CN104561123A - 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺 - Google Patents

一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN104561123A
CN104561123A CN201310473961.XA CN201310473961A CN104561123A CN 104561123 A CN104561123 A CN 104561123A CN 201310473961 A CN201310473961 A CN 201310473961A CN 104561123 A CN104561123 A CN 104561123A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ethanol
fermentation
concentration
film device
yeast
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.)
Pending
Application number
CN201310473961.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李云
吴浩
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.)
Changzhou Beihua Qunxing New Material R&d Center Co Ltd
Original Assignee
Changzhou Beihua Qunxing New Material R&d Center Co Ltd
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 Changzhou Beihua Qunxing New Material R&d Center Co Ltd filed Critical Changzhou Beihua Qunxing New Material R&d Center Co Ltd
Priority to CN201310473961.XA priority Critical patent/CN104561123A/zh
Publication of CN104561123A publication Critical patent/CN104561123A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

本发明提供了一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺，以硅橡胶复合膜，利用蒸汽渗透技术，实现发酵-分离的耦合过程，乙醇浓度为111.3g·L-1，渗透侧乙醇浓度达到60wt.％左右。本发明在不影响生物活性的前提下，打破产物乙醇对发酵过程的抑制作用，提高生物质的发酵效率，缩短了发酵周期，提高了发酵强度，同时也提高了反应器的生产能力；在连续发酵过程中可以补加高浓度的料液，有效利用发酵液中大量的生物活性物质，并可以得到清洁高浓度的产物，减少后处理的难度，降低了后期精馏过程的能耗；整个过程降低了生物乙醇的生产成本，易于实现工业化生产。

Description

一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺
技术领域
本发明涉及一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺，属于膜分离技术领域。
背景技术
随着人们对全球性能源危机认识的不断加深及环境保护意识的不断加强，从20世纪70年代中期开始，利用生物技术和可再生资源(生物源)进行乙醇的工业化生产，并以此作为石油能源的替代物成为各国的研究热点。燃料乙醇可替代部分石油能源，发展燃料乙醇有利于缓解石油紧缺的矛盾；燃料乙醇具有和矿物燃料相似的燃烧性能，在汽油内增加乙醇组份，使其含氧量、辛烷值提高，燃烧更加完全，汽车尾气中CO和碳氢化合物排放量可分别降低30.8％和13.4％，其燃烧排放的CO2和生物源生长消耗的CO2几乎等量，减轻了中国面临排放温室气体CO2的压力，具有改善环境质量的意义。
总体上，燃料乙醇是绿色可再生能源，发展燃料乙醇有益于保护环境和实施可持续发展战略，有利于我国经济的持续健康发展，为以可再生能源为基础的生物工业及生物化学工业打下良好的基础。
为了在发酵的过程中移出发酵产生的乙醇，降低产物抑制作用，达到提高原料利用率以及乙醇产率的目的，研究者提出了发酵过程和分离技术相耦合的连续发酵过程，分离技术包括气提法、真空法、萃取法、膜分离法等。如上所提出的膜分离过程与乙醇发酵耦合，均能在一定程度上消除了产物对酵母细胞的抑制作用，提高原料利用率和发酵产率，降低乙醇回收过程中的能耗。但系统长期运转时，渗透通量和分离因子随时间的延长出现下降趋势，不但影响发酵效率，还需定期对膜进行清洗，增加成本，缩短了膜的使用寿命。目前已有研究结果表明，发酵液成分复杂，长期直接与膜表面接触，发酵液中的组分(如酵母细胞、葡萄糖)以及发酵副产物(如琥珀酸、甘油)等对膜的敏感性影响了膜的分离性能和稳定性。因此需要一种新的膜分离技术，减小或避免膜污染的情况，保证发酵与分离过程的长时间稳定进行。
发明内容
本发明的目的是针对上述制备方法的不足，提供一种蒸汽渗透技术分离回收发酵产生的乙醇。
本发明采用的技术方案是：一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺，具体步骤如下：
(1)用70wt.％的乙醇溶液清洗膜组件和管路，以达到灭菌的目的，然后再用灭菌水冲洗以消除残留乙醇对实验的影响，最后用热风吹干膜组件和管路，达到再次灭菌的目的；
(2)配制培养基，A组分为葡萄糖、KH2PO4、MgSO4，浓度分别为400g·L-1、20g·L-1、1.2g·L-1，B组分为酵母膏、(NH4)2SO4，浓度分别为32g·L-1、20g·L-1、C组分CaCl2浓度为0.6g·L-1，放入灭菌锅中高温120℃灭菌，冷却室温后混合均匀；
(3)酵母菌复水活化15-20min；
(4)将步骤(2)的培养基和步骤(3)的酵母菌混合均匀，加蒸馏水配制成发酵液500mL，投入膜器下方，发酵液温度为35℃，发酵19h；
(5)开启真空泵，采用膜器进行蒸汽渗透-乙醇发酵耦合实验49小时；
(6)每隔2h，收集膜后侧收集液，使用阿贝折光仪测定收集液中的乙醇含量；
(7)停止实验，取出膜器中的发酵液，进行抽滤蒸馏等操作，除去酵母菌等杂质，采用阿贝折光仪测定其中的乙醇含量。
本发明的有益效果是：硅橡胶复合膜属于优先透醇膜，且不透过酵母细胞和盐份，对细胞活性不会产生影响，并通过蒸汽渗透的方法，进行生物乙醇的实时在线分离，不但提高乙醇发酵转化率，提高乙醇产量，而且减少了后处理的费用。方法工艺过程简单易行、能耗低、分离速度快、分离效率高、使用周期长，易于实现大规模工业生产。
附图说明
图1是生物质乙醇发酵-蒸汽渗透耦合工艺流程图，其中1为料液罐；2为恒温水浴槽；3为缓冲瓶；4为气体泵；5为转子流量计；6为膜器；7为阀门；8为冷阱；9为真空泵；10为气体分布器；11为N2。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案及其达到的效果做进一步描述，但以下实例不构成对本发明的限定。
实施例1
(1)实验前，用70wt.％的乙醇溶液清洗膜组件和管路，以达到灭菌的目的，然后再用灭菌水冲洗以消除残留乙醇对实验的影响，最后用热风吹干膜组件和管路，达到再次灭菌的目的；
(2)配制培养基，A组分为葡萄糖、KH2PO4、MgSO4，浓度分别为400g·L-1、20g·L-1、1.2g·L-1，B组分为酵母膏、(nH4)2SO4，浓度分别为32g·L-1、20g·L-1、C组分CaCl2浓度为0.6g·L-1，A、B、C组分放入灭菌锅中高温120℃灭菌，冷却室温后混合均匀；
(3)酵母菌复水活化15-20min；
(4)将步骤(2)的培养基和步骤(3)的酵母菌混合均匀，加蒸馏水配制成发酵液500mL，投入膜器下方，发酵液温度为35℃，发酵19h；
(5)开启真空泵，进行原位蒸汽渗透-乙醇发酵耦合实验49小时；
(6)每隔2h，收集膜后侧收集液，使用阿贝折光仪测定收集液中的乙醇含量；
(7)停止实验，取出膜器中的发酵液，进行抽滤蒸馏等操作，除去酵母菌等杂质，采用阿贝折光仪测定其中的乙醇含量。

Claims (4)

1.本发明采用的技术方案是：一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺，包括膜器，发酵罐，PDMS硅橡胶膜，其特征在于，工艺具体步骤如下：
(1)用70wt.％的乙醇溶液清洗膜组件和管路，以达到灭菌的目的，然后再用灭菌水冲洗以消除残留乙醇对实验的影响，最后用热风吹干膜组件和管路，达到再次灭菌的目的；
(2)配制培养基，A组分为葡萄糖、KH2PO4、MgSO4，浓度分别为400g·L-1、20g·L-1、1.2g·L-1，B组分为酵母膏、(NH4)2SO4，浓度分别为32g·L-1、20g·L-1、C组分CaCl2浓度为0.6g·L-1，放入灭菌锅中高温120℃灭菌，冷却室温后混合均匀；
(3)酵母菌复水活化15-20min；
(4)将步骤(2)的培养基和步骤(3)的酵母菌混合均匀，加蒸馏水配制成发酵液500mL，投入膜器下方，发酵液温度为35℃，发酵19h；
(5)开启真空泵，利用膜器进行蒸汽渗透-乙醇发酵耦合工艺分离回收乙醇；
(6)每隔2h，收集膜后侧收集液，使用阿贝折光仪测定收集液中的乙醇含量；
(7)停止实验，取出膜器中的发酵液，进行抽滤蒸馏等操作，除去酵母菌等杂质，采用阿贝折光仪测定其中的乙醇含量。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(5)中所述膜器的型式可以为中空纤维式、卷式、平板式。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(5)中所述的渗透测可以通过抽真空的方式，渗透测真空度为10-30mmHg。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，该技术也可适用于其他的易挥发性产品的分离，如丁醇、丙醇、丙酮、1，3-丙二醇、丁酸和甘油等。
CN201310473961.XA 2013-10-11 2013-10-11 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺 Pending CN104561123A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310473961.XA CN104561123A (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310473961.XA CN104561123A (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104561123A true CN104561123A (zh) 2015-04-29

Family

ID=53078201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310473961.XA Pending CN104561123A (zh) 2013-10-11 2013-10-11 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104561123A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104877889A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 北京化工大学 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN106119296A (zh) * 2016-08-05 2016-11-16 南京工业大学 一种糖蜜乙醇发酵分离耦合方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104877889A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 北京化工大学 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN104877889B (zh) * 2014-02-28 2018-03-09 北京化工大学 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN106119296A (zh) * 2016-08-05 2016-11-16 南京工业大学 一种糖蜜乙醇发酵分离耦合方法
CN106119296B (zh) * 2016-08-05 2019-11-19 南京工业大学 一种糖蜜乙醇发酵分离耦合方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102352381B (zh) 以木糖生产废液制造丙酮、丁醇的方法
CN102251010B (zh) 一种蔗渣高效同步糖化共发酵产乙醇的方法
CN103555387B (zh) 一种生物燃料的制备方法
CN103361166B (zh) 一种微藻直接液化制备生物燃油的方法
Sasaki et al. Repeated ethanol production from sweet sorghum juice concentrated by membrane separation
CN103695475B (zh) 一种利用膜分离技术原位分离乙醇的方法
CN1186450C (zh) 生物质发酵与膜渗透汽化制备无水乙醇的方法
CN104877889B (zh) 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN104561123A (zh) 一种生物质发酵-蒸汽渗透膜耦合生产乙醇的工艺
CN103421850A (zh) 一种利用丰富栅藻生产生物乙醇的方法
CN104498544A (zh) 利用微藻发酵生产生物柴油的方法
CN103589758B (zh) 一种以五倍子单宁为原料利用发酵分离耦合技术制备没食子酸的方法
CN101532038A (zh) 一种利用植物秸秆制备燃料乙醇的方法
CN105483169A (zh) 一种利用地沟油酶法生产脂肪酸的方法
Islam et al. Fermentation of detoxified acid-hydrolyzed pyrolytic anhydrosugars into bioethanol with Saccharomyces cerevisiae 2.399
KR20110116945A (ko) 미세조류 배양에 의한 바이오디젤 및 발효산물 생산 방법 및 장치
RU2014151418A (ru) Получение ферментов для лигноцеллюлозной биомассы
CN102367459B (zh) 米根霉ty gf1及其全细胞催化蚕蛹油制备生物柴油的应用
CN201545830U (zh) 一种秸秆纤维乙醇生产成套设备
AU2014321058B2 (en) Ethanol fermentation method with surfactant improvement
CN102070400A (zh) 一种膜分离固态发酵乙醇的方法
CN105779507A (zh) 一种聚乙烯基三乙氧基硅烷膜蒸汽渗透膜脱除发酵液中乙醇的工艺
CN102757984B (zh) 一种生物质发酵耦合渗透汽化分离生产丁醇的方法
CN101358213B (zh) 一种利用废纸浆发酵生产能源酒精的方法
CN102181510B (zh) 一种汽爆杨树树干和树枝及发酵产乙醇的工艺方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150429