【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及乙醇生产领域，特别是涉及一种同步糖化发酵和膜分离耦合生产乙醇的工艺方法。
技术介绍
1、乙醇是一种大宗化学品，具有燃料和原料的双重属性。其中，将其用作燃料添加物时，能够有效降低碳排放和缓解化石能源压力以生物质为发酵原料，采用发酵法生产燃料乙醇可实现碳的封闭循环，推进可持续发展。
2、目前发酵法生产乙醇存在两个较为明显的问题，一个是原料成本高(常用原料为玉米、甘蔗等农作物或者经济作物)，一个是产物抑制，也即高浓度乙醇会抑制微生物的活性，导致乙醇的积累终浓度不高于110gl-1。
3、原料的选择上，木薯由于其生产量大、价格低等优势近些年在产业界受到广泛应用。在以木薯为发酵原料的乙醇生产过程中，木薯需经过液化和糖化步骤，水解成可发酵糖后才可作为发酵菌种碳源。常规糖化过程中，作为酶解产物，可发酵糖积累到一定浓度时会对糖化酶产生抑制。为了解除抑制，同时节省预处理步骤和时间，糖化与发酵同步进行，利用微生物对可发酵糖的利用降低其浓度和对糖化酶的抑制，成为有效的解决方法之一。
4、尽管糖化酶抑制能够通过糖化和发酵同步进行解决，但是该发酵过程依然存在产物抑制问题，当发酵液中乙醇浓度超过50gl-1时，会对发酵细胞膜的流动性和生物活性产生影响，导致发酵过程无法长期连续运行，影响其乙醇合成能力，造成乙醇终产量低、废液量大，以及后续乙醇回收能耗高等问题。
技术实现思路
1、为了解决乙醇产物抑制问题，本专利技术拟将膜分离技术引入到发酵过程中，提供一种同步糖化
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种同步糖化发酵和膜分离耦合生产乙醇的工艺方法，包括以下单元：1)发酵单元，发酵单元中经过预处理的液化醪在添加糖化酶与菌种后开始进行发酵，实现糖化与发酵同步进行；2)膜分离单元，发酵液经由循环泵进入膜分离单元，在发酵液流经膜表面时，其所含的部分乙醇被分离膜选择性分离，由此降低发酵液中的乙醇浓度，消除产物抑制；3)乙醇回收单元，膜下游得到的乙醇水渗透蒸汽，分别经过真空冷凝、真空压缩过程和常压冷凝被完全回收。
4、优选的，所述生物质糖化与发酵过程在同一设备中进行，并同时采用膜分离技术将同步糖化发酵产生的乙醇原位移除，被膜截留的微生物、糖化酶、营养物质被返回发酵单元进行封闭循环利用。
5、优选的，所述发酵过程所用原料是淀粉质原料，所述淀粉质原料来源于玉米、小麦、木薯、甘薯或微藻。
6、优选的，所述膜分离单元包括膜和膜组件，所述膜包括透醇选择性膜，所述透醇选择性膜包括pdms膜或ptfe膜，所述膜组件包括板框式、卷式、管式、蝶式和中空纤维式中的一种或几种。
7、优选的，透过膜分离单元的乙醇-水蒸汽采用真空压缩的方法在真空泵的入口端维持膜下游的高真空以实现较大的传质推动力，同时在真空泵的出口端维持常压状态以实现乙醇-水蒸汽的高效冷凝回收。
8、优选的，真空压缩机入口端和出口端冷凝器的载热介质均采用常温空气或者常温水，真空压缩机需采用干式泵，所述干式泵包括隔膜泵、螺杆泵、罗茨泵或相应的组合泵。
9、优选的，在真空压缩机的入口端和出口端分别设置冷凝器，对乙醇-水蒸汽进行全部回收，真空压缩机入口端的冷凝器对膜下游乙醇-水蒸汽进行部分冷凝，得到乙醇浓度低于5wt％的液体，其余未被冷凝的高浓度乙醇-水蒸汽直接经过真空压缩后进入出口端冷凝器进行回收。
10、优选的，真空压缩机进、出口冷凝器的热载体均采用常温空气或者常温水。
11、本专利技术的有益效果为：
12、本专利技术将生物质同步糖化发酵与膜分离技术进行结合，膜分离技术有效移除了生物质发酵过程中存在的产物抑制作用，延长了微生物高活性发酵时间，提高产物产量。同步糖化发酵过程，有效移除了常规糖化过程中的糖化酶水解抑制现象，实现了生物质中淀粉的高效转化。同步糖化发酵与膜分离技术的耦合可互相强化，保证发酵过程的长期、高效运行。
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1.一种同步糖化发酵和膜分离耦合生产乙醇的工艺方法，其特征在于，以膜分离和蒸汽压缩输送为纽带，将生物质糖化、乙醇发酵、乙醇分离和乙醇回收四个过程进行系统集成；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质糖化与发酵过程在同一设备中进行，并同时采用膜分离技术将同步糖化发酵产生的乙醇原位移除，被膜截留的微生物、糖化酶、营养物质被返回发酵单元进行封闭循环利用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵过程所用原料是淀粉质原料，所述淀粉质原料来源于玉米、小麦、木薯、甘薯或微藻。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述膜分离单元包括膜和膜组件，所述膜包括透醇选择性膜，所述透醇选择性膜包括PDMS膜或PTFE膜，所述膜组件包括板框式、卷式、管式、蝶式和中空纤维式中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，透过膜分离单元的乙醇-水蒸汽采用真空压缩的方法在真空泵的入口端维持膜下游的高真空以实现较大的传质推动力，同时在真空泵的出口端维持常压状态以实现乙醇-水蒸汽的高效冷凝回收。
6.根据权利要求5
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在真空压缩机的入口端和出口端分别设置冷凝器，对乙醇-水蒸汽进行全部回收，真空压缩机入口端的冷凝器对膜下游乙醇-水蒸汽进行部分冷凝，得到乙醇浓度低于5wt％的液体，其余未被冷凝的高浓度乙醇-水蒸汽直接经过真空压缩后进入出口端冷凝器进行回收。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，真空压缩机进、出口冷凝器的热载体均采用常温空气或者常温水。
...【技术特征摘要】
1.一种同步糖化发酵和膜分离耦合生产乙醇的工艺方法，其特征在于，以膜分离和蒸汽压缩输送为纽带，将生物质糖化、乙醇发酵、乙醇分离和乙醇回收四个过程进行系统集成；
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物质糖化与发酵过程在同一设备中进行，并同时采用膜分离技术将同步糖化发酵产生的乙醇原位移除，被膜截留的微生物、糖化酶、营养物质被返回发酵单元进行封闭循环利用。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发酵过程所用原料是淀粉质原料，所述淀粉质原料来源于玉米、小麦、木薯、甘薯或微藻。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述膜分离单元包括膜和膜组件，所述膜包括透醇选择性膜，所述透醇选择性膜包括pdms膜或ptfe膜，所述膜组件包括板框式、卷式、管式、蝶式和中空纤维式中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊森清，姜昊基，刘敬芸，刘闻达，肖泽仪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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