[发明专利]对含乙醇的液体进行真空气提的系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工业生产领域，尤其涉及一种对含乙醇的液体进行真空气提的系统及方法。

背景技术

乙醇俗称酒精，是重要的化工原料和产品。尤其近些年来，人类对资源与环境日益重视，大力发展生物质能源与化工，促进社会实现可持续发展。

生物质原料发酵法是生产乙醇的主要工艺，可以用于发酵的原料包括糖类、淀粉、木质纤维素等。在发酵生产乙醇的能耗中，蒸煮工艺、蒸馏工艺和其它工艺的能耗约占总能耗的30％～35％、45％～50％和10％～20％。由此可见，乙醇生产过程的节能主要在于蒸煮工艺和蒸馏工艺的改进。另外，目前生物质乙醇的生产普遍采用间歇发酵工艺，由于发酵过程当乙醇浓度超过5％(v/v)时，就会对酵母的活性产生一定的抑制作用，随着发酵液中乙醇浓度的提高，抑制作用加强，当乙醇浓度增加到12％(v/v)时，酵母就基本失去活性。这些因素限制了发酵原料液中含糖量的提高和发酵母液中乙醇浓度的提高，导致生产能力低、用水量大。

发酵法生产乙醇需要来源于农林业的生物质原料，原料的种植占用大量耕地、淡水、化肥等稀缺资源。因此，近年来利用光合作用生产乙醇的工艺路线得到重视和发展。利用光合作用生产乙醇的工艺是通过对光合微生物进行基因工程改造，使其具有以太阳光、水和二氧化碳为原料生产乙醇的能力，光能利用、二氧化碳固定和乙醇生产在同一生物体内完成，不需经过农林业种植阶段。其中一种光合微生物是蓝藻。类似的，在培养微生物(例如蓝藻)的过程中，当释放出来的乙醇浓度增加时，就会对微生物的活性产生一定的抑制作用，甚至会导致微生物基本失去活性。

另外，在利用微生物通过光合作用生产乙醇的工艺中，微生物培养液中的乙醇浓度较低(一般为0.5％～3％)，以传统蒸馏工艺分离浓缩乙醇的能耗很大。

因此需要开发适用于光合作用生产乙醇路线的乙醇分离浓缩工艺。

发酵法生产乙醇和光合作用生产乙醇工艺面临的共同难题是低浓度乙醇分离浓缩过程能耗过大。乙醇生产与乙醇分离耦合是解决这一难题的主要途径。针对生物质原料发酵生产乙醇，众多科技工作者相继开发了真空发酵、膜分离发酵、萃取发酵等工艺技术，在发酵的同时分离出乙醇。但这些工艺技术在工业应用上存在很多困难，如萃取发酵，难以找到高选择性且对菌体友好的萃取溶剂；膜分离发酵技术中，难以解决膜污染和通量低等问题；真空发酵的研究比较早，乙醇分离效率高，但维持真空发酵比较困难，且能耗高；随后科技工作者对该方法进行了改进，使发酵罐与闪蒸罐串联，保证了发酵在常压下进行，并在闪蒸罐中不断移出移出乙醇，降低对发酵的抑制作用，但乙醇移出效率较低，乙醇水溶液中乙醇浓度较低，后续蒸馏获得无水乙醇能耗依然较高。

气提发酵过程简单，具有易于工业化的前景，但乙醇的移出效率低，且受空气压缩机性能的限制。为此，科技工作者又进行了大量工作，如专利CN1321188C中公开了以不凝气CO₂、N₂和空气作为气提介质，与闪蒸结合，使气提出的乙醇水溶液中乙醇浓度达到40％以上，但以CO₂为气提介质时，会对发酵液产生毒害作用，导致酵母活性降低；而专利CN101003779A中公开了，以CO₂为气提介质循环气提，并通过补加营养物质保护酵母活性，从而使过程复杂，且气提出的乙醇水溶液中乙醇浓度也不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对含乙醇的液体进行真空气提的系统及方法，能够降低乙醇提取过程中的能耗和物料消耗以实现节水环保。

为解决上述问题，本发明提供了一种对含乙醇的液体进行真空气提的系统，该系统包括生物反应器、气提塔、冷凝器和气液分离器，其中：

所述气提塔是真空填料塔，该真空填料塔的塔顶内的真空度不大于50mm汞柱；

来自所述生物反应器内的含乙醇的液体输入至所述气提塔的塔顶内，并将压缩空气输入至所述气提塔的塔底内；

所述含乙醇的液体进入所述气提塔后经过真空气提处理，一方面，所述气提塔内产生的富集乙醇的气体进入所述冷凝器内冷凝后，再输入至气液分离器获得粗制乙醇；另一方面，所述气提塔内产生的贫乙醇液体输入至所述生物反应器内循环使用。

本发明的生物反应器中培养能够产生乙醇的微生物，例如光合微生物或酵母。其中一种光合微生物是蓝藻，其通过对其代谢途径进行基因改造工程，能够利用阳光、二氧化碳和水产生乙醇。酵母可以通过发酵作用产生乙醇。生物反应器中培养的微生物释放乙醇到培养液中。