(jīng)過冷凝器回收，濃度在40％(質(zhì)量濃度)以上。發(fā)酵醪從發(fā)酵罐進(jìn)入閃蒸罐，閃蒸得到的氣相通過冷凝收集，乙醇濃度在30％(質(zhì)量濃度)以上，富含沒有發(fā)酵完的葡萄糖的液相經(jīng)循環(huán)泵，循環(huán)回發(fā)酵罐繼續(xù)發(fā)酵。經(jīng)12個小時，發(fā)酵罐的葡萄糖濃度小于10g/L，發(fā)酵結(jié)束。相比同樣發(fā)酵條件的普通發(fā)酵過程，發(fā)酵時間縮短10小時以上。
實施例2與實施例1發(fā)酵開始的條件相同，當(dāng)開始進(jìn)行同步氣提閃蒸操作同時，并打開補料閥，開始進(jìn)行補料，實現(xiàn)連續(xù)發(fā)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(jié)約用水量。在連續(xù)發(fā)酵過程中乙醇濃度維持55g/L，葡萄糖的濃度維持80g/L，細(xì)胞濃度維持10g/L。發(fā)酵強度可以達(dá)到5.5gL-1h-1，是相同發(fā)酵條件下普通發(fā)酵的3倍。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸發(fā)酵方法，采用包括帶側(cè)臂循環(huán)式的發(fā)酵罐與閃蒸罐構(gòu)成的實現(xiàn)生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸裝置，其中發(fā)酵罐的側(cè)臂開有排料口與閃蒸罐的中間部位相連接，發(fā)酵罐底部設(shè)有隋性氣體進(jìn)口，在閃蒸罐底部與發(fā)酵罐上部設(shè)有循環(huán)水連接管。實現(xiàn)發(fā)酵過程同時氣提和閃蒸的方法，其特征在于從發(fā)酵罐的底部通入CO2或N2或空氣，按每升發(fā)酵液通氣量為0.01～1m3/h，氣提出來的含有乙醇的混合氣，進(jìn)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(fā)酵罐底部，重新利用；同時通過發(fā)酵罐側(cè)臂進(jìn)入閃蒸罐的發(fā)酵醪于20～100mmHg壓力下進(jìn)行閃蒸，實現(xiàn)乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進(jìn)入冷凝器收集，水通過循環(huán)水連接管回至發(fā)酵罐重復(fù)利用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用一次加料的間歇發(fā)酵過程或連續(xù)加料的連續(xù)發(fā)酵過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸發(fā)酵方法，該方法采用包括帶側(cè)臂循環(huán)式的發(fā)酵罐與閃蒸罐構(gòu)成的實現(xiàn)生產(chǎn)乙醇的同步氣提閃蒸，其特征在于從發(fā)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(jìn)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(fā)酵罐側(cè)臂進(jìn)入閃蒸罐的發(fā)酵醪在真空下進(jìn)行閃蒸，實現(xiàn)乙醇和水的分離，其中富含乙醇的蒸汽進(jìn)入冷凝器收集，水通過循環(huán)水連接管回至發(fā)酵罐重復(fù)利用。本發(fā)明的優(yōu)點在于在發(fā)酵的過程中更加有效的在位移出乙醇，消除產(chǎn)物抑制效應(yīng)，縮短了發(fā)酵周期，提高了發(fā)酵強度，可節(jié)約用水，降低能耗，本發(fā)明也適用于丙酮、丁酸和甘油的發(fā)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(yōu)先權(quán)日2005年5月8日
發(fā)明者曾愛武, 袁希鋼, 余國琮, 劉振 申請人:天津大學(xué)