CN112852597A - 一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备和方法，所述回收装置包括：发酵装置：用于发酵获得发酵液；发酵液处理装置：用于将所述发酵液进行提纯，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；所述发酵液处理装置的所述入口与所述发酵装置的出口相连通；膜处理装置：用于将所述杂质进行膜处理，获得淡水和营养盐；所述膜处理装置含有入口、淡水出口和营养盐出口，所述膜处理装置的入口与所述发酵液处理装置的杂质出口相连通；蒸发浓缩装置：用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和杂醇冷凝液和酸冷凝液；所述蒸发浓缩装置的入口与所述膜处理装置的营养盐出口相连通；该装置实现了营养盐的高效回收利用，结构简单，耗能低。

Description

一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备和方法

技术领域

本发明实施例涉及发酵尾气处理技术领域，尤其涉及一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备和方法。

背景技术

铁合金工业尾气发酵技术是将矿热炉尾气中的一氧化碳一步转化为燃料乙醇的技术。铁合金企业生产过程中产生的工业尾气经生物发酵、蒸馏脱水后产出浓度大于99.5％的燃料乙醇，还能从蒸馏后的发酵液中分离出高品质菌体蛋白作为动物饲料。

生产过程中发酵产生的废水60％可直接回用，剩余部分通过污水处理后大部分回用，少量浓盐水用于冶金浇渣，浓盐水利用价值不高，如能将此少量浓盐水再加利用将进一步增加企业效益，减少生产成本。常见的浓盐水处理方式有：蒸馏-结晶、膜蒸馏-结晶、低温-蒸发-结晶、预处理-膜浓缩-蒸发工艺。以上工艺普遍存在建造成本高、设备结构复杂、耗能高等问题，而且不能实现营养盐的高效回收利用，不适用于利用铁合金工业尾气的发酵工艺。

因此，如何针对利用铁合金工业尾气发酵制乙醇工艺特点，开发一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备和方法，以实现营养盐的高效回收利用，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，实现了营养盐的高效回收利用，结构简单，耗能低。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

在本发明实施例的第一方面，提供了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，包括：

发酵装置，用于将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；所述发酵装置含有出口和用于通入铁合金工业尾气的气体入口；

发酵液处理装置，用于将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；所述发酵液处理装置含有入口和杂质出口，所述发酵液处理装置的所述入口与所述发酵装置的所述出口相连通；

膜处理装置，用于将所述杂质进行膜处理，获得淡水和营养盐；所述膜处理装置含有入口、淡水出口和营养盐出口，所述膜处理装置的所述入口与所述发酵液处理装置的所述杂质出口相连通；

蒸发浓缩装置，用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和杂醇冷凝液和酸冷凝液；所述蒸发浓缩装置含有液体入口、高浓度营养盐出口和冷凝液出口，所述蒸发浓缩装置的所述入口与所述膜处理装置的所述营养盐出口相连通。

进一步地，所述蒸发浓缩装置包括：

所述蒸发浓缩装置包括：

原料收集器，用于将所述营养盐进行收集，所述原料收集器含有液体入口和液体出口，所述原料收集器的所述液体入口与所述膜处理装置的所述营养盐出口相连通；

换热器，用于换热，所述换热器含有营养盐入口、预热营养盐出口、高浓度营养盐入口和预热高浓度营养盐出口，所述换热器的所述营养盐入口与所述原料收集器的所述液体出口相连通；

浓缩塔：用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和冷凝液；所述浓缩塔含有液体入口、塔釜液出口、冷凝液出口和回收水出口；所述浓缩塔的所述液体入口与所述换热器的所述预热营养盐出口相连通；所述浓缩塔的所述塔釜液出口与所述换热器的所述高浓度营养盐入口相连通；

再沸腾器：用于对所述营养盐进行加热，所述再沸腾器与所述浓缩塔相连通。

进一步地，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：高浓度营养盐收集装置，所述高浓度营养盐收集装置含有液体入口和液体出口，所述高浓度营养盐收集装置的所述液体入口与所述换热器的所述预热高浓度营养盐出口相连通，所述高浓度营养盐收集装置的所述液体出口与所述发酵装置的所述气体入口相连通。

进一步地，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

水缓冲罐：用于回收所述膜处理装置获得的淡水；所述水缓冲罐含有液体入口和液体出口，所述水缓冲罐的所述液体入口与所述膜处理装置的所述淡水出口相连通；所述水缓冲罐的所述液体入口与所述发酵装置的所述气体入口相连通；

水回收罐：用于回收所述浓缩塔获得的回收水；所述水回收罐含有液体入口和液体出口，所述水回收罐的所述液体入口与所述浓缩塔的所述回收水出口相连通，所述水回收罐的所述液体出口与所述水缓冲罐的所述液体入口相连通。

进一步地，所述浓缩塔的釜温为190～200℃，压力为0.3～0.5MPa；所述浓缩塔的顶温为95～105℃。

进一步地，所述膜处理装置的所述淡水出口与所述发酵液处理装置的所述入口相连通。

进一步地，所述第一冷凝液出口的温度为180～188℃；所述第二冷凝液出口的温度为115～125℃。

进一步地，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

醇提取装置：用于将所述杂醇冷凝液进行醇提取，获得杂醇；所述醇提取装置含有入口和出口，所述醇提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通；

酸提取装置：用于将所述酸冷凝液进行酸提取，获得酸，所述酸提取装置含有入口和出口，所述酸提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通。

进一步地，所述冷凝液出口含有第一冷凝液出口和第二冷凝液出口，所述醇提取装置的所述入口与所述第一冷凝液出口相连通，所述酸提取装置的所述入口与所述第二冷凝液出口相连通。

在本发明实施例的第二方面，提供了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收方法，所述方法包括：

将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；

将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；

将所述杂质进行膜处理，获得液体水和营养盐；

将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得高浓度营养盐和混合气体；

将所述混合气体进行冷凝，获得杂醇液和酸液。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少含有如下技术效果或优点：

本发明实施例公开了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，包括：发酵装置：用于采用内菌体加入含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；发酵液处理装置：用于将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；所述发酵液处理装置的所述入口与所述发酵装置的出口相连通；膜处理装置：用于将所述杂质进行膜处理，获得淡水和营养盐；所述膜处理装置含有入口、淡水出口和营养盐出口，所述膜处理装置的入口与所述发酵液处理装置的杂质出口相连通；蒸发浓缩装置：用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和杂醇冷凝液和酸冷凝液；所述蒸发浓缩装置含有液体入口、高浓度营养盐出口和冷凝液出口，所述蒸发浓缩装置的入口与所述膜处理装置的营养盐出口相连通；采用内菌体加入含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液，后提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；将所述杂质进行膜处理，获得液体水和营养盐；将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得高浓度营养盐和混合气体；将所述混合气体进行冷凝，获得杂醇液和酸液。将浓盐水处理和营养盐回收相结合，实现了营养盐的高效回收利用，进一步增加企业效益，减少生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收方法的流程图；

附图标记说明如下：

1-发酵装置、2-发酵液处理装置、3-膜处理装置、

4-蒸发浓缩装置、41-原料收集器、42-换热器、43-浓缩塔、44、再沸腾器；

5-高浓度营养盐收集装置、6-水缓冲罐、7-水回收罐、8-醇提取装置、9-酸提取装置。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，解决了现有技术中冶金炼铁缺乏一种用于烟气脱硫脱硝的实验装置的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

作为本申请实施例的一种典型的实施方式，提供了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，如图1所示，包括：

发酵装置1，用于将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；所述发酵装置含有出口和用于通入铁合金工业尾气的入口；

发酵液处理装置2，用于将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；所述发酵液处理装置含有入口和杂质出口，所述发酵液处理装置的所述入口与所述发酵装置的所述出口相连通；

膜处理装置3，用于将所述杂质进行膜处理，获得淡水和营养盐；所述膜处理装置含有入口、淡水出口和营养盐出口，所述膜处理装置的所述入口与所述发酵液处理装置的所述杂质出口相连通；

蒸发浓缩装置4，用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和杂醇冷凝液和酸冷凝液；所述蒸发浓缩装置含有液体入口、高浓度营养盐出口和冷凝液出口，所述蒸发浓缩装置的所述入口与所述膜处理装置的所述营养盐出口相连通。

本申请实施例依次将发酵液进行提纯分离、膜处理和蒸发浓缩，将浓盐水处理和营养盐回收相结合，实现了营养盐的高效回收利用，进一步增加企业效益，减少生产成本。

作为本申请实施例的另一种典型的实施方式，提供了一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收方法，如图2所示，所述方法包括：

S1、将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；

S2、将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；

S3、将所述杂质进行膜处理，获得液体水和营养盐；

S4、将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得高浓度营养盐和混合气体；

S5、将所述混合气体进行冷凝，获得杂醇液和酸液。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先说明，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

另外，文本中出现的“内”和“外”是常规意义的内和外，是为了便于描述清楚，并不是任何限定。

实施例：

如图1所示，本实施例中，一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，包括：发酵装置1、发酵液处理装置2、膜处理装置3和蒸发浓缩装置4；

具体地，发酵液处理装置2包括但不仅限于蒸馏、污水处理等工艺处理单元。且要求在此单元使用水为除盐水，避免有害金属离子混入。

具体地，膜处理装置3包括反渗透微滤/超滤膜组，但不仅限于微滤或超滤，包括附属的膜冲洗系统，膜平均孔径小于1μm，膜材质可选择PVC或PP等。

作为一种可选的实施方式，所述蒸发浓缩装置4包括：

原料收集器41：用于将所述营养盐进行收集，所述原料收集器41的入口与所述膜处理装置3的营养盐出口相连通；

换热器42：用于换热，所述换热器42包括营养盐入口、预热营养盐出口、高浓度营养盐入口和预热高浓度营养盐出口，所述营养盐入口与所述原料收集器的出口相连通；

浓缩塔43：用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和冷凝液；所述浓缩塔含有入口、塔釜液出口、冷凝液出口和回收水出口；所述浓缩塔入口与所述营养盐出口相连通；所述塔釜液出口与所述高浓度营养盐入口相连通；

再沸腾器44：用于对所述营养盐进行加热，所述再沸腾器44与所述浓缩塔43相连通。

具体地，再沸腾器44的热源包括但不仅限于蒸汽、导热油等，其类型包括但不仅限于列管式换热器。

作为一种可选的实施方式，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：高浓度营养盐收集装置5，所述高浓度营养盐收集装置5的入口与所述预热高浓度营养盐出口相连通，所述高浓度营养盐收集装置5的出口与所述发酵罐相连通。

可选地，所述浓缩塔的釜温为190～200℃，压力为0.3～0.5MPa；所述浓缩塔的顶温为95～105℃。这样设置的原因为：根据水、醋酸、丁二醇沸点不同，若温度过低，水分、醋酸和丁二醇采不充分，在营养盐中不断积聚，为保障菌体发酵正常，最终造成营养盐无法回收，若温度过高，醋酸和丁二醇带入水回用，影响菌体健康。

作为一种可选的实施方式，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

水缓冲罐6：用于回收所述膜处理装置获得的淡水；所述水缓冲罐的所述液体入口与所述膜处理装置的所述淡水出口相连通；所述水缓冲罐的所述液体入口与所述发酵装置的所述气体入口相连通；

水回收罐7：用于回收所述浓缩塔获得的回收水；所述水回收罐的所述液体入口与所述浓缩塔的所述回收水出口相连通，所述水回收罐的所述液体出口与所述水缓冲罐的所述液体入口相连通。

可选地，水缓冲罐6可增设水质监测组件；

作为一种可选的实施方式，所述膜处理装置的所述淡水出口与所述发酵液处理装置的所述入口相连通。

作为一种可选的实施方式，所述冷凝液出口包括第一冷凝液出口和第二冷凝液出口，所述醇提取装置的所述入口与所述第一冷凝液出口相连通，所述酸提取装置的所述入口与所述第二冷凝液出口相连通。

可选地，所述第一冷凝液出口的温度为180～188℃；这是因为根据丁二醇沸点控制采出口温度保障丁二醇的冷凝采出。

所述第二冷凝液出口的温度为115～125℃。这是因为根据醋酸沸点控制采出口温度保障醋酸的冷凝采出。

作为一种可选的实施方式，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

醇提取装置8：用于将所述杂醇冷凝液进行醇提取，获得杂醇；所述醇提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通；

酸提取装置9：用于将所述酸冷凝液进行酸提取，获得酸，所述酸提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通。

所述醇与所述酸采用现有技术常规的方法进行提取。

下面根据图1所示的铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，对其使用方法进行进一步的说明。

发酵装置1中加入内菌体利用含有营养盐的原辅料发酵，产出发酵液，包括乙醇同时也包括乳酸、醋酸、23丁二醇等杂质；具体地，所述内菌体具体为厌氧型梭状杆菌，含有营养盐的原辅料具体包括菌体所需各种营养盐、化学品和维他命。

发酵液进入发酵液处理装置2，经过处理后提纯发酵液中的乙醇和菌体蛋白，剩余的乳酸、醋酸、23丁二醇等杂质随液体进入3膜处理装置，

膜处理装置3将所述杂质进行膜(渗透膜)处理，获得淡水和营养盐；淡水进入水缓冲罐6，而营养盐被渗透膜截留浓缩后进入原料收集器41，营养盐经过换热器42与来自浓缩塔43的塔釜液换热后进入浓缩塔43，营养盐经过再沸腾器44的加热，较低沸点的水、醋酸、乳酸和丁二醇沸腾蒸发向上，经过冷凝后丁二醇进入醇提取装置8，进而提纯或者外售，醋酸、乳酸经过冷凝后进入酸提取装置9，进而提纯或者外售，水经过冷凝进入水回收罐7，进而进入水缓冲罐6，经过缓冲后的水，根据实际需要可以进入发酵装置1，也可以作为补充水进入发酵液处理装置2中，浓缩塔43中塔釜的高浓度营养盐经过换热器42换热后进入高浓度营养盐收集装置5中，经过在线监测，通过营养盐添补保障营养盐浓度稳定，加入发酵装置1内循环使用，实现营养盐的回收利用。

上述本申请实施例中的技术方案，至少含有如下的技术效果或优点：

本发明实施例的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，将浓盐水处理和营养盐回收相结合，实现了营养盐的高效回收利用，进一步增加企业效益，减少生产成本。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，包括：

发酵装置，用于将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；所述发酵装置含有出口和用于通入铁合金工业尾气的气体入口；

发酵液处理装置，用于将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；所述发酵液处理装置含有入口和杂质出口，所述发酵液处理装置的所述入口与所述发酵装置的所述出口相连通；

膜处理装置，用于将所述杂质进行膜处理，获得淡水和营养盐；所述膜处理装置含有入口、淡水出口和营养盐出口，所述膜处理装置的所述入口与所述发酵液处理装置的所述杂质出口相连通；

蒸发浓缩装置，用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和杂醇冷凝液和酸冷凝液；所述蒸发浓缩装置含有液体入口、高浓度营养盐出口和冷凝液出口，所述蒸发浓缩装置的所述入口与所述膜处理装置的所述营养盐出口相连通。

2.如权利要求1所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述蒸发浓缩装置包括：

原料收集器，用于将所述营养盐进行收集，所述原料收集器含有液体入口和液体出口，所述原料收集器的所述液体入口与所述膜处理装置的所述营养盐出口相连通；

换热器，用于换热，所述换热器含有营养盐入口、预热营养盐出口、高浓度营养盐入口和预热高浓度营养盐出口，所述换热器的所述营养盐入口与所述原料收集器的所述液体出口相连通；

浓缩塔：用于将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得回收水、高浓度营养盐和冷凝液；所述浓缩塔含有液体入口、塔釜液出口、冷凝液出口和回收水出口；所述浓缩塔的所述液体入口与所述换热器的所述预热营养盐出口相连通；所述浓缩塔的所述塔釜液出口与所述换热器的所述高浓度营养盐入口相连通；

再沸腾器：用于对所述营养盐进行加热，所述再沸腾器与所述浓缩塔相连通。

3.如权利要求2所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：高浓度营养盐收集装置，所述高浓度营养盐收集装置含有液体入口和液体出口，所述高浓度营养盐收集装置的所述液体入口与所述换热器的所述预热高浓度营养盐出口相连通，所述高浓度营养盐收集装置的所述液体出口与所述发酵装置的所述气体入口相连通。

4.如权利要求2所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

水缓冲罐：用于回收所述膜处理装置获得的淡水；所述水缓冲罐含有液体入口和液体出口，所述水缓冲罐的所述液体入口与所述膜处理装置的所述淡水出口相连通；所述水缓冲罐的所述液体入口与所述发酵装置的所述气体入口相连通；

水回收罐：用于回收所述浓缩塔获得的回收水；所述水回收罐含有液体入口和液体出口，所述水回收罐的所述液体入口与所述浓缩塔的所述回收水出口相连通，所述水回收罐的所述液体出口与所述水缓冲罐的所述液体入口相连通。

5.如权利要求2所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述浓缩塔的釜温为190～200℃，压力为0.3～0.5MPa；所述浓缩塔的顶温为95～105℃。

6.如权利要求1所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述膜处理装置的所述淡水出口与所述发酵液处理装置的所述入口相连通。

7.如权利要求1所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述第一冷凝液出口的温度为180～188℃；所述第二冷凝液出口的温度为115～125℃。

8.如权利要求1所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备还包括：

醇提取装置：用于将所述杂醇冷凝液进行醇提取，获得杂醇；所述醇提取装置含有入口和出口，所述醇提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通；

酸提取装置：用于将所述酸冷凝液进行酸提取，获得酸，所述酸提取装置含有入口和出口，所述酸提取装置的所述入口与所述冷凝液出口相连通。

9.如权利要求8所述的一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收设备，其特征在于，所述冷凝液出口含有第一冷凝液出口和第二冷凝液出口，所述醇提取装置的所述入口与所述第一冷凝液出口相连通，所述酸提取装置的所述入口与所述第二冷凝液出口相连通。

10.一种铁合金工业尾气发酵的营养盐的回收方法，其特征在于，所述方法包括：

将内菌体加入铁合金工业尾气和含营养盐的原辅料进行发酵，获得发酵液；

将所述发酵液进行提纯并分离，获得乙醇、菌体蛋白和杂质；

将所述杂质进行膜处理，获得液体水和营养盐；

将所述营养盐进行蒸发浓缩，获得高浓度营养盐和混合气体；

将所述混合气体进行冷凝，获得杂醇液和酸液。

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