CN109796307B - 基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法及设备，包括以下步骤：含有乙醇的发酵醪液粗馏过滤TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液；所述粗蒸馏液采用超滤膜过滤掉蛋白质等少量悬浮杂质，得到乙醇水溶液清液；所述乙醇水溶液清液采用中空纤维渗透汽化膜脱水，利用本发明独创的中空纤维渗透汽化膜完全取代了精馏和吸附等耗能工段，使脱水能耗大大地降低，具有能耗低、设备投资低、乙醇生产成本低，环境影响小，占地少，以及设备使用寿命久的优势。

Description

基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备及方法

技术领域

本发明涉及乙醇脱水领域，特别涉及一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备及方法。

背景技术

生物乙醇，是指通过微生物的发酵将各种生物质转化为燃料酒精，它可以单独地或与汽油混配制成乙醇汽油作为汽车燃料，这种可再生能源是未来用于替换石油的能源之一。

目前，生物发酵是制备燃料乙醇的主要方法之一，主要是通过对谷物、薯类以及糖质原料的发酵、蒸馏连续生产乙醇，但通过简单蒸馏产生的乙醇浓度不超过96％(V/V)，而作为汽油、柴油有效添加剂的燃料乙醇中的乙醇含量须不低于99.5％(W/W)，生物发酵法的核心技术是发酵技术和提纯技术，在其中，生物乙醇提纯的能耗和成本占整个生产过程的60-80％。由于乙醇和水在95/5wt％的比例会形成共沸，目前，乙醇脱水主要工艺有粗馏+精馏+共沸精馏，粗馏+精馏+分子筛吸附，粗馏+精馏+渗透汽化。这些方案存在诸多的缺陷：(1)共沸精馏方案是在两组分恒沸液中加入第三组分(称为夹带剂),以改变原溶液中各组分间的相对挥发度而实现分离。这种工艺的主要问题是运行能耗非常高，且会引入第三项杂质，并且也会对环境造成很大的危害。(2)精馏+分子筛吸附方案是先由精馏塔内将乙醇提纯到95％的近共沸点，再利用沸石等吸附剂对溶剂中剩余的水进行选择性吸附，而后变温变压脱附的过程而实现分离。这种工艺的主要问题是运行能耗高，分离度低，占地面积大，控制复杂。(3)精馏+渗透汽化方案是先由精馏塔将乙醇提纯到90-95％，再利用膜对液体混合物中各组分的溶解性差异，以及各组分在膜中的不同的扩散速度从而达到分离目的。然而由于目前市场上的渗透汽化膜的局限性，这种工艺依然严重依赖精馏塔的提纯工艺，水含量高和杂质多的情况会导致渗透汽化膜的失效。精馏由于其高回流比，是能耗非常高的一个工艺。因此精馏+渗透汽化方案在实际生产中也得不到广泛的应用。

比如中国专利CN104341268B提供一种燃料乙醇连续脱水的方法，该方法利用精馏和蒸汽渗透耦合连续分析乙醇和水，但是其还是对精馏工艺提出了很高的要求，且渗透膜也容易失效，在实际应用中依旧存在很多的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备及方法，其为一种全新的生物乙醇提纯工艺，完全取代了精馏和吸附等耗能工段，使脱水能耗大大地降低，具有能耗低、设备投资低、乙醇生产成本低，环境友好，占地少，以及设备使用寿命久的优势。

为了实现以上任一发明目的，

相较现有技术，本发明的有益效果为：

1、采用超滤和渗透汽化的工艺来取代传统的精塔蒸馏和吸附等耗能工艺，极大程度地降低了生产能耗的浪费，降低设备投资成本，进而降低乙醇生产成本，运行成本较传统工艺降低50％以上。

2、采用独创的中空纤维渗透汽化膜，所述中空纤维渗透汽化膜的通量和截留率高，通量可达到交联聚乙烯醇膜的5-10倍，无机膜的2-5倍，从而使得所述中空纤维渗透汽化膜的处理能力被大幅度地提高，分离水的效能高，可分离得到乙醇含量高于99.5％(W)的无水乙醇。

3、中空纤维渗透汽化膜的透水性强，中空纤维渗透汽化膜形成外层保护层，外层保护层亲水性高，有效克服膜丝溶胀的问题，进而保障所述中空纤维渗透汽化膜的分离效率和长期稳定性；所述中空纤维渗透汽化膜使得外层保护层和内层支撑层达到良好的“半相容”的状态，保证所述中空纤维渗透汽化膜的分离效率的同时保证其结构稳定性，从而提高该生物乙醇脱水设备的使用寿命。

4、该基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备节省占地和空间，投资回报率高，对环境影响极小。

附图说明

图1是根据本发明的一实施例的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备的设备示意图。图中：1-粗馏单元，2-超滤单元，3-渗透汽化单元。

图2是根据本发明的一实施例的陶瓷超滤膜的表面结构形态图。

图3和图4是根据本发明的一实施例的有机超滤膜的表面结构和界面示意图。

图5和图6是根据本发明的一实施例的中空纤维渗透汽化膜的截面示意图。

图7是根据本发明的一实施例的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备的使用效果图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

本发明提供一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，取代传统工艺的精塔蒸馏和吸附等耗能工段，取而代之，采用超滤和渗透汽化的方式进行生物乙醇脱水，且本发明采用独创的中空纤维渗透汽化膜来进行渗透汽化，该中空纤维渗透汽化膜的通量和截留率高，通量可达到交联聚乙烯醇膜的5-10倍，无机膜的2-5倍；所述中空纤维渗透汽化膜组成的膜组件填装面积大，单位体积下可达到板框式膜组件的5倍以上，管式膜组件的20倍以上；且所述中空纤维渗透汽化膜形成外层保护层，外层保护层亲水性高，有效克服膜丝溶胀的问题，进而保障所述中空纤维渗透汽化膜的分离效率和长期稳定性。

该中空纤维渗透汽化膜的制备：

步骤1：配制内层铸膜液、外层铸膜液以及芯液，所述内层铸膜液、所述外层铸膜液和所述芯液通过喷丝口形成中空管状液膜；

步骤2：所述中空管状液膜经过空气间隙后进入凝固浴池被相变凝固，得到中空纤维膜丝；以及

步骤3：处理所述中空纤维膜丝，得到中空纤维渗透汽化膜。

其中在所述步骤S3当中可以选择：

步骤S31:依次用水、置换液和微孔保护液对所述中空纤维丝进行浸泡，随后在空气中晾干。

也可以选择：冻干所述中空纤维膜丝。

另外，在制备过程当中，优选控制内层铸膜液的流速为(0.1-30ml/min)，外层铸膜液流速(0.1-30ml/min)，芯液流速(0.1-30ml/min)，芯液和铸膜液温度(5-80摄氏度)，喷丝头温度(5-80摄氏度)，绕丝轮速度(1-50m/min)，凝固池温度(5-80摄氏度)，这样的制备条件控制使得本发明得到的中空纤维渗透汽化膜相较其他膜有更好的性能。

其中所述外层铸膜液包括亲水性高分子和溶剂，其中所述亲水性高分子包括但不限于磺化聚砜，磺化聚苯砜，磺化聚醚砜，磺化聚酰胺和磺化聚酰亚胺，聚乙烯醇，聚氧乙烯，纤维素，纤维素乙酸酯，水解聚丙烯腈，聚乙烯吡咯烷酮，壳聚糖，聚醚胺以及聚乙烯亚胺；所述溶剂包括但不限于n-甲基-2-吡咯烷酮，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，四氢呋喃，二氯甲烷，三氯甲烷；

其中所述内层铸膜液包括聚合物高分子、溶剂和助剂，其中所述聚合物高分子包括但不限于聚砜，聚醚砜，聚苯砜，聚酰胺，聚酰亚胺，聚酰胺-酰亚胺，聚偏二氟乙烯，聚四氟乙烯，聚丙烯晴，聚丙烯，聚碳酸酯，聚苯并咪唑，聚氨酯；所述溶剂包括但不限于n-甲基-2-吡咯烷酮，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，四氢呋喃，二氯甲烷，三氯甲烷；以及所述助剂包括但不限于聚乙二醇，乙二醇，丙三醇，聚乙烯吡咯烷酮，水，乙醇，丙酮，氯化锂，溴化锂，氯化钙；

其中所述芯液包括溶剂、非溶剂和助剂，其中所述助剂包括但不限于聚乙二醇，乙二醇，丙三醇，聚乙烯吡咯烷酮，乙醇，丙酮，正丁醇，其中所述溶剂包括但不限于n-甲基-2-吡咯烷酮，N,N-二甲基乙酰胺，二甲基甲酰胺，二甲基亚砜，四氢呋喃，二氯甲烷，三氯甲烷，所述非溶剂为水。

所述中空纤维渗透汽化膜的结构：

如图5和图6所示，传统的中空纤维渗透汽化膜从内向外依次形成传统内层支撑层、传统过渡支撑层以及传统选择性分离层，也就是说，此时传统选择性分离层位于传统中空纤维渗透汽化膜的最外层，在实际应用中就容易出现分离层溶胀、化学分解和物理破坏等问题，进而破坏渗透汽化膜的膜结构完整性，降低分离效率。而本发明提供的中空纤维渗透汽化膜由内到外依次形成内层支撑层、选择性分离层以及外层保护层，也就是说，此时选择性分离层位于所述外层保护层内被保护，所述外层保护层具有良好的亲水性，而避免化学性和物理性破环等问题。本发明提供的中空纤维渗透汽化膜的该中空结构是通过控制内层铸膜液和外层铸膜液的配方达到的，如果内外层的相容性很好，那么中间选择性分离层则形成不了，如果内外层的相容性太差，那么内外层会出现脱层剥离的现象，分离效果和稳定性则会很差。本发明人在尝试了多组配方，最终确定了一系列的内层铸膜液和外层铸膜液的配方，可以使得内外层达到“半相容”的理想状态，实际得到的中空纤维渗透汽化膜的截面图如图5所示。

其中所述中空纤维渗透汽化膜的性能参数：膜外径为0.8-1.5mm,内径为0.5-1.2mm,壁厚为0.1-0.2mm。

具体的选择系列配方如下所示：

第一组配方：外层铸膜液配方：磺化聚苯砜和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述磺化聚苯砜的质量比在10-35％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在65-90％，其中二者配方合起来比例为100％；

内层铸膜液配方：聚苯砜、乙二醇和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚苯砜的质量比在10-30％，所述乙二醇的质量比在2-20％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在50-88％，其中三者配方合起来比例为100％；

芯液配方：n-甲基-2-吡咯烷酮、水和乙二醇，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99％,所述水的质量比在1-4％，所述乙二醇的质量比在0-10％，其中三者配方合起来比例为100％。

第二组配方：

所述外层铸膜液：纤维素乙酸酯和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述纤维素乙酸酯的质量比在1-15％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在85-99％，其中二者配方合起来比例为100％；

所述内层铸膜液：聚醚酰亚胺、聚乙二醇和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚苯砜的质量比在10-30％，所述聚乙二醇的质量比在1-10％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在60-89％，其中三者配方合起来比例为100％；

所述芯液：n-甲基-2-吡咯烷酮、水和聚乙二醇，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99％,所述水的质量比在1-40％，所述聚乙二醇的质量比在0-10％，其中三者配方合起来比例为100％。

外层铸膜液配方：纤维素乙酸酯乙酸酯和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述纤维素乙酸酯乙酸酯的质量比在1-15％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在85-99％，其中二者配方合起来比例为100％；

内层铸膜液配方：聚醚酰亚胺、乙醇和n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚苯砜的质量比在10-30％，所述乙醇的质量比在1-10％之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比在60-89％，其中三者配方合起来比例为100％；

芯液配方：n-甲基-2-吡咯烷酮、水和聚乙二醇，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99％,所述水的质量比在1-40％，所述聚乙二醇的质量比在0-10％，其中三者配方合起来比例为100％。

基于该中空纤维渗透汽化膜，本发明提供一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，所述生物乙醇脱水设备依次包括粗馏单元1，超滤单元2和渗透汽化单元3，其中所述粗馏单元1，所述超滤单元2和所述渗透汽化单元3依次连接，含有5-15％乙醇的发酵醪先经过所述粗馏单元1以过滤主要悬浮物TSS,重组分杂质和部分水，其中TSS是指水样通过孔径为0.45μm的滤膜截留在滤膜上并于103～105℃烘干至恒重的固体物质，经过所述粗馏单元1得到含有乙醇30％-50％的粗蒸馏液，该粗蒸馏液呈现半透明状，其中含有少量的蛋白质等悬浮杂质，该粗蒸馏液进而通过所述超滤单元2而除去该部分悬浮杂质，得到含有乙醇30％-50％的乙醇水溶液清液，所述乙醇水溶液清液经过所述渗透汽化单元3脱水浓缩，其中所述渗透汽化单元包括本发明的中空纤维渗透汽化膜，具有超高的滤水性，将乙醇浓度浓度到99.5％以上。

具体而言，所述发酵醪液由顶部进料口通入粗馏单元，TSS固体悬浮物和重组分杂质经过塔板流入粗馏单元底部，而轻组分的水和乙醇在减压升温等环境下汽化蒸馏至塔顶采出，该粗馏单元底部采出TTS，重组分杂质和部分水，该采出液可用作加工饲料，从而最大限度地利用资源，做到资源最大化利用。

所述超滤单元2包括超滤膜以及配套的输送泵，压力阀门，压力感应元件和管件等，所述输送泵和压力阀门可使输送的乙醇水溶液产生0.1-3bar的压力，所述超滤膜包括无机陶瓷膜和有机膜，所述超滤膜选自中空纤维膜，板式膜，单通道管式膜或者多通道管式膜，所述超滤膜的孔径为0.01-0.2微米，在上述压力下，由上述粗馏单元顶部采出的乙醇水溶液透过超滤膜，而蛋白质等少量悬浮杂质被超滤膜截留,所述超滤膜应为耐温耐溶剂膜。

在本发明的一实施例中，所述超滤膜选择为陶瓷超滤膜，所述陶瓷超滤膜的表面结构形态如图2所示，该陶瓷超滤膜的孔径为0.05-0.2微米，高温耐受达120℃，且耐酸碱耐溶剂。

在本发明的另一实施例中，所述超滤膜选择为有机超滤膜，所述有机超滤膜的表面结构和界面形态如图3和图4所示，该有机超滤膜为中空纤维膜，孔径为0.01-0.05微米，可操作温度达80℃，且在醇类溶剂中仍可保持很高的分离性能。

所述渗透汽化膜单元3包括本发明独创的中空纤维渗透汽化膜以及配套的输送泵，加热器，产品冷凝器，渗透液冷凝器，真空泵，产品储罐，渗透液储罐。其操作过程为：所述超滤单元得到的乙醇水溶液清液通过输送泵到达加热器加热至设定温度后，进入渗透汽化膜组件，水分子优先吸附在渗透汽化膜表面，在渗透汽化膜表面形成一层水膜，并渗透穿过渗透汽化膜，进入真空一侧，并在渗透液冷凝器中液化，而乙醇分子被渗透汽化膜截留而浓缩，在产品冷凝器中降温后，进入产品储罐。渗透汽化的原理是水分子优先吸附在渗透汽化膜表面形成一层水膜，并且以较快的速度渗透到渗透汽化膜的另一侧，从而实现与乙醇的分离。该中空纤维渗透汽化膜浓缩含有乙醇40％-50％的乙醇清液，高效脱水，得到乙醇浓度浓度到99.5％以上的无水乙醇。

所述生物乙醇脱水设备中的所述粗馏单元1，所述超滤单元2以及所述渗透汽化膜单元3之间为串联，其中各单元之间设置有缓冲罐，所述缓冲罐的作用是调节和适配下一单元所需的压力温度等操作条件。对应地，本发明提供一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，包括以下步骤：

(1)含有乙醇的发酵醪液粗馏过滤TSS，重组分杂质和水，得到粗蒸馏液；

(2)所述粗蒸馏液采用超滤膜超滤掉少量悬浮杂质，得到乙醇清液；

(3)所述乙醇清液采用中空纤维渗透汽化膜脱水浓缩，得到无水乙醇。

其中，步骤(1)中，所述发酵缪液为含有5-15％乙醇的发酵缪液，粗馏得到的所述粗蒸馏液中含有乙醇30％-50％，由于该粗蒸馏液中含有少量的蛋白质等悬浮杂质，所述粗蒸馏液呈现不透明乳状。

步骤(2)中，选择超滤膜进行超滤，以超滤掉所述粗蒸馏液中的蛋白质等悬浮杂质，得到含有乙醇30％-50％的乙醇清液，该超滤膜的孔径为0.05-2微米。

步骤(3)中，采用的中空纤维渗透汽化膜采用以上提及的方法制备得到，所述中空纤维渗透汽化膜膜外径为0.8-1.5mm,内径为0.5-1.2mm,壁厚为0.1-0.2mm，且由膜内至膜外依次形成内层支撑层，选择分离层以及外层保护层，其中所述选择分离层置于所述内层支撑层和所述外层保护层之间，所述外层保护层具有亲水性。

实施例1：

某纤维素乙醇生产企业的粗蒸馏液14.5kg，水含量35wt％，浊度为500-600NTU。

步骤一：用有机超滤膜过滤，控制条件为压力0.5-1bar，温度50℃，得到水含量为35％的乙醇清液，浊度小于1NTU，膜通量为200-300LMH。

步骤二：用中空纤维渗透汽化膜对得到的乙醇清液做脱水，试验温度:70℃。最终得到产品纯度为99.54wt％，一次收率为96.4％，以产品计的处理量为3.5kg/(m2h)。

实施例2：

某生物乙醇生产企业的粗蒸馏液10.35kg，水含量50wt％，浊度为1000NTU。

步骤一：用陶瓷超滤膜过滤，控制条件为压力0.1-0.2bar，温度为60℃，得到水含量为50％的乙醇清液，浊度小于1NTU，膜通量为150-200LMH。

步骤二：用中空纤维渗透汽化膜对得到的乙醇清液做脱水，试验温度:52-62℃。最终得到产品纯度为99.46wt％，一次收率为94.5％，以产品计的处理量为1.7kg/(m2h)。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，其特征在于，包括：

（1） 含有乙醇的发酵醪液经过粗馏蒸馏去除TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液；

（2） 所述粗蒸馏液采用超滤膜过滤掉蛋白质类悬浮杂质，得到乙醇水溶液清液；

（3） 所述乙醇水溶液清液采用中空纤维渗透汽化膜进行脱水，得到乙醇含量大于99.5%的无水乙醇，其中所述中空纤维渗透汽化膜由膜内至膜外依次形成内层支撑层，选择分离层以及外层保护层，其中所述选择分离层置于所述内层支撑层和所述外层保护层之间，所述外层保护层具有亲水性，

其中中空纤维渗透汽化膜的制备过程如下：步骤1：配制内层铸膜液、外层铸膜液以及芯液，所述内层铸膜液、所述外层铸膜液和所述芯液通过喷丝口形成中空管状液膜；步骤2：所述中空管状液膜经过空气间隙后进入凝固浴池被相变凝固，得到中空纤维膜丝；以及步骤3：处理所述中空纤维膜丝，得到中空纤维渗透汽化膜；

其中所述外层铸膜液为磺化聚苯砜和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述磺化聚苯砜的质量比为10-35%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为65-90%，其中二者配方合起来比例为100%；

所述内层铸膜液为聚苯砜、乙二醇和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚苯砜的质量比为10-30%，所述乙二醇的质量比为2-20%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-88%，其中三者配方合起来比例为100%；

所述芯液为n-甲基-2-吡咯烷酮、水和乙二醇的混合液，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99%,所述水的质量比为1-4%，所述乙二醇的质量比为0-10 %，其中三者配方合起来比例为100%。

2.一种基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，其特征在于，包括：

（1） 含有乙醇的发酵醪液经过粗馏蒸馏去除TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液；

（2） 所述粗蒸馏液采用超滤膜过滤掉蛋白质类悬浮杂质，得到乙醇水溶液清液；

（3） 所述乙醇水溶液清液采用中空纤维渗透汽化膜进行脱水，得到乙醇含量大于99.5%的无水乙醇，其中所述中空纤维渗透汽化膜由膜内至膜外依次形成内层支撑层，选择分离层以及外层保护层，其中所述选择分离层置于所述内层支撑层和所述外层保护层之间，所述外层保护层具有亲水性；

其中中空纤维渗透汽化膜的制备过程如下：步骤1：配制内层铸膜液、外层铸膜液以及芯液，所述内层铸膜液、所述外层铸膜液和所述芯液通过喷丝口形成中空管状液膜；步骤2：所述中空管状液膜经过空气间隙后进入凝固浴池被相变凝固，得到中空纤维膜丝；以及步骤3：处理所述中空纤维膜丝，得到中空纤维渗透汽化膜；

其中所述外层铸膜液为纤维素乙酸酯和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述纤维素乙酸酯的质量比为1-15%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为85-99%，其中二者配方合起来比例为100%；

所述内层铸膜液为聚醚酰亚胺、聚乙二醇和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚醚酰亚胺的质量比为10-30%，所述聚乙二醇的质量比为1-10%之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为60-89%，其中三者配方合起来比例为100%；

所述芯液为n-甲基-2-吡咯烷酮、水和聚乙二醇的混合液，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99%,所述水的质量比为1-40%，所述聚乙二醇的质量比为0-10%，其中三者配方合起来比例为100%。

3.根据权利要求1或2任一所述的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，其特征在于，所述超滤膜为无机陶瓷膜或者有机膜，当所述超滤膜选自中空纤维膜，板式膜，单通道管式膜或者多通道管式膜时，所述超滤膜的孔径为0.01-0.2微米。

4.根据权利要求1或2任一所述的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，其特征在于，所述中空纤维渗透汽化膜的膜外径为0.8-1.5 mm, 内径为0.5-1.2mm,壁厚为0.1-0.2mm。

5.根据权利要求3所述的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水方法，其特征在于，当所述超滤膜为陶瓷超滤膜时，所述陶瓷超滤膜的孔径为0.05-0.2微米。

6.基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，其特征在于，包括：

粗馏单元，超滤单元和渗透汽化单元，

其中所述粗馏单元，所述超滤单元和所述渗透汽化单元依次连接，含有乙醇的发酵醪先经过所述粗馏单元以过滤悬浮物TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液，所述粗蒸馏液含有30-50%的乙醇，水和少量蛋白质类悬浮杂质，所述粗蒸馏液通过所述超滤单元除去蛋白质类悬浮杂质，得到乙醇和水清液，所述乙醇和水清液经过所述渗透汽化单元脱水浓缩，得到乙醇含量大于99.5%的无水乙醇；

其中所述超滤单元包括超滤膜，所述超滤膜为无机陶瓷膜或者有机膜，所述超滤膜选自中空纤维膜，板式膜，单通道管式膜或者多通道管式膜；

其中所述渗透汽化单元包括中空纤维渗透汽化膜，所述中空纤维渗透汽化膜由膜内至膜外依次形成内层支撑层，选择分离层以及外层保护层，其中所述选择分离层置于所述内层支撑层和所述外层保护层之间，所述外层保护层具有亲水性；

其中中空纤维渗透汽化膜的制备过程如下：步骤1：配制内层铸膜液、外层铸膜液以及芯液，所述内层铸膜液、所述外层铸膜液和所述芯液通过喷丝口形成中空管状液膜；步骤2：所述中空管状液膜经过空气间隙后进入凝固浴池被相变凝固，得到中空纤维膜丝；以及步骤3：处理所述中空纤维膜丝，得到中空纤维渗透汽化膜；

其中所述外层铸膜液为磺化聚苯砜和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述磺化聚苯砜的质量比为10-35%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为65-90%，其中二者配方合起来比例为100%；

所述内层铸膜液为聚苯砜、乙二醇和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚苯砜的质量比为10-30%，所述乙二醇的质量比为2-20%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-88%，其中三者配方合起来比例为100%；

所述芯液为n-甲基-2-吡咯烷酮、水和乙二醇的混合液，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99%,所述水的质量比为1-4%，所述乙二醇的质量比为0-10 %，其中三者配方合起来比例为100%。

7.根据权利要求6所述的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，其特征在于，所述中空纤维渗透汽化膜的膜外径为0.8-1.5 mm, 内径为0.5-1.2mm,壁厚为0.1-0.2mm。

8.基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，其特征在于，包括：

粗馏单元，超滤单元和渗透汽化单元，

其中所述粗馏单元，所述超滤单元和所述渗透汽化单元依次连接，含有乙醇的发酵醪先经过所述粗馏单元以过滤悬浮物TSS,重组分杂质和部分水，得到粗蒸馏液，所述粗蒸馏液含有30-50%的乙醇，水和少量蛋白质类悬浮杂质，所述粗蒸馏液通过所述超滤单元除去蛋白质类悬浮杂质，得到乙醇和水清液，所述乙醇和水清液经过所述渗透汽化单元脱水浓缩，得到乙醇含量大于99.5%的无水乙醇；

其中所述超滤单元包括超滤膜，所述超滤膜为无机陶瓷膜或者有机膜，所述超滤膜选自中空纤维膜，板式膜，单通道管式膜或者多通道管式膜；

其中所述渗透汽化单元包括中空纤维渗透汽化膜，所述中空纤维渗透汽化膜由膜内至膜外依次形成内层支撑层，选择分离层以及外层保护层，其中所述选择分离层置于所述内层支撑层和所述外层保护层之间，所述外层保护层具有亲水性；

其中中空纤维渗透汽化膜的制备过程如下：步骤1：配制内层铸膜液、外层铸膜液以及芯液，所述内层铸膜液、所述外层铸膜液和所述芯液通过喷丝口形成中空管状液膜；步骤2：所述中空管状液膜经过空气间隙后进入凝固浴池被相变凝固，得到中空纤维膜丝；以及步骤3：处理所述中空纤维膜丝，得到中空纤维渗透汽化膜；

其中所述外层铸膜液为纤维素乙酸酯和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述纤维素乙酸酯的质量比为1-15%，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为85-99%，其中二者配方合起来比例为100%；

所述内层铸膜液为聚醚酰亚胺、聚乙二醇和 n-甲基-2-吡咯烷酮的混合液，其中所述聚醚酰亚胺的质量比为10-30%，所述聚乙二醇的质量比为1-10%之间，所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为60-89%，其中三者配方合起来比例为100%；

所述芯液为n-甲基-2-吡咯烷酮、水和聚乙二醇的混合液，其中所述n-甲基-2-吡咯烷酮的质量比为50-99%,所述水的质量比为1-40%，所述聚乙二醇的质量比为0-10%，其中三者配方合起来比例为100%。

9.根据权利要求8所述的基于中空纤维渗透汽化膜的生物乙醇脱水设备，其特征在于，所述中空纤维渗透汽化膜的膜外径为0.8-1.5 mm, 内径为0.5-1.2mm,壁厚为0.1-0.2mm。

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