一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法。通過(guò)滲透汽化透醇膜耦合丙酮丁醇乙醇發(fā)酵，利用滲透汽化透醇膜將發(fā)酵液中的丙酮、丁醇、乙醇濃度增濃，實(shí)現(xiàn)丙酮/丁醇/乙醇/水溶液相分離，形成高濃度的有機(jī)相和低濃度的水相。有機(jī)相直接利用多級(jí)精餾操作獲得濃度大于99wt%的丙酮、丁醇、乙醇產(chǎn)品。水相進(jìn)行二級(jí)滲透汽化透醇膜和一級(jí)滲透汽化透水膜分離后，進(jìn)行多級(jí)精餾操作，最終得到濃度大于99wt%的丙酮、丁醇、乙醇產(chǎn)品。該工藝能降低發(fā)酵過(guò)程中丁醇的抑制作用，提高生產(chǎn)能力，并利用透過(guò)液出現(xiàn)的相分離，一級(jí)滲透汽化得到高濃度有機(jī)相，同時(shí)避免了丁醇與水形成共沸物，節(jié)省了生產(chǎn)和分離能耗，大大降低了丙酮、丁醇發(fā)酵過(guò)程中的生產(chǎn)成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用生物質(zhì)為原料通過(guò)發(fā)酵與滲透汽化、精餾技術(shù)制備無(wú)水丙酮、丁醇、乙醇的方法；具體涉及一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]丁醇作為一種重要的化工原料被廣泛應(yīng)用于食品和化工行業(yè)。并且丁醇由于具有高的能量密度、與其他燃料混溶、高的辛烷值、低的揮發(fā)度和適合用于內(nèi)燃機(jī)等優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為是比乙醇更適合于替代石油的生物燃料。
[0003]目前，以農(nóng)產(chǎn)品或纖維素等生物質(zhì)為原料生產(chǎn)生物丁醇工藝大多采用間歇發(fā)酵的過(guò)程。這是因?yàn)樵谏锒〈及l(fā)酵過(guò)程中，脂溶性的產(chǎn)物丁醇對(duì)細(xì)胞具有嚴(yán)重的產(chǎn)物反饋抑制作用，使得發(fā)酵能力很低，一般產(chǎn)物中丁醇濃度僅為1.0wt%左右，從而造成后續(xù)分離能耗高、經(jīng)濟(jì)差等難題，這極大的抑制了發(fā)酵法的工業(yè)發(fā)展。此外，當(dāng)丁醇濃度達(dá)到57.5wt%時(shí)，丁醇與水之間形成共沸物，利用傳統(tǒng)的共沸精餾等操作進(jìn)一步濃度丁醇時(shí)，需要加入共沸劑，從而造成丁醇被污染，而不能用于醫(yī)藥或是化妝品行業(yè)中，同時(shí)共沸精餾能耗較高。
[0004]滲透汽化技術(shù)利用膜對(duì)被分離物質(zhì)優(yōu)先選擇透過(guò)性的不同將其分離，因此分離過(guò)程不受被分離物質(zhì)汽液平衡的限制，可以實(shí)現(xiàn)共沸液的有效分離。同時(shí)由于其在溫和的條件下使用，不會(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，因此被認(rèn)為分離發(fā)酵液中有機(jī)物較理想的分離過(guò)程之一。但是滲透汽化也由其自身的缺點(diǎn)，即由于受目前膜材料的限制，滲透汽化一級(jí)分離不能實(shí)現(xiàn)將發(fā)酵液濃縮成無(wú)水有機(jī)溶劑的目的。為了將發(fā)酵液中的有機(jī)物分離出來(lái)降低其產(chǎn)物抑制，并獲得純有機(jī)溶劑。本發(fā)明將采用滲透汽化耦合精餾過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本專(zhuān)利申請(qǐng)的特點(diǎn)檢索了相 關(guān)專(zhuān)利數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)一種生物質(zhì)發(fā)酵-滲透汽化膜耦合生產(chǎn)丙酮丁醇的工藝(申請(qǐng)?zhí)朇N201210265526.3)、一種生物質(zhì)發(fā)酵耦合滲透汽化分離生產(chǎn)丁醇的方法(申請(qǐng)?zhí)朇N201210228150.9)分別利用了相分離的現(xiàn)象來(lái)提高分離性能。但是CN201210265526.3發(fā)明在一級(jí)優(yōu)先透醇膜后面增加了一個(gè)萃取塔來(lái)實(shí)現(xiàn)透過(guò)液的分離，增加了設(shè)備成本。而CN201210228150.9發(fā)明將一級(jí)有機(jī)相和二級(jí)有機(jī)相直接進(jìn)行透水膜處理，進(jìn)行脫水處理，會(huì)造成能耗的升高，因?yàn)橐患?jí)有機(jī)相料液和二級(jí)有機(jī)相料液濃度理想最高值為80wt%，一般為50wt%~70wt%，此時(shí)采用優(yōu)先透水膜進(jìn)行分離，能耗較高，不經(jīng)濟(jì)。而ABE發(fā)酵液滲透汽化耦合精餾生產(chǎn)乙醇、丙酮和丁醇的方法(申請(qǐng)?zhí)朇N201210225327)采用滲透汽化耦合精餾操作生產(chǎn)無(wú)水丁醇，其方法是直接將一級(jí)滲透汽化分離發(fā)酵液的透過(guò)液送入精餾塔進(jìn)行多級(jí)精餾分離，沒(méi)有采用相分離的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)一級(jí)滲透汽化濃縮液濃度較低，直接精餾操作能耗較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法，將滲透汽化過(guò)程與丙酮、丁醇發(fā)酵過(guò)程相耦合，減少產(chǎn)物抑制作用，同時(shí)利用滲透汽化膜透過(guò)液相分離現(xiàn)象，一級(jí)分離獲得高濃度的有機(jī)溶劑，減少了后續(xù)分離能耗，提高生產(chǎn)能力，降低成本。同時(shí)在耦合過(guò)程中，所獲得的丙酮、丁醇產(chǎn)物不會(huì)被污染，因此可廣泛的用于醫(yī)藥等行業(yè)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法，其具體步驟如下:生物質(zhì)在30°C~40°C進(jìn)行丙酮(A)、丁醇(B)乙醇(E)發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇和乙醇總質(zhì)量濃度達(dá)到0.5%~3%時(shí)，啟動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用一級(jí)膜組件中的優(yōu)先透醇膜，在溫度為30°C~40°C，流速在0.5m/s~2.5m/s,下游側(cè)真空度為200Pa~1000OPa的條件下進(jìn)行分離,濃度降低的截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵；透過(guò)液在第一真空泵(4)出口冷凝后送入分液罐
(5)中，進(jìn)行兩相分離，利用第二輸液泵(6)將水相和有機(jī)相分別送入水相儲(chǔ)罐(7)和有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中；水相儲(chǔ)罐(7)利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用二級(jí)膜組件優(yōu)先透醇膜，在溫度為30°C~70°C，流速在0.5m/s~2.5m/s，下游側(cè)真空度為200Pa~1000OPa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液質(zhì)量濃度大于85%在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15)中；然后利用三級(jí)膜組件(20)中的滲透汽化優(yōu)先透水膜進(jìn)行分離，獲得含水質(zhì)量小于1.0%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇-丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離，獲得質(zhì)量純度大于99%乙醇和質(zhì)量純度大于99%丙酮；水相精餾塔(18)塔釜獲得質(zhì)量純度大于99%丁醇；有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中的混合物進(jìn)入有機(jī)相精餾塔(12)中，進(jìn)行分離；塔頂獲得丙酮、乙醇的混合物進(jìn)入第一丙酮乙醇精餾塔(13)分離，分別在第一丙酮乙醇精餾塔(13)塔頂和塔釜獲得質(zhì)量濃度大于99%以上的丙酮和乙醇產(chǎn)品；塔釜獲得丁醇、水的混合物進(jìn)入丁醇水精餾塔(14)分離，在丁醇水精餾塔(14)中獲得質(zhì)量濃度大于99t%以上的丁醇。
[0007]上述發(fā)酵罐中的丙酮、丁醇、乙醇發(fā)酵濃度的大小由發(fā)酵菌種的性能條件決定。
[0008]優(yōu)選一級(jí)膜組件和二級(jí)膜組件`中使用的滲透汽化透醇膜為有機(jī)膜，如具有內(nèi)在微孔的三碟烯聚合物膜，聚二甲基硅氧烷-聚四氟乙烯復(fù)合膜；有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜，如聚二甲基硅氧烷-氧化鋁支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-氧化鋯支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-氧化鈦支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷/全硅沸石/聚丙烯腈復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-MOF雜化膜、聚二甲基硅氧烷-ZIF雜化膜、聚二甲基硅氧烷-SiO2雜化膜；無(wú)機(jī)膜如MOF膜、ZIF膜、石墨烯膜、硅鋁分子篩膜的一種或幾種。優(yōu)先三級(jí)膜組件透水的膜材料為無(wú)機(jī)膜，如硅鋁分子篩膜，醋酸纖維素膜、聚乙烯醇膜；有機(jī)膜如醋酸纖維素膜及其改性膜、聚乙烯醇及其改性膜；有機(jī)無(wú)機(jī)雜化膜如聚乙烯醇-Na分子篩膜。
[0009]一級(jí)膜組件和二級(jí)膜組件中使用的滲透汽化透醇膜可以相同，也可以不同。
[0010]使用的滲透汽化透醇膜性能在分離0.5wt%~3wt%ABE溶液時(shí)，可實(shí)現(xiàn)透過(guò)側(cè)濃縮液的相分離。
[0011]膜組件的排列方式可以是并聯(lián)，串聯(lián)或并聯(lián)串聯(lián)同時(shí)使用。
[0012]有益效果:
[0013]本發(fā)明將生物質(zhì)發(fā)酵與滲透汽化膜技術(shù)、精餾技術(shù)耦合，通過(guò)滲透汽化在線(xiàn)分離發(fā)酵產(chǎn)物，降低了發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)物抑制作用，保證了發(fā)酵過(guò)程的連續(xù)進(jìn)行。同時(shí)由于滲透汽化技術(shù)的濃縮過(guò)程，透過(guò)液出現(xiàn)相分離，一級(jí)滲透汽化就能獲得濃度高于50wt%的有機(jī)溶劑，降低了后續(xù)產(chǎn)物濃縮成本。此外透過(guò)液發(fā)生相分離時(shí)，有機(jī)相濃縮液中，丁醇與水之間的比例已經(jīng)超過(guò)了其形成共沸系的比例，因此直接蒸餾就可以以較低的能耗獲得濃度≥99wt%的無(wú)水的丙酮、丁醇、乙醇產(chǎn)品。本發(fā)明從發(fā)酵開(kāi)始到制備得到無(wú)水丙酮、丁醇、乙醇產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，與現(xiàn)工藝相比，發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高，生產(chǎn)能力強(qiáng)，操作方便，并通過(guò)相分離和滲透汽化二級(jí)濃縮，打破了丁醇與水之間形成共沸物系的平衡，產(chǎn)物不會(huì)引入雜質(zhì)，生產(chǎn)和分離能耗低。
[0014]本發(fā)明利用滲透汽化膜技術(shù)在線(xiàn)分離丙酮、丁醇發(fā)酵液中的產(chǎn)物，降低了產(chǎn)物的抑制作用，可將發(fā)酵生產(chǎn)能力提高了 2-30倍。同時(shí)利用透過(guò)液中出現(xiàn)相分離的現(xiàn)象和二次滲透汽化濃縮過(guò)程，打破了丁醇與水之間形成共沸物系的平衡，實(shí)現(xiàn)了以較低的能耗獲得無(wú)水產(chǎn)品。并且產(chǎn)品中不引入雜質(zhì)，使產(chǎn)品使用范圍可擴(kuò)大到醫(yī)藥等行業(yè)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1.本發(fā)明的工藝流程圖；其中1，發(fā)酵罐；2，第一輸液泵；3，一級(jí)膜組件；4，第一真空泵；5，分液罐；6，第二輸液泵；7，水相儲(chǔ)罐；8，有機(jī)相儲(chǔ)罐；9，第三輸液泵；10，二級(jí)膜組件；11，第二真空泵；12，有機(jī)相精餾塔；13，第一丙酮乙醇精餾塔；14，丁醇水精餾塔；15，二級(jí)濃縮儲(chǔ)罐；16，第四輸液泵；17，第三真空泵；18，水相精餾塔；19，第二丙酮乙醇精餾塔；20，三級(jí)膜組件。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明保護(hù)的主題范圍并非僅限于這些實(shí)施例。以下實(shí)施例的工藝流程圖如圖1所示。
[0017]實(shí)施例1
[0018]生物質(zhì)在30°C進(jìn)行丙酮、丁醇發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇、乙醇濃度達(dá)到1.6被％時(shí)，啟 動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/全硅沸 石/聚丙烯腈復(fù)合膜)，在溫度為30°C，流速在0.5m/s,下游側(cè)真空度為200Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵。透過(guò)液在第一真空泵(4)出口冷凝后送入分液罐(5)中，進(jìn)行兩相分離，利用第二輸液泵(6)將濃度為21.2wt%的水相和濃度為65.7wt%有機(jī)相為分別送入水相儲(chǔ)罐(7)和有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中。水相儲(chǔ)罐(7)中的混合物利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/全硅沸石/聚丙烯腈復(fù)合膜)，在溫度為30°C，流速在0.5，下游側(cè)真空度為200Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15)中，濃度為91.2wt%。然后利用三級(jí)膜組件
(20)中滲透汽化優(yōu)先透水膜(醋酸纖維素膜)獲得含水量小于0.5wt%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇/丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離，獲得純度大于99.4wt%乙醇和丙酮。水相精餾塔(18)塔釜獲得純度大于99.6wt% 丁醇。有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中的混合物進(jìn)入有機(jī)相精餾塔(12)中，進(jìn)行分離。塔頂獲得丙酮、乙醇的混合物進(jìn)入第一丙酮乙醇精餾塔(13)分離，分別在第一丙酮乙醇精餾塔(13)塔頂和塔釜獲得濃度大于99.6wt%以上的丙酮和乙醇產(chǎn)品。塔釜獲得丁醇、水的混合物進(jìn)入丁醇水精餾塔(14)分離，在丁醇水精餾塔(14)中獲得濃度大于99.3wt%以上的丁醇。[0019]實(shí)施例2
[0020]生物質(zhì)在40°C進(jìn)行丙酮、丁醇發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇、乙醇濃度達(dá)到0.8wt%時(shí)，啟動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/氧化鋁復(fù)合膜，氧化鋁孔徑200nm)，在溫度為40°C，流速在2.5m/s,下游側(cè)真空度為1000OPa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵。透過(guò)液在第一真空泵(4)出口冷凝后送入分液罐(5)中，進(jìn)行兩相分離，利用第二輸液泵(6)將濃度為27.3wt%的水相和濃度為58.7wt%有機(jī)相為分別送入水相儲(chǔ)罐(7)和有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中。水相儲(chǔ)罐(7)中的混合物利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/聚丙烯腈復(fù)合膜)，在溫度為40°C，流速在2.0m/s,下游側(cè)真空度為1000Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15 )中，濃度為90.2wt%。然后利用三級(jí)膜組件(20)中滲透汽化優(yōu)先透水膜(聚乙烯醇膜)獲得含水量小于1.0wt%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇/丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離，獲得純度大于99.2wt%乙醇和丙酮。水相精餾塔(18)塔釜獲得純度大于99.3wt% 丁醇。有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中的混合物進(jìn)入有機(jī)相精餾塔(12)中，進(jìn)行分離。塔頂獲得丙酮、乙醇的混合物進(jìn)入第一丙酮乙醇精餾塔(13)分離，分別在第一丙酮乙醇精餾塔(13)塔頂和塔釜獲得濃度大于99wt%以上的丙酮和乙醇產(chǎn)品。塔釜獲得丁醇、水的混合物進(jìn)入丁醇水精餾塔
(14)分離，在丁醇水精餾塔(14)中獲得濃度大于99.0wt%以上的丁醇。
[0021]實(shí)施例3`[0022]生物質(zhì)在40°C進(jìn)行丙酮、丁醇發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇、乙醇濃度達(dá)到0.5wt%時(shí)，啟動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/SiO2雜化膜)，在溫度為40°C，流速在1.0m/s，下游側(cè)空度為500Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵。透過(guò)液在第一真空泵
(4)出口冷凝后送入分液罐(5)中，如兩相分離沒(méi)有發(fā)生。則將分液罐(5)中的混合物濃度為18wt%，利用第二輸液泵(6)送入水相儲(chǔ)罐(7)中，然后混合物利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/SiO2雜化膜)，在溫度為40°C，流速在1.0m/s，下游側(cè)真空度為500Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15)中，濃度為89.lwt%。然后利用三級(jí)膜組件(20)中滲透汽化優(yōu)先透水膜(聚乙烯醇膜)獲得含水量小于1.0wt%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇/丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離，獲得純度大于99.4wt%乙醇和丙酮。水相精餾塔(18)獲得純度大于99.0wt%丁醇。
[0023]實(shí)施例4
[0024]生物質(zhì)在30°C進(jìn)行丙酮、丁醇發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇、乙醇濃度達(dá)到3.5wt%時(shí)，啟動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用優(yōu)先透醇膜(聚二甲基硅氧烷/全硅沸石/聚丙烯腈復(fù)合膜)，在溫度為30°C，流速在0.8m/s,下游側(cè)真空度為500Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵。透過(guò)液在第一真空泵(4)出口冷凝后送入分液罐(5)中，進(jìn)行兩相分離，利用第二輸液泵(6)將濃度為24.2wt%的水相和濃度為70.7wt%有機(jī)相為分別送入水相儲(chǔ)罐(7)和有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中。水相儲(chǔ)罐(7)中的混合物利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用優(yōu)先透醇膜(三碟烯聚合物膜)，在溫度為70°C，流速在0.8m/s,下游側(cè)真空度為500Pa的條件下進(jìn)行分離，濃度降低的截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15)中，濃度為94.2wt%。然后利用三級(jí)膜組件(20)中滲透汽化優(yōu)先透水膜(醋酸纖維素膜)獲得含水量小于0.5wt%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇/丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離，獲得純度大于99.4wt%乙醇和丙酮。水相精餾塔(18)塔釜獲得純度大于99.7wt% 丁醇。有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中的混合物進(jìn)入有機(jī)相精 餾塔(12)中，進(jìn)行分離。塔頂獲得丙酮、乙醇的混合物進(jìn)入第一丙酮乙醇精餾塔(13)分離，分別在第一丙酮乙醇精餾塔(13)塔頂和塔釜獲得濃度大于99.7wt%以上的丙酮和乙醇產(chǎn)品。塔釜獲得丁醇、水的混合物進(jìn)入丁醇水精餾塔(14)分離，在丁醇水精餾塔(14)中獲得濃度大于99.5wt%以上的丁醇。
【權(quán)利要求】
1.一種利用滲透汽化-精餾耦合分離丙酮丁醇乙醇發(fā)酵液的方法，其具體步驟如下:生物質(zhì)在30°c~40°C進(jìn)行丙酮(A)、丁醇(B)乙醇(E)發(fā)酵，當(dāng)發(fā)酵罐(I)中生產(chǎn)的產(chǎn)物丙酮、丁醇和乙醇總質(zhì)量濃度達(dá)到0.5%~3%時(shí)，啟動(dòng)第一輸液泵(2)將發(fā)酵液送入一級(jí)膜組件(3)中，利用一級(jí)膜組件中的優(yōu)先透醇膜，在溫度為30°C~40°C，流速在0.5m/s~2.5m/s，下游側(cè)真空度為200Pa~1000OPa的條件下進(jìn)行分離，截留液循環(huán)到發(fā)酵罐(I)中繼續(xù)發(fā)酵；透過(guò)液在第一真空泵(4)出口冷凝后送入分液罐(5)中，進(jìn)行兩相分離，利用第二輸液泵(6)將水相和有機(jī)相分別送入水相儲(chǔ)罐(7)和有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中；水相儲(chǔ)罐(7)利用第三輸液泵(9)送入二級(jí)膜組件(10)中，利用二級(jí)膜組件優(yōu)先透醇膜，在溫度為30°C~70°C，流速在0.5m/s~2.5m/s,下游側(cè)真空度為200Pa~1000OPa的條件下進(jìn)行分離，截留液循環(huán)水相儲(chǔ)罐(7)中，透過(guò)液質(zhì)量濃度大于85%在第二真空泵(11)出口冷凝后送入二級(jí)濃縮罐(15)中；然后利用三級(jí)膜組件(20)中的滲透汽化優(yōu)先透水膜進(jìn)行分離，獲得含水質(zhì)量小于1.0%的有機(jī)混合物，并將其送入水相精餾塔(18)中，塔頂獲得乙醇-丙酮混合物，進(jìn)入第二丙酮乙醇精餾塔(19)分離,獲得質(zhì)量純度大于99%乙醇和質(zhì)量純度大于99%丙酮；水相精餾塔(18)塔釜獲得質(zhì)量純度大于99% 丁醇；有機(jī)相儲(chǔ)罐(8)中的混合物進(jìn)入有機(jī)相精餾塔 (12)中，進(jìn)行分離；塔頂獲得丙酮、乙醇的混合物進(jìn)入第一丙酮乙醇精餾塔(13)分離，分別在第一丙酮乙醇精餾塔(13)塔頂和塔釜獲得質(zhì)量濃度大于99%以上的丙酮和乙醇產(chǎn)品；塔釜獲得丁醇、水的混合物進(jìn)入丁醇水精餾塔(14)分離，在丁醇水精餾塔(14)中獲得質(zhì)量濃度大于99t%以上的丁醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于一級(jí)膜組件和二級(jí)膜組件中使用的滲透汽化透醇膜均為三碟烯聚合物膜、聚二甲基硅氧烷-聚四氟乙烯復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-氧化鋁支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-氧化鋯支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-氧化鈦支撐層復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷/全硅沸石/聚丙烯腈復(fù)合膜、聚二甲基硅氧烷-MOF雜化膜、聚二甲基硅氧烷-ZIF雜化膜、聚二甲基硅氧烷-SiO2雜化膜、MOF膜、ZIF膜、石墨烯膜或硅鋁分子篩膜中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于三級(jí)膜組件優(yōu)先透水的膜材料為硅鋁分子篩膜、醋酸纖維素膜、聚乙烯醇膜、醋酸纖維素膜、聚乙烯醇膜或聚乙烯醇-Na分子篩膜。
【文檔編號(hào)】C12P7/16GK103772144SQ201410039756
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】周浩力, 蘇儀, 萬(wàn)印華 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)