專利名稱：一種纖維乙醇的分離方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維乙醇生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種纖維乙醇的分離方法及設(shè)備。
(二)
背景技術(shù)：
纖維乙醇是一種利用農(nóng)牧業(yè)與林業(yè)纖維類廢棄物為原料發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇。纖維質(zhì) 是地球上資源量最豐富的可再生資源。在我國，每年僅小麥、玉米的農(nóng)作物秸稈就高達7億 噸(折干)以上，其中多數(shù)被白白燒掉或廢棄，造成資源浪費，且污染環(huán)境。若將其中的約 50%加以利用，可以生產(chǎn)約5000萬噸以上的乙醇。因此，利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇是確保 國家糧食安全的有效途徑。 專利CN 101186943A公開了一種利用農(nóng)作物秸稈生產(chǎn)乙醇的方法，包括對作物秸 稈預(yù)處理，固液分離，水解固相組分，經(jīng)超濾和RO組合過濾濃縮后利用酵母發(fā)酵；發(fā)酵醪離 心分離，蒸餾，脫水得到乙醇。該方法主要集中在原料的前期處理上，秸稈中的木質(zhì)素經(jīng)堿 處理已經(jīng)變性，后來又進行磺化處理得到磺化木質(zhì)素；在酶解后采用超濾和RO組合過濾， 酶解液中固形物較多，生產(chǎn)費用較高；發(fā)酵后通過離心分離出酵母進行回用，離心出來的液 相去蒸餾；而酵母經(jīng)多次回用后，固相一直循環(huán)累積，造成離心出來的液相固形物增多，再 去后續(xù)的蒸餾，則蒸餾單元易堵、能耗增加。 專利CN 101235392A公開了一種纖維素燃料乙醇及制造方法，其關(guān)鍵是優(yōu)選集成 耦合新方法使纖維質(zhì)原料處理、發(fā)酵、蒸餾、脫水實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。乙醇采用發(fā)酵與滲透蒸 發(fā)-氣提耦合技術(shù)；纖維乙醇采用兩塔或三塔流程進行蒸餾，脫水采用膜分離與滲透蒸發(fā)； 或者采用多級精餾/膜分離集成過程。該方法發(fā)酵液中固形物含量高，直接采用膜分離的 方法分離乙醇和水，膜易堵塞，操作成本較高。 專利CN 1298859C公開了一種燃料乙醇生產(chǎn)方法，由原料處理、發(fā)酵、精餾、分子
篩吸附脫水、廢醪液處理工序組成；精餾工序與分子篩吸附脫水工序通過熱耦合冷凝蒸發(fā)
過程連接。其所用原料為玉米、大米、小麥、木薯、糖蜜等淀粉質(zhì)和糖質(zhì)原料。 專利CN 101157890A也公開了一種燃料乙醇生產(chǎn)裝備及方法，其所用原料也為淀
粉質(zhì)和糖質(zhì)原料。精餾脫水過程采用三塔與分子篩吸附塔集成的多效熱耦合精餾技術(shù)實現(xiàn)
乙醇脫水；通過氣流干燥、清液多效蒸發(fā)、蒸發(fā)凝液厭氧耗氧和膜超濾凈化等裝置處理酒精
生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢醪液，以此作為生產(chǎn)中循環(huán)冷卻水的補水，實現(xiàn)工藝廢水零排放。由于所用
的原料是淀粉質(zhì)和糖質(zhì)原料產(chǎn)生的糟渣很少，而纖維原料產(chǎn)生的糟渣多，此種方法并不合適。 目前世界上還沒有一家工業(yè)規(guī)模利用纖維質(zhì)原料生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè)。這主要是 因為纖維乙醇的生產(chǎn)存在5大瓶頸(l)原料收購難；(2)原料預(yù)處理難；(3)纖維素酶價格 高；(4)乙醇分離能耗高；(5)廢糟液色素處理難。目前人們的研究主要集中在原料預(yù)處理 和纖維素酶方面，而對乙醇分離和廢糟液色素處理研究較少。在纖維乙醇生產(chǎn)中，乙醇分離 和廢糟液色素處理所消耗的能量占總能耗的80%，其費用占總成本的30%。因此研發(fā)出新 的乙醇分離和廢糟液處理工藝對于纖維乙醇生產(chǎn)成本的降低具有十分重要的意義。(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種纖維乙醇的分離方法，既能夠克服乙醇分離能耗高的問
題又可解決廢糟液色素處理的問題。 為達上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種纖維乙醇的分離方法，先對帶有木質(zhì)素的糖液進入發(fā)酵單元發(fā)酵得到的成熟 的發(fā)酵醪進行固液分離，分離出的固相進行干燥，得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣A ;分離出的 液相進行濃縮得到濃縮液和酒精蒸氣B ;濃縮液進行干燥得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣C ;酒
精蒸氣A、 B、 C冷凝后經(jīng)蒸餾得到成品乙醇。 進一步，所述的濃縮其熱量來源由所述的酒精蒸氣A和酒精蒸氣C提供。 酒精蒸氣A和酒精蒸氣C在使用或者給濃縮提供熱量的過程中會冷凝下來，得到
的冷凝液和酒精蒸氣B冷凝液合并，再一起蒸餾得到體積濃度為95%的成品乙醇。 本發(fā)明還提供了一種所述纖維乙醇分離的設(shè)備，包括分離單元、兩級干燥單元、濃
縮單元、冷凝單元、蒸餾單元，其中分離單元的出口分別有管道與一級干燥單元和濃縮單元
的入口連接，濃縮單元的出口又分別有管道與冷凝單元與二級干燥單元的入口相連接，冷
凝單元的出口通過管道與蒸餾單元入口連接。 進一步，干燥單元的出口有管道連接至濃縮單元為其提供熱量。
固液分離，可通過離心、擠干或壓榨的方式將固相與液相成分分離開；分離單元的 設(shè)備可采用離心機、板框過濾機、壓榨機等。通過分離單元可以先將大部分的糟渣分離出 來，可大大減少去濃縮單元的液相物料量。 利用兩級干燥單元產(chǎn)生的含酒精的二次蒸汽即酒精蒸氣A和C作為濃縮單元的熱 源，可降低能耗。濃縮單元出來的經(jīng)提高濃度的含酒精蒸汽經(jīng)冷凝后進入蒸餾單元得到乙 醇，由于進入蒸餾單元的物料來自于濃縮單元的酒精蒸氣冷凝液，酒度可提高60%以上，其 中不含固形物，因此可大大降低蒸餾設(shè)備的體積，減少設(shè)備投資，防止堵塞，節(jié)省能耗。
蒸餾單元得到的釜液進行廢水處理。 現(xiàn)有的纖維乙醇生產(chǎn)工藝中廢糟液含有木質(zhì)素，色素主要沉積在木質(zhì)素上，而木 質(zhì)素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，利用普通的污水處理方法不能降解，解決不了廢糟液中的色素問題，從而造 成廢水不能達標排放。 而本發(fā)明通過濃縮和干燥技術(shù)，先將木質(zhì)素進行分離，生產(chǎn)廢水中不含色素，經(jīng)過 處理后可達標排放。 此外，最后得到的木質(zhì)素干渣由于在前述的整個處理過程中沒有加酸或加堿使其 變性，因此可作為燃料，也可作為功能性材料使用。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，有以下優(yōu)點 本發(fā)明纖維乙醇分離工藝，能耗低，可防止設(shè)備堵塞，且能對原料中的木質(zhì)素進行 回收利用，創(chuàng)造更多經(jīng)濟價值；可解決生產(chǎn)廢糟液色素處理難的問題；采用的分離設(shè)備簡 潔，總體投資少。
(四)


圖1為纖維乙醇分離方法的工藝流程示意4
圖2為纖維乙醇分離設(shè)備的連接示意圖。 具體實施例方式
以下以具體實施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護范圍不限于此
實施例1 : 所用的纖維乙醇分離設(shè)備，如圖2所示，包括分離單元1、一級干燥單元2、二級干 燥單元4、濃縮單元3、冷凝單元5、蒸餾單元6，其中分離單元1的出口分別有管道與一級干 燥單元2和濃縮單元3的入口連接，濃縮單元3的出口又分別有管道與冷凝單元5與二級 干燥單元2的入口相連接，冷凝單元5的出口通過管道與蒸餾單元6入口連接。 一級、二級 干燥單元2、4的出口有管道連接至濃縮單元3為其提供熱量。 所述的分離單元1為離心機；濃縮單元3采用三效蒸發(fā)器；冷凝單元5為冷凝器。
以秸稈為原料，先對秸稈進行預(yù)處理得到帶有木質(zhì)素的糖液，然后進入發(fā)酵設(shè)備 發(fā)酵乙醇。酒精發(fā)酵操作方式為間歇發(fā)酵，發(fā)酵罐控制溫度32t:。在發(fā)酵過程中，回收乙醇 及二氧化碳。 發(fā)酵結(jié)束后醪液采用離心機分離，分離出的固相濕糟送至一級干燥裝置得到木質(zhì) 素干渣和酒精蒸氣A ;離心分離出的清液送入多效蒸發(fā)裝置進行濃縮；多效蒸發(fā)濃縮裝置 采用3效。三效蒸發(fā)器排出的濃縮液進入二級干燥裝置得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣C，干燥 裝置產(chǎn)生的酒精蒸汽A和C溫度為IO(TC ，合并進入多效蒸發(fā)裝置，作為濃縮單元的熱源。 酒精蒸氣A和C在三效蒸發(fā)器中冷凝后進入蒸餾單元。濃縮裝置產(chǎn)生的酒精蒸汽B進入冷 凝器冷凝，冷凝后也進入蒸餾單元，蒸餾單元采用雙效差壓蒸餾得到乙醇產(chǎn)品，蒸餾釜液去 污水站進行廢水處理。工藝流程參見圖l。
權(quán)利要求
一種纖維乙醇的分離方法，其特征在于，先對帶有木質(zhì)素的糖液進入發(fā)酵單元發(fā)酵得到的成熟的發(fā)酵醪進行固液分離，分離出的固相進行干燥，得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣A；分離出的液相進行濃縮得到濃縮液和酒精蒸氣B；濃縮液進行干燥得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣C；酒精蒸氣A、B、C冷凝后經(jīng)蒸餾得到成品乙醇。
2. 如權(quán)利要求1所述的纖維乙醇分離方法，其特征在于，所述的濃縮其熱量來源由所 述的酒精蒸氣A和酒精蒸氣C提供。
3. 權(quán)利要求1所述纖維乙醇分離的設(shè)備，其特征在于包括分離單元、兩級干燥單元、濃縮單元、冷凝單元、蒸餾單元，其中分離單元的出口分別有管道與一級干燥單元和濃縮單元 的入口連接，濃縮單元的出口又分別有管道與冷凝單元與二級干燥單元的入口相連接，冷 凝單元的出口通過管道與蒸餾單元入口連接。
4. 如權(quán)利要求3所述纖維乙醇分離的設(shè)備，其特征在于，干燥單元的出口有管道連接 至濃縮單元為其提供熱量。
全文摘要
本發(fā)明屬于纖維乙醇生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種纖維乙醇的分離工藝及設(shè)備。先對帶木質(zhì)素的糖液進入發(fā)酵單元發(fā)酵得到的成熟的發(fā)酵醪進行固液分離，分離出的固相進行干燥，得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣A；分離出的液相進行濃縮得到濃縮液和酒精蒸氣B；濃縮液進行干燥得到木質(zhì)素干渣和酒精蒸氣C；酒精蒸氣A、B、C進行冷凝后經(jīng)蒸餾得到成品乙醇。所述分離設(shè)備，包括分離單元、一級干燥單元、濃縮單元、二級干燥單元、冷凝單元、蒸餾單元。本發(fā)明纖維乙醇分離工藝，能耗低，可防止設(shè)備堵塞，且能對原料中的木質(zhì)素進行回收利用，創(chuàng)造更多經(jīng)濟價值；同時可解決生產(chǎn)廢糟液色素處理難的問題；采用的分離設(shè)備簡潔，總體投資少。
文檔編號C07C29/76GK101696152SQ200910172348
公開日2010年4月21日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者劉利平, 常春, 方書起, 李洪亮, 陳俊英, 韓秀麗, 馬曉建 申請人:鄭州大學(xué)生化工程中心;