[發(fā)明專(zhuān)利]一種膜分離固態(tài)發(fā)酵乙醇的方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010552430.6
• 申請(qǐng)日: 2010-11-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102070400A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李十中;唐俏瑜;李天成;王莉
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C07C31/08
• 分類(lèi)號(hào): C07C31/08;C07C29/80;C07C29/76;B01D61/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種膜分離固態(tài)發(fā)酵乙醇的方法，屬于燃料乙醇制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物質(zhì)能作為可持續(xù)發(fā)展能源，其應(yīng)用發(fā)展空間較大，目前生物質(zhì)能約占能源供應(yīng)的11％，特別是近年來(lái)生物質(zhì)燃料產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，全球迎來(lái)了生物質(zhì)能源發(fā)展的黃金時(shí)期。

生物質(zhì)發(fā)酵制備燃料乙醇技術(shù)是世界各國(guó)廣泛關(guān)注的熱門(mén)課題。一般情況下，發(fā)酵生產(chǎn)的乙醇首先通過(guò)蒸餾將乙醇濃度提高，這個(gè)過(guò)程能耗高、污染大、設(shè)備成本高，并且不能分離恒沸物。

滲透汽化以其設(shè)備簡(jiǎn)單、選擇性好、單級(jí)分離度高、傳質(zhì)速率大、無(wú)污染和易操作、易放大等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為世界研究的熱點(diǎn)，在石油化工、醫(yī)藥、食品和環(huán)境保護(hù)等工業(yè)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)。滲透汽化技術(shù)已經(jīng)在高濃度乙醇脫水方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，但在從低濃度乙醇水溶液中收集乙醇方面仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。這是因?yàn)槟ね颗c分離因子對(duì)乙醇生產(chǎn)成本有很大的影響，有學(xué)者指出，將1～5wt％的乙醇提純至95wt％時(shí)，若要使得膜分離成本降低，分離因子必須達(dá)到20以上，而在目前的研究水平，分離因子僅為12左右。

本發(fā)明用水蒸汽提取固體發(fā)酵乙醇，混合蒸汽中乙醇質(zhì)量百分比可達(dá)20％以上，比一般液態(tài)發(fā)酵乙醇要高。采用蒸汽滲透法分離提取出來(lái)的混合物，通過(guò)優(yōu)先透醇膜，提高乙醇濃度。蒸汽滲透法制備燃料乙醇，其優(yōu)點(diǎn)有能量損耗低、滲透通量大、膜污染小和膜使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適合用于工業(yè)過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種膜分離固態(tài)乙醇的方法，提高分離效率，降低分離成本，減少能耗，避免環(huán)境污染。

所述蒸汽滲透法分離固態(tài)發(fā)酵乙醇的方法包括以下具體步驟：

(1)用不低于150℃的水蒸汽通入固態(tài)發(fā)酵罐中，與固態(tài)發(fā)酵物料隔層加熱，使得物料中的水和乙醇?xì)饣崛〕鰜?lái)的乙醇與水的混合氣溫度不低于90℃；

(2)將乙醇與水的混合氣經(jīng)管道直接進(jìn)入膜分離裝置在透過(guò)側(cè)用真空泵抽取真空，在物料側(cè)保持常壓，使得膜兩側(cè)間有推動(dòng)力。膜分離過(guò)程中溫度不低于80℃。

(3)在透過(guò)側(cè)用冷凝器對(duì)滲透組分進(jìn)行冷凝收集，得到高濃度的乙醇溶液。

所述水蒸汽隔層提取的乙醇-水混合氣中乙醇濃度為20-30wt％。

所述的膜分離裝置由膜組件和優(yōu)先透醇復(fù)合膜組成。優(yōu)先透醇復(fù)合膜是由支撐體和對(duì)乙醇有親和力的活性分離層組成。

所述的支撐體材料為聚酯。

所述的對(duì)乙醇具有選擇性的活性層的膜材料為聚二甲基硅氧烷、聚三甲基硅丙炔、含氟類(lèi)聚合物、聚丙烯、聚丁二烯、丁苯橡膠或丁晴橡膠。其中活性分離層的厚度可根據(jù)實(shí)際需要在20-60μm之間進(jìn)行調(diào)整。

所述的復(fù)合膜的構(gòu)型取決于支撐體的構(gòu)形為管式、卷式、平板或中空纖維式；管式為內(nèi)膜或外膜。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)采用蒸汽滲透法分離固態(tài)發(fā)酵乙醇，分離效率高；

(2)工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易于放大；

(3)降低能耗，無(wú)環(huán)境污染問(wèn)題；

(4)降低成本，解決了燃料乙醇分離的難題，促進(jìn)了生物煉制技術(shù)發(fā)展。

附圖說(shuō)明

圖1是蒸汽滲透法分離固態(tài)發(fā)酵乙醇的工藝流程示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：

1-固體發(fā)酵罐；2-膜分離裝置；3-冷凝系統(tǒng)；4-真空泵；A-水蒸汽；B-乙醇與水的混合氣；C-滲透組分。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種膜分離固態(tài)發(fā)酵乙醇的方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，固體發(fā)酵罐1與膜分離裝置2的物料側(cè)連接，膜分離裝置2的透過(guò)側(cè)與冷凝系統(tǒng)3以及真空泵4連接。膜分離裝置2采用由支撐體和沉積在支撐體表面上的對(duì)乙醇具有選擇性的活性層組成的平板式優(yōu)先透醇膜。支撐體的材料為聚酯；對(duì)乙醇具有選擇性的活性層的材料為聚二甲基硅氧烷，厚度為50μm。

分離乙醇時(shí)，按如下步驟進(jìn)行：

(1)用不低于150℃的水蒸汽A通入固態(tài)發(fā)酵罐1中，與固態(tài)發(fā)酵物料隔層加熱，使得物料中的水和乙醇?xì)饣崛〕鰜?lái)的乙醇與水的混合氣B溫度不低于90℃。

(2)將乙醇與水的混合氣B經(jīng)管道直接進(jìn)入膜分離裝置2，在透過(guò)側(cè)用真空泵4抽取真空，在物料側(cè)保持常壓，使得膜兩側(cè)間有推動(dòng)力。膜分離過(guò)程中溫度不低于80℃。

(3)在透過(guò)側(cè)用冷凝器3對(duì)滲透組分C進(jìn)行冷凝收集，得到高濃度的乙醇溶液。