[发明专利]一种纤维素乙醇发酵中糖液的浓缩方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维素乙醇生产方法，尤其是纤维素乙醇发酵中糖液的膜蒸馏提浓方法，适用于纤维素乙醇的生产。

背景技术

作为一种不可再生的自然矿产资源，全球石油开采已经进入到中期，2004年以来油价高涨就显示出，供应增长赶不上需求的增长。虽然世界上可再生能源种类繁多，可以替代石油做动力燃料的却少而又少。而生物燃料是目前唯一进入市场，可替代石油燃料的大宗可再生能源。因此，作为汽油添加剂的生物酒精(乙醇)是石油替代的首善之举。

响应国家号召，始终贯彻可持续发展的战略方针，提出使用秸秆、草皮和树皮等纤维素生产乙醇，这些纤维素人类并不能食用，根本就不会威胁人类的食物供应。研究人员通过使用特定的酶将纤维素进行分解获得简单的糖类物质，再把这些糖类物质转化成能量使用。纤维素在自然界是大量存在的，通过纤维素所获的乙醇是非常洁净的，可以和汽油一样有效驱动汽车行驶，更重要的一个原因，我们不再需要重新发明汽车，这将使我们的汽车工业继续发展下去，不会造成巨大的浪费。

随着纤维素乙醇发酵研究的深入，人们意识到糖液浓缩是纤维素乙醇发酵中必要的工艺过程，糖液浓度的高低直接影响乙醇浓度和得率的高低。目前纤维素水解后得到的糖液浓度(质量百分比浓度，下同)低于2％，主要为己糖和戊糖；但在乙醇发酵中糖液的浓度却要求达到5％以上。常用的溶液浓缩技术有：敞开式浓缩罐、多效蒸发浓缩、真空薄膜浓缩等。一般操作温度达到90℃以上时，较高的浓缩温度会导致结焦并且导致浓缩过程中能耗大。而采用一般的纳滤膜技术，虽然也可以达到一定的浓缩，但是过程操作压力高(约5MPa)，也需要消耗大量的电能。因此，纤维素乙醇工业迫切需要一种低能耗的糖液浓缩方法。

膜蒸馏技术是以疏水微孔膜两侧压力差为传质推动力的新型分离技术，水分以蒸汽形式透过膜孔，水溶液不透过膜，因而溶质被膜截留；具有操作压力低(＜0.2MPa)、操作温度低、截留率高等优点。膜蒸馏技术最早出现在20世纪60年代，主要用来制取饮用水(脱盐)。近年来，随着对膜蒸馏的传质机理、传热机理、温度极化现象、组件结构、操作方式、操作条件等作了深入研究，人们也开始研究诸如物料浓缩、废水处理、非常规分离等新应用领域。但是尚没有任何报道公开过可用于纤维素乙醇发酵中糖液的浓缩。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种浓缩效果好、能耗低的纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法，首先通过膜滤获得去除了悬浮颗粒的糖液，然后采用膜蒸馏技术，糖液以40～70℃的温度进入疏水膜组件的一侧，使糖液中的水以蒸汽形式透过疏水膜组件上的微孔膜壁扩散至另一侧并经冷凝，从而实现糖液的浓缩。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的改进：特定的操作方式为直接接触式、气隙式、真空式、气扫式。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：微孔膜为聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯等制成的疏水性微孔膜，孔径为0.1～1.0μm。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：疏水膜组件为中空纤维式组件、板框式组件或卷式组件。疏水膜组件可以为1个，也可以是2～30个疏水膜组件并联或串联在一起使用。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：直接接触式时，渗出侧采用冷水冷却，冷水进口温度为0～25℃，通过控制冷却水的流量将出口温度控制在30～50℃。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：气隙式操作时，渗出侧膜与冷却壁面间的气隙宽度为1～10mm，冷水进口温度为0～25℃，通过控制冷却水的流量将出口温度控制在30～50℃。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：真空式操作时，渗出侧保持真空度为0.083～0.098MPa。

作为本发明纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法的进一步改进：气扫式操作时，渗出侧吹扫气为空气或惰性气体(例如氮气等)。

本发明的纤维素乙醇发酵中糖液的提浓方法，利用了单糖溶液中的单糖为不挥发物质可以被膜截留的特性，从而解决了传统糖液浓缩过程中存在的能耗大、易结焦等问题。本发明的方法技术先进，设备紧凑，占地面积小，浓缩时间短；浓缩温度低，可以直接利用低品位的工业废热和其他经济能源，具有节约能源、降低能耗、降低运行成本等优点，且不会发生结焦现象。

附图说明