[发明专利]秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法

说明书

技术领域

本方法属于发酵工业领域，特别涉及一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法。

背景技术

丁醇是一种重要的溶剂，也是涂料、塑料和橡胶等产品的主要原料。近年来，丁醇还被证实为比乙醇更具潜力的新型生物燃料。以Clostridium.acetobutylicum为代表的梭菌可以再其代谢过程中产生丙酮、丁醇、乙醇三种成分，称为溶剂。在丙酮丁醇发酵过程中，传统的产物回收采用的方法是蒸馏。由于发酵醪中的溶剂含量仅为1.8％～2.0％，蒸馏过程需要耗费大量的蒸汽，蒸馏的能耗约占整个发酵过程能耗的70％。尽管已经出现了新的低能耗分离工艺如萃取、吸附、气提、膜分离，但大多数处于实验室研究当中，并未真正实现工业化。因此，改造现有的蒸馏工艺，节约蒸汽消耗更具有实际意义。

溶剂的蒸馏分离分为粗蒸馏和精馏两部分。粗蒸馏需要把发酵醪中约2％的总溶剂蒸出来，获得40％～50％的总溶剂以便于丁醇、丙酮和乙醇的精馏。粗馏的蒸汽用量占蒸馏能耗气量的一半以上，降低粗馏的能耗是降低蒸馏生产成本的关键。专利CN 101397236A采用热泵、测采技术相结合的精馏工艺分离乙醇-丙酮-丁醇发酵醪液，以降低醪液的蒸馏能耗。而与常压蒸馏相比，采用差压蒸馏，可以使热能在蒸馏过程中多次耦合，达到节能降耗的目的。专利CN 1736527A和CN1880435A分别报道了五塔差压蒸馏装置和六塔差压蒸馏装置在酒精蒸馏中的应用。

针对丁醇发酵蒸馏成本过高的问题，本发明采用负压塔和正压塔组成的粗馏塔对发酵醪进行粗蒸馏，节省了蒸汽用量，降低了蒸馏过程的能耗，显著的提高了丁醇发酵的经济效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法，即采用负压塔和正压塔组成的粗馏塔对溶剂进行粗蒸馏。本发明使利用秸秆酸水解发酵生产丁醇，降低了原料的成本；发酵醪蒸馏过程的的蒸汽消耗量减少到传统蒸馏的50％，降低了溶剂分离的生产能耗，具有良好的经济效益。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法，其步骤如下：

1)秸秆稀酸水解液发酵丙酮丁醇

稀酸水解秸秆后的液体通过电渗析、碱性阴离子树脂柱脱去其中的酸根离子，即作为发酵的碳源；将去除的亚硫酸的玉米浸液与淀粉乳混合作为营养物质，加入到秸秆稀酸水解液中制成发酵培养基，调至pH6.5，灭菌后接入5～10％的丙酮丁醇种子液，30～35℃下厌氧发酵2～3d；

所述丙酮丁醇种子液的制备为：将丙酮丁醇梭菌(Clostridium.acetobutylicum)接入到6％的玉米醪培养基中，厌氧发酵2～3d后制得发酵醪；

2)差压蒸馏发酵醪

将步骤1)的发酵醪液通过管道a进入醪液热交换器3与负压塔1和加压塔2经管道b排出的90℃～115℃的废醪液进行热交换，预热后的温度为85～95℃的发酵醪分别进入负压塔1和加压塔2的中上部，发酵醪液在两个塔的提留段脱去丁醇、丙酮、乙醇后从塔底排出，从提留段分离出来的溶剂和部分水以气相形式上升到精馏段进一步被浓缩，最后分别从负压塔1和加压塔2的顶部出来进入冷凝器组5被冷凝，冷凝后的粗溶剂部分回流到各自塔的塔顶，其余蒸馏出的溶剂通过管道c送到丁醇塔中进行精馏。加压塔蒸馏用的热能是再沸器4中的蒸汽提供的，其塔底温度115℃～125℃，塔顶温度105℃～115℃；负压塔所用热能由加压塔顶部的粗溶剂蒸汽提供的，其塔底温度为90℃～100℃，塔顶温度80℃～90℃；负压塔顶部连接真空泵6以维持负压，其塔顶压力0.07Mpa～0.09MPa。

本发明的秸秆五碳糖发酵及差压分离丁醇的方法，能够节约溶剂蒸馏分离的能耗，降低溶剂分离过程的能耗，使丁醇发酵具有良好的经济效益。

附图说明

图1是本发明中发酵醪粗馏过程的示意图。其中，1为负压塔；2为加压塔；3为醪液热交换器；4为再沸器；5为冷凝器组；6为真空泵；管道a中为发酵醪液；管道b中为蒸馏后的废醪液；管道c中为蒸馏出的溶剂。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1