[发明专利]一种分离ABE发酵渗透汽化液的装置和方法

说明书

本发明涉及分离ABE发酵渗透汽化液的装置；该装置包括一个间壁式精馏塔，其将膜分离技术与新型精馏手段级联整合，通过膜与精馏过程耦合，实现从丙酮丁醇发酵醪液中分离高浓度乙醇、丁醇和丙酮；该装置操作简便、能耗低、占用场地面积小。本发明还涉及分离乙醇、丙酮和丁醇的方法，该方法利用本发明所提供的分离ABE发酵渗透汽化液的装置从ABE发酵渗透汽化液中分离乙醇、丁醇和丙酮的方法；该方法具有较高溶剂回收效率和纯度，操作简单，稳定性强，节能减排，绿色环保，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明属于生物质发酵过程代谢产物分离技术领域，涉及一种发酵醪液的精馏工艺，具体涉及一种分离ABE发酵渗透汽化液的装置和方法。

背景技术

丙酮丁醇发酵(丙酮丁醇梭菌或拜氏梭菌及其突变菌株等微生物在厌氧条件下利用淀粉、糖类物质及富含纤维素和半纤维素的生物质原料发酵生产丙酮(Acetone)、丁醇(Butanol)和乙醇(Ethanol)的过程，简称ABE发酵)历史悠久，作为一种生产大宗化学品丙酮丁醇的方法，在20世纪上半页实现了产业化生产。然而，由于丙酮丁醇发酵的丁醇产物存在极高的产物毒性，发酵菌株对发酵底物及产物低耐受性等问题，导致丙酮丁醇发酵乙醇、丁醇、丙酮产物总浓度通常只有1-3％，这使得醪液分离成本很高。随着石油工业的发展，到20世纪末，市售绝大多数正丁醇产品为通过石油化工技术得到。

随着能源危机，全球气候变暖等问题的出现，人们重新关注生物丁醇发酵产业，随着多种发酵分离耦合技术的突破，通过耦合技术，生物丁醇发酵产物毒性降低，发酵产率和发酵底物对溶剂的转化率有显著提高，与此同时，利用耦合技术，可以获得较高浓度的浓缩发酵液，使得丙酮丁醇发酵重新具备了一定的市场竞争力，具有良好的市场前景。

渗透汽化耦合技术以其高选择性、高通量、稳定性强等优点，是一种理想的丁醇发酵分离耦合方式，受到广泛关注。然而，渗透汽化膜分离后的浓缩丁醇发酵液无法达到市售溶剂浓度，需要进一步通过精馏手段分离得到高浓度的乙醇、丙酮、丁醇产品，以满足市场需求。

目前利用常规精馏手段分离渗透汽化浓缩液已经在大量的文献中被报道，但常规精馏手段需要多个精馏塔参与，通过复杂物流设计才能获得无水丁醇和丙酮、乙醇等副产物，占地面积大，能耗高。因此，目前存在的问题是亟需开发一种针对发酵耦合渗透汽化浓缩液分离的结构简单、节能、高效、稳定和环保的精馏工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种分离ABE发酵渗透汽化液的装置。该装置包括一个间壁式精馏塔，并将膜分离技术与新型精馏手段级联整合，通过膜与精馏过程耦合，实现从丙酮丁醇发酵醪液中分离高浓度乙醇、丁醇和丙酮。该装置操作简便、能耗低、占用场地面积小；将该装置用于分离ABE发酵渗透汽化液能够同时连续高效分离出多种发酵产物，具有较高的溶剂回收效率和纯度，操作简单，稳定性强，节能减排，绿色环保，具有实际应用价值。

为此，本发明提供了一种分离ABE发酵渗透汽化液的装置，其包括一个间壁式精馏塔，所述间壁式精馏塔中设置有至少一个隔板。

根据本发明第一方面的一些实施方式，所述间壁式精馏塔中设置有一个与塔底相连的隔板，该隔板将精馏塔分为三个分离区。

在本发明的一些实施例中，所述装置还包括一个冷凝器和二个再沸器，其中，所述冷凝器的进口与塔顶的分离区的出口相连，并且冷凝器还设置有与塔顶分离区相连接的循环回路和一个出料口；二个再沸器分别与塔底的二个分离区的出料口相连，并且各再沸器分别独立地设置有与对应的分离区相连接循环回路；塔底第II分离区出料口与乙醇塔进料口相连。

优选地，所述间壁式精馏塔还设置有至少一个进料口，所述进料口设置在塔的中上部到中下部。