[发明专利]一种膜分离固态发酵乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膜分离固态发酵乙醇的方法，属于燃料乙醇制备技术领域。

背景技术

生物质能作为可持续发展能源，其应用发展空间较大，目前生物质能约占能源供应的11％，特别是近年来生物质燃料产量快速增长，全球迎来了生物质能源发展的黄金时期。

生物质发酵制备燃料乙醇技术是世界各国广泛关注的热门课题。一般情况下，发酵生产的乙醇首先通过蒸馏将乙醇浓度提高，这个过程能耗高、污染大、设备成本高，并且不能分离恒沸物。

渗透汽化以其设备简单、选择性好、单级分离度高、传质速率大、无污染和易操作、易放大等优点，逐渐成为世界研究的热点，在石油化工、医药、食品和环境保护等工业领域中具有广阔的应用前景和市场。渗透汽化技术已经在高浓度乙醇脱水方面实现了工业化，但在从低浓度乙醇水溶液中收集乙醇方面仍处于实验室研究阶段。这是因为膜通量与分离因子对乙醇生产成本有很大的影响，有学者指出，将1～5wt％的乙醇提纯至95wt％时，若要使得膜分离成本降低，分离因子必须达到20以上，而在目前的研究水平，分离因子仅为12左右。

本发明用水蒸汽提取固体发酵乙醇，混合蒸汽中乙醇质量百分比可达20％以上，比一般液态发酵乙醇要高。采用蒸汽渗透法分离提取出来的混合物，通过优先透醇膜，提高乙醇浓度。蒸汽渗透法制备燃料乙醇，其优点有能量损耗低、渗透通量大、膜污染小和膜使用寿命长等优点，适合用于工业过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种膜分离固态乙醇的方法，提高分离效率，降低分离成本，减少能耗，避免环境污染。

所述蒸汽渗透法分离固态发酵乙醇的方法包括以下具体步骤：

(1)用不低于150℃的水蒸汽通入固态发酵罐中，与固态发酵物料隔层加热，使得物料中的水和乙醇气化，提取出来的乙醇与水的混合气温度不低于90℃；

(2)将乙醇与水的混合气经管道直接进入膜分离装置在透过侧用真空泵抽取真空，在物料侧保持常压，使得膜两侧间有推动力。膜分离过程中温度不低于80℃。

(3)在透过侧用冷凝器对渗透组分进行冷凝收集，得到高浓度的乙醇溶液。

所述水蒸汽隔层提取的乙醇-水混合气中乙醇浓度为20-30wt％。

所述的膜分离装置由膜组件和优先透醇复合膜组成。优先透醇复合膜是由支撑体和对乙醇有亲和力的活性分离层组成。

所述的支撑体材料为聚酯。

所述的对乙醇具有选择性的活性层的膜材料为聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、含氟类聚合物、聚丙烯、聚丁二烯、丁苯橡胶或丁晴橡胶。其中活性分离层的厚度可根据实际需要在20-60μm之间进行调整。

所述的复合膜的构型取决于支撑体的构形为管式、卷式、平板或中空纤维式；管式为内膜或外膜。

本发明的有益效果为：

(1)采用蒸汽渗透法分离固态发酵乙醇，分离效率高；

(2)工艺简单，操作方便，易于放大；

(3)降低能耗，无环境污染问题；

(4)降低成本，解决了燃料乙醇分离的难题，促进了生物炼制技术发展。

附图说明

图1是蒸汽渗透法分离固态发酵乙醇的工艺流程示意图。

图中标号：

1-固体发酵罐；2-膜分离装置；3-冷凝系统；4-真空泵；A-水蒸汽；B-乙醇与水的混合气；C-渗透组分。

具体实施方式

本发明提供了一种膜分离固态发酵乙醇的方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，固体发酵罐1与膜分离装置2的物料侧连接，膜分离装置2的透过侧与冷凝系统3以及真空泵4连接。膜分离装置2采用由支撑体和沉积在支撑体表面上的对乙醇具有选择性的活性层组成的平板式优先透醇膜。支撑体的材料为聚酯；对乙醇具有选择性的活性层的材料为聚二甲基硅氧烷，厚度为50μm。

分离乙醇时，按如下步骤进行：

(1)用不低于150℃的水蒸汽A通入固态发酵罐1中，与固态发酵物料隔层加热，使得物料中的水和乙醇气化，提取出来的乙醇与水的混合气B温度不低于90℃。

(2)将乙醇与水的混合气B经管道直接进入膜分离装置2，在透过侧用真空泵4抽取真空，在物料侧保持常压，使得膜两侧间有推动力。膜分离过程中温度不低于80℃。

(3)在透过侧用冷凝器3对渗透组分C进行冷凝收集，得到高浓度的乙醇溶液。