专利名称：生产乙醇的同步气提闪蒸发酵方法
技术领域：
本发明涉及一种生产乙醇的同步气提闪蒸发酵方法，属于发酵法生产乙醇技术。
背景技术：
乙醇俗称乙醇，是重要的有机化工原料和溶剂。尤其近些年来，能源危机的加剧，生物质原料发酵生产乙醇，以其可再生、燃烧清洁等优点，越来越受到重视。
目前，生物质原料乙醇生产普遍采用间歇发酵工艺，由于发酵过程乙醇浓度的增加会对发酵过程产生反馈抑制作用，因而生产能力低，用水量大。为此出现了真空发酵、膜分离发酵、气提发酵、萃取发酵等工艺，在发酵的同时，在位移出乙醇。但上述方法在工业的应用还有困难。萃取发酵过程中，难以找到高选择性且对菌体友好的萃取剂。膜分离发酵方法中，难以解决膜污染和通量低的问题。气提发酵简单，具有易于工业化的前景，但乙醇的移出效率低，受到空气压缩机性能的制约。真空发酵研究的比较早，乙醇的移出效率高，但维持真空下发酵比较困难，能耗也高。之后出现了该方法的改进形式，使发酵罐与闪蒸罐串连，保证了发酵在常压下进行，并在闪蒸罐中不断的移出乙醇，降低对发酵的抑制作用。本发明是在此基础上，将气提发酵与真空闪蒸结合起来。气提发酵可以利用发酵的副产物CO2移走发酵醪中的乙醇，并可以对发酵醪起搅拌的作用。同步气提闪蒸可以结合两者的优点，进一步提高在位产物的分离能力，从而提高发酵效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产乙醇的同步气提闪蒸发酵方法，该方法具有发酵强度大，乙醇移出效率高、省水和节能的特点。
本发明是通过以下方案实现的，采用包括带侧臂循环式的发酵罐与闪蒸罐构成的实现生产乙醇的同步气提闪蒸装置，其中发酵罐的侧臂开有排料口与闪蒸罐的中间部位相连接，发酵罐底部设有隋性气体进口，在闪蒸罐底部与发酵罐上部设有循环水连接管。实现发酵过程同时气提和闪蒸的方法，其特征在于从发酵罐的底部通入CO2或N2或空气，按每升发酵液通气量为0.01～1m3/h，气提出来的含有乙醇的混合气，进入冷凝器将其中的乙醇回收，不凝的惰性气体通过压缩机送至发酵罐底部，重新利用；同时通过发酵罐侧臂进入闪蒸罐的发酵醪于20～100mmHg压力下进行闪蒸，实现乙醇和水的分离，其中富含乙醇的蒸汽进入冷凝器收集，水通过循环水连接管回至发酵罐重复利用。
上述过程采用一次加料的间歇发酵过程或连续加料的连续发酵过程。
本发明的优点在于通过气提和闪蒸两项简单易行技术的结合，增强了乙醇发酵过程中的乙醇在位移出能力，更有效的消除发酵过程的底物抑制现象；缩短了发酵周期，提高了发酵强度，同时也提高了反应器的生产能力；在连续发酵过程中可以补加高浓度的料液，节约用水；发酵液经过闪蒸后的罐底液，可循环再用，不但可节约大量用水，同时发酵液中大量的生物活性物质可得到保存与再利用；气提和闪蒸可以得到清洁高浓度的产物，降低了后期精馏过程的能耗；本方法也适用于丙酮、丁酸和甘油的发酵。
图1本发明的工艺流程示意图，图中1为真空泵，2为冷凝器，3为闪蒸罐，4为气提气出口，5为进料口，6为带侧臂的发酵罐，7为冷凝器，8为产品中间罐，9为压缩机，10为缓冲罐，11为惰性气体入口，12为排料口，13为进气口，14为侧臂排料口，15为循环泵，16为产品中间罐具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明实施例1如图1，在带侧臂的发酵罐中加入糖化后的醪液，葡萄糖含量250g/L，并接入酵母开始发酵，接种量4g/L，维持温度32℃，通入少量CO2，通气量为每升发酵液0.01m3/h。发酵18小时以后，乙醇浓度达到60g/L，打开发酵罐与闪蒸罐之间的阀，并加大通气量，开始进行同步气提闪蒸操作。CO2通气量为每升发酵醪0.1m3/h，闪蒸罐的压力维持38mmHg，进入闪蒸罐的流速为每升发酵醪10ml/min。通过CO2带出的乙醇和水经过冷凝器回收，浓度在40％(质量浓度)以上。发酵醪从发酵罐进入闪蒸罐，闪蒸得到的气相通过冷凝收集，乙醇浓度在30％(质量浓度)以上，富含没有发酵完的葡萄糖的液相经循环泵，循环回发酵罐继续发酵。经12个小时，发酵罐的葡萄糖浓度小于10g/L，发酵结束。相比同样发酵条件的普通发酵过程，发酵时间缩短10小时以上。
实施例2与实施例1发酵开始的条件相同，当开始进行同步气提闪蒸操作同时，并打开补料阀，开始进行补料，实现连续发酵，如图1。补料的速度每升醪液24ml/h，补料葡萄糖的浓度为500g/L。高浓度补料可以节约用水量。在连续发酵过程中乙醇浓度维持55g/L，葡萄糖的浓度维持80g/L，细胞浓度维持10g/L。发酵强度可以达到5.5gL-1h-1，是相同发酵条件下普通发酵的3倍。
权利要求
1.一种生产乙醇的同步气提闪蒸发酵方法，采用包括带侧臂循环式的发酵罐与闪蒸罐构成的实现生产乙醇的同步气提闪蒸装置，其中发酵罐的侧臂开有排料口与闪蒸罐的中间部位相连接，发酵罐底部设有隋性气体进口，在闪蒸罐底部与发酵罐上部设有循环水连接管。实现发酵过程同时气提和闪蒸的方法，其特征在于从发酵罐的底部通入CO2或N2或空气，按每升发酵液通气量为0.01～1m3/h，气提出来的含有乙醇的混合气，进入冷凝器将其中的乙醇回收，不凝的惰性气体通过压缩机送至发酵罐底部，重新利用；同时通过发酵罐侧臂进入闪蒸罐的发酵醪于20～100mmHg压力下进行闪蒸，实现乙醇和水的分离，其中富含乙醇的蒸汽进入冷凝器收集，水通过循环水连接管回至发酵罐重复利用。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于采用一次加料的间歇发酵过程或连续加料的连续发酵过程。
全文摘要
本发明公开了一种生产乙醇的同步气提闪蒸发酵方法，该方法采用包括带侧臂循环式的发酵罐与闪蒸罐构成的实现生产乙醇的同步气提闪蒸，其特征在于从发酵罐的底部通入惰性气体，气提出来的含有乙醇的混合气，进入冷凝器回收乙醇，不凝的惰性气体可重新利用；同时通过发酵罐侧臂进入闪蒸罐的发酵醪在真空下进行闪蒸，实现乙醇和水的分离，其中富含乙醇的蒸汽进入冷凝器收集，水通过循环水连接管回至发酵罐重复利用。本发明的优点在于在发酵的过程中更加有效的在位移出乙醇，消除产物抑制效应，缩短了发酵周期，提高了发酵强度，可节约用水，降低能耗，本发明也适用于丙酮、丁酸和甘油的发酵。
文档编号C12P7/06GK1696296SQ20051001339
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月8日 优先权日2005年5月8日
发明者曾爱武, 袁希钢, 余国琮, 刘振 申请人:天津大学