CN101941888B - 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法 - Google Patents

秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101941888B
CN101941888B CN200910088100.3A CN200910088100A CN101941888B CN 101941888 B CN101941888 B CN 101941888B CN 200910088100 A CN200910088100 A CN 200910088100A CN 101941888 B CN101941888 B CN 101941888B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
distillation
distillation tower
liquid
fermentation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN200910088100.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101941888A (zh
Inventor
陈洪章
王岚
马保华
生晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Songyuan Laihe Chemicals Co., Ltd.
Institute of Process Engineering of CAS
Original Assignee
Songyuanhe Chemical Co ltd
Institute of Process Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Songyuanhe Chemical Co ltd, Institute of Process Engineering of CAS filed Critical Songyuanhe Chemical Co ltd
Priority to CN200910088100.3A priority Critical patent/CN101941888B/zh
Publication of CN101941888A publication Critical patent/CN101941888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101941888B publication Critical patent/CN101941888B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明涉及的秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法，步骤如下：以秸秆酸稀酸水解液作为碳源，玉米浸液和淀粉乳作为营养物质，利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium.acetobutylicum)发酵得到1.8％～2.3％的总溶剂；发酵醪液经过正压塔和负压塔进行粗蒸馏，塔顶得到45％～55％的总溶剂。本发明利用廉价的秸秆发酵生产丁醇，降低了原料的成本；发酵液粗馏过程采用差压蒸馏，蒸汽量消耗量仅占传统粗馏塔的50％，降低了溶剂分离的生产能耗，具有良好的经济效益。

Description

秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法
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CN 1880435A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，本发明采用负压蒸馏塔和正压蒸馏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，即采用负压蒸馏塔和正压蒸馏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蒸馏塔1和正压蒸馏塔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，最后分别从负压蒸馏塔塔1和正压蒸馏塔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。正压蒸馏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℃；负压蒸馏塔所用热能由正压蒸馏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℃；负压蒸馏塔塔顶部连接真空泵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为负压蒸馏塔；2为正压蒸馏塔；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
玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3％的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为1∶5，在135℃下水解2h，利用螺旋挤压机进行固体和液体分离，液体经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根离子，得到五碳糖浓度为4-6％的秸秆稀酸水解液；将闪蒸后的玉米浸膏(其中的亚硫酸的浓度为0.05g/L)和玉米淀粉乳以1∶1的比例混合作为营养物质，补加到秸秆稀酸水解液中作为发酵培养基，营养物质和稀酸水解液的比例为1∶10；用NaOH调节发酵培养基至pH6.5，灭菌后接入8％的丙酮丁醇种子液，35℃下厌氧发酵4d得到总溶剂含量为2％的发酵醪；将发酵醪液经过醪液热交换器3与负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔2底排出的100℃的废醪混合液进行热交换，预热后的温度为95℃的发酵醪分别进入负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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分别从负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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，其余蒸馏出的溶剂的浓度为50％，通过管道c送到丁醇塔中进行精馏；正压蒸馏塔的塔底温度为125℃，塔顶温度115℃，负压蒸馏塔的塔底温度为100℃，塔顶温度90℃，塔顶压力0.08Mpa。
实施例2
小麦秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3％的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为1∶5，在135℃下水解2h，利用螺旋挤压机进行固体和液体分离，液体经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根离子，得到五碳糖浓度为4-10％的秸秆稀酸水解液；将闪蒸后的玉米浸膏(其中的亚硫酸的浓度为0.05g/L)和玉米淀粉乳以1∶1的比例混合作为营养物质，补加到秸秆稀酸水解液中作为发酵培养基，营养物质和稀酸水解液的比例为1∶5；用NaOH调节发酵培养基至pH6.5，灭菌后接入8％的丙酮丁醇种子液，35℃下厌氧发酵4d得到总溶剂含量为2.2％的发酵醪；将发酵醪液经过醪液热交换器3与负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔2底排出的100℃的废醪混合液进行热交换，预热后的温度为95℃的发酵醪分别进入负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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分别从负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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，其余蒸馏出的溶剂的浓度为55％，通过管道c送到丁醇塔中进行精馏；正压蒸馏塔的塔底温度为125℃，塔顶温度115℃，负压蒸馏塔的塔底温度为100℃，塔顶温度90℃，塔顶压力0.08Mpa。
实施例3
水稻秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3％的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为1∶5，在135℃下水解2h，利用螺旋挤压机进行固体和液体分离，液体经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根离子，得到五碳糖浓度为4-10％的秸秆稀酸水解液；将闪蒸后的玉米浸膏(其中的亚硫酸的浓度为0.05g/L)和小麦淀粉乳以1∶1的比例混合作为营养物质，补加到秸秆稀酸水解液中作为发酵培养基，营养物质和稀酸水解液的比例为1∶5；用NaOH调节发酵培养基至pH6.5，灭菌后接入8％的丙酮丁醇种子液，35℃下厌氧发酵4d得到总溶剂含量为2.2％的发酵醪；将发酵醪液经过醪液热交换器3与负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔2底排出的100℃的废醪混合液进行热交换，预热后的温度为95℃的发酵醪分别进入负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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分别从负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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，其余蒸馏出的溶剂的浓度为55％，通过管道c送到丁醇塔中进行精馏；正压蒸馏塔的塔底温度为125℃，塔顶温度115℃，负压蒸馏塔的塔底温度为100℃，塔顶温度90℃，塔顶压力0.08Mpa。
实施例4
玉米秸秆经粉碎后送入水解罐中，加入0.3％的稀硫酸，秸秆和稀硫酸的比为1∶5，在135℃下水解2h，利用螺旋挤压机进行固体和液体分离，液体经过DSAV型电渗析装置、碱性阴离子树脂交换装置脱去其中的酸根离子，得到五碳糖浓度为4-10％的秸秆稀酸水解液；将闪蒸后的玉米浸膏(其中的亚硫酸的浓度为0.05g/L)和稻谷淀粉乳以1∶1的比例混合作为营养物质，补加到秸秆稀酸水解液中作为发酵培养基，营养物质和稀酸水解液的比例为1∶5；用NaOH调节发酵培养基至pH6.5，灭菌后接入8％的丙酮丁醇种子液，35℃下厌氧发酵4d得到总溶剂含量为2.2％的发酵醪；将发酵醪液经过醪液热交换器3与负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔2底排出的100℃的废醪混合液进行热交换，预热后的温度为95℃的发酵醪分别进入负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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分别从负压蒸馏塔1和正压蒸馏塔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，其余蒸馏出的溶剂的浓度为45％，通过管道c送到丁醇塔中进行精馏；正压蒸馏塔的塔底温度为125℃，塔顶温度115℃，负压蒸馏塔的塔底温度为100℃，塔顶温度90℃，塔顶压力0.08Mpa。

Claims (4)

1.一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法，其特征是，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；发酵醪液通过管道(a)进入醪液热交换器(3)与负压蒸馏塔(1)和正压蒸馏塔(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蒸馏塔(1)和正压蒸馏塔(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，最后分别从负压蒸馏塔塔(1)和正压蒸馏塔(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。
2.根据权利要求1所述的一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇方法，其特征在于所述的负压蒸馏塔的塔底温度为90℃～100℃，塔顶温度80℃～90℃，塔顶压力0.07MPa～0.09MPa。
3.根据权利要求1所述的一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇方法，其特征在于所述的负压蒸馏塔的热能由正压蒸馏塔顶部的粗溶剂蒸汽提供。
4.根据权利要求1所述的一种秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇方法，其特征在于所述的正压蒸馏塔的塔底温度115℃～125℃，塔顶温度105℃～115℃。
CN200910088100.3A 2009-07-06 2009-07-06 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法 Expired - Fee Related CN101941888B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910088100.3A CN101941888B (zh) 2009-07-06 2009-07-06 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN200910088100.3A CN101941888B (zh) 2009-07-06 2009-07-06 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101941888A CN101941888A (zh) 2011-01-12
CN101941888B true CN101941888B (zh) 2014-11-05

Family

ID=43434127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN200910088100.3A Expired - Fee Related CN101941888B (zh) 2009-07-06 2009-07-06 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101941888B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060390A (zh) * 2012-08-29 2013-04-24 太仓市茂通化建有限公司 一种利用玉米秸秆水解液燃料丁醇的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397236A (zh) * 2008-11-19 2009-04-01 河北工业大学 分离乙醇、丙酮和丁醇发酵醪液的精馏工艺方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE59404565D1 (de) * 1993-07-08 1997-12-18 Basf Ag Verfahren zur Durchführung von destillativen Trennungen in diskontinuierlicher Betriebsweise

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101397236A (zh) * 2008-11-19 2009-04-01 河北工业大学 分离乙醇、丙酮和丁醇发酵醪液的精馏工艺方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平7-136403A 1995.05.30 *
发酵丁醇蒸馏的能耗分析和改进;柏新强;《化学世界》;19841231(第7期);256-260 *
柏新强.发酵丁醇蒸馏的能耗分析和改进.《化学世界》.1984,(第7期),256-260. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101941888A (zh) 2011-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108103112B (zh) 一种以玉米淀粉质为原料生产燃料乙醇的工艺
CN101648847B (zh) 燃料乙醇与食用酒精复合工艺
Kang et al. Energy-efficient production of cassava-based bio-ethanol
CN101538588B (zh) 玉米酒精生产液化工艺与酒糟清液浓缩工艺耦合技术
CN102286544A (zh) 一种淀粉基燃料乙醇的清洁生产方法
CN107974467A (zh) 一种以淀粉质和木质纤维素为原料生产燃料乙醇的工艺
CN101191136A (zh) 黄姜提取皂素联产燃料乙醇的清洁生产工艺
CN110698325A (zh) 一种联产燃料乙醇和特级食用酒精的生产装置及其工艺
CN1644703A (zh) 燃料乙醇生产方法
CN106399388B (zh) 一种利用酒糟清液加玉米生产酒精的加工方法
CN106434769B (zh) 一种利用木薯渣加糖蜜生产酒精的加工方法
CN103509828B (zh) 一种以木薯渣为原料协同糖化发酵制备乙醇的方法
CN205501321U (zh) 一种淀粉质原料液化糖化余热回收设备
CN101941888B (zh) 秸秆稀酸水解液发酵及差压蒸馏丁醇的方法
CN101717802B (zh) 生物乙醇节能生产方法
CN107384974A (zh) 一种以木薯淀粉加工废弃物生产乙醇的方法
CN101497555B (zh) 生物丁醇生产方法及设备
CN113667700B (zh) 混合原料发酵生产乙醇的方法和系统
WO2015085012A1 (en) Methods and systems for production of bioproducts
CN2910939Y (zh) 一种乙醇生产装置
CN101487028A (zh) 一种马铃薯渣生产乙醇的方法
CN101074445A (zh) 利用提取色素后的紫甘薯薯渣制取无水酒精的方法
CN202173793U (zh) 以离心清液为循环介质的酒精醪塔再沸系统
CN101942482A (zh) 一种用于丁醇发酵培养基的制备方法
CN102174590B (zh) 一种玉米连续固态发酵-产物气提耦合分离的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: SONGYUAN LAIHE CHEMICAL CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: HONG KONG LAIHE BIOTECHNOLOGY CO., LTD.

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20110324

Address after: 100190 Beijing, Zhongguancun, north of No. two, No. 1, No.

Applicant after: Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences

Co-applicant after: Songyuan Laihe Chemicals Co., Ltd.

Address before: 100190 Beijing, Zhongguancun, north of No. two, No. 1, No.

Applicant before: Institute of Process Engineering, Chinese Academy of Sciences

Co-applicant before: Hongkong Laihe Biotechnology Co., Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20141105

Termination date: 20150706

EXPY Termination of patent right or utility model