專利名稱：制備乙醇/水混合物的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備如權(quán)利要求1的前序部分所定義的乙醇/水混合 物的方法，在本方法之中，將可發(fā)酵糖或能夠水解為可發(fā)酵糖的原料 發(fā)酵為乙醇，并濃縮由此形成的乙醇/水混合物。本發(fā)明還涉及如權(quán)利
要求11的前序部分所定義的裝置和如權(quán)利要求16的前序部分所定義 的用途。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代社會(huì)中，越來(lái)越多的用來(lái)處理廢物和廢水的有效方法在產(chǎn) 生廢物和廢水的操作中有需求。工業(yè)和生活產(chǎn)生的、并且其中含有多 種可發(fā)酵糖或可轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵糖的化合物的廢水和廢物可通過(guò)將其發(fā) 酵為乙醇而進(jìn)行處理，從而減少工業(yè)和生活廢水中的B0D和C0D的量， 并降低廢物中碳水化合物的量。由廢物和廢水制得的乙醇可進(jìn)行精制 以用于多種用途。問(wèn)題在于適合于制備乙醇的廢物和次要物流(minor flow)經(jīng)常是分散的，因而其運(yùn)輸及與運(yùn)輸相關(guān)的成本成為經(jīng)濟(jì)操作 的障礙。此外，據(jù)估計(jì)，投資已知的工藝由分散的次要物流進(jìn)行產(chǎn)量 為200-2, 000噸/年的乙醇生產(chǎn)造價(jià)過(guò)于昂貴。
已知的基于發(fā)酵過(guò)程的已工業(yè)應(yīng)用的乙醇制備工藝處理量相當(dāng) 大，約10， 000-150， 000噸乙醇/年。這類裝置中部分基于間歇式發(fā)酵 過(guò)程，但連續(xù)發(fā)酵過(guò)程所占的比例在不斷增加。發(fā)酵的乙醇可通過(guò)蒸 餾裝置蒸餾，以提供例如95重量％或更稀的乙醇/水混合物。蒸餾裝置 通常包括汽提，用來(lái)從乙醇/水混合物中分離醪液。蒸餾過(guò)程通常為一 級(jí)或多級(jí)間歇蒸餾或連續(xù)蒸餾。汽化的餾分可通過(guò)冷凝器液化。
在如上所述的大型裝置中，含不發(fā)酵的蛋白質(zhì)、糖和酵母的固體 物質(zhì)以及汽提后不含醇的醪液或糖漿可分離出來(lái)用作動(dòng)物飼料。在現(xiàn) 有的工業(yè)化的生物乙醇生產(chǎn)裝置中，由發(fā)酵形成的二氧化碳可通過(guò)例 如氣體流量計(jì)從流出發(fā)酵罐的氣相中分離。但現(xiàn)有的乙醇生產(chǎn)裝置的 一個(gè)問(wèn)題在于，產(chǎn)生具有相對(duì)較高的COD值的不可利用的廢物和廢水。 醪液并不總是滿足例如飼料生產(chǎn)者所提出的質(zhì)量要求，因而必須通過(guò) 一些其它的方式對(duì)其進(jìn)行處理，例如焚燒或處理掉。
將目前已知的乙醇生產(chǎn)方法用于小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)(小于10,000 噸乙醇/年)的問(wèn)題有a)在實(shí)施這些方法的過(guò)程中所需的設(shè)備的使用 方法和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，b)設(shè)備的投資成本及與設(shè)備使用相關(guān)的運(yùn)行費(fèi) 用相對(duì)較高，c)產(chǎn)生的廢物和次要物流的量和質(zhì)量問(wèn)題，d)設(shè)備所需 的大量人力，及e)與可燃液體相關(guān)的法規(guī)，例如當(dāng)處理體積含量高于 80%的乙醇/水混合物時(shí)。
作為最接近的現(xiàn)有技術(shù)，出版物US4822737中公開(kāi)了一種乙醇的 連續(xù)制備方法，該方法中制備了一種濃縮的乙醇/水混合物。從發(fā)酵罐 中將物質(zhì)連續(xù)地移出，經(jīng)固體物質(zhì)分離器進(jìn)入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中 乙醇被分離，而不揮發(fā)的物質(zhì)被引入一個(gè)反滲透單元，自反滲透單元 分離出排放物水，而含有可發(fā)酵糖的部分由反滲透單元循環(huán)回發(fā)酵罐。 該方法也可使用兩個(gè)蒸發(fā)單元進(jìn)行，從而將反滲透單元獲得的濃縮液 引入另一個(gè)蒸發(fā)單元中再進(jìn)行乙醇的移除。
發(fā)明目的
本發(fā)明的一個(gè)目的是消除上述缺陷。本發(fā)明的一個(gè)具體目的為公 開(kāi)一種新型的由廢物制備乙醇的方法和裝置，生產(chǎn)的乙醇用于實(shí)際用 途，例如用作燃料或溶劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的方法和裝置的特征如權(quán)利要求所述。
本發(fā)明基于 一種制備乙醇/水混合物的方法，其中將選自糖和能夠 水解為可發(fā)酵糖的原料的可發(fā)酵原料，及任何必要的輔助物質(zhì)輸入反 應(yīng)器中。輔助物質(zhì)包括例如空氣。原料在反應(yīng)器中發(fā)酵，在一個(gè)蒸發(fā) 器中將乙醇/水混合物從形成的發(fā)酵液中分離出來(lái)，并將不發(fā)酵的物質(zhì) 從反應(yīng)器中移出。根據(jù)本發(fā)明的方法，在發(fā)酵過(guò)程中將反應(yīng)器中的發(fā) 酵液連續(xù)地輸入第一降膜蒸發(fā)器。乙醇/水混合物在第一降膜蒸發(fā)器中 蒸發(fā)，將該蒸發(fā)器中獲得的蒸發(fā)物冷凝并將冷凝的乙醇/水混合物在第 二降膜蒸發(fā)器中濃縮，該第二降膜蒸發(fā)器與所述第一降膜蒸發(fā)器串聯(lián) 設(shè)置。水從第二蒸發(fā)器中作為底流移出；而不揮發(fā)的物質(zhì)從第一蒸發(fā) 器中移出并循環(huán)回反應(yīng)器。
具體而言，本方法基于a)使用兩個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的降膜蒸發(fā)器， 從而可將乙醇/水蒸氣(第二蒸發(fā)器的蒸發(fā)物)和相對(duì)較純的水(第二
蒸發(fā)器的底流)從發(fā)酵液中分離；b)將不揮發(fā)物質(zhì)從第一蒸發(fā)器循環(huán) 回反應(yīng)器，由此使該物質(zhì)中未發(fā)酵的糖以更濃的形式循環(huán)回反應(yīng)器， 從而加速發(fā)酵的過(guò)程；及c)降膜蒸發(fā)器的使用提供了調(diào)節(jié)未發(fā)酵物 質(zhì)的濃度和量——例如干物質(zhì)和乙醇的濃度——的可能性。
優(yōu)選地，在發(fā)酵過(guò)程中不將可發(fā)酵糖或能夠水解為可發(fā)酵糖的碳 水化合物自流程中排出。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，反應(yīng)器為一種發(fā)酵容器。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，在第二降膜蒸發(fā)器中分離出的水優(yōu) 選在第二降膜蒸發(fā)器中循環(huán)不止一次，以減小在將水從蒸發(fā)器排放前
水中乙醇的濃度。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，將發(fā)酵液自反應(yīng)器輸入固體物質(zhì)分 離器，在固體物質(zhì)分離器中將含固體物質(zhì)的淤漿從發(fā)酵液中分離；而 發(fā)酵液自固體物質(zhì)分離器輸入第一降膜蒸發(fā)器。在一種實(shí)施方式中， 在固體物質(zhì)分離器中分離的含固體物質(zhì)的淤漿循環(huán)回反應(yīng)器。在一種 實(shí)施方式中，在固體物質(zhì)分離器中分離的含固體物質(zhì)的淤漿從流程中 移出。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，本方法使用兩個(gè)以上串聯(lián)設(shè)置的降 膜蒸發(fā)器，用于分離和濃縮乙醇/水混合物。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，乙醇/水混合物濃縮到乙醇含量為 35-65重量％，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中濃縮到乙醇含量約40-50重量 %。
根據(jù)本發(fā)明的方法，濃縮可在蒸發(fā)器之間和/或每個(gè)蒸發(fā)器之后進(jìn)行。
在乙醇的制備過(guò)程所產(chǎn)生的所謂殘余物中的水、自由水和干物質(zhì) 含量、乙醇含量，以及可發(fā)酵糖和能夠水解為可發(fā)酵糖的糖類的濃度 可在自流程中移除殘余物之前通過(guò)以下方式調(diào)節(jié)(a)在發(fā)酵階段， 將固體物質(zhì)分離器中獲得的溶液輸入第一降膜蒸發(fā)器而回收乙醇；
(b) 在排出階段，當(dāng)從固體物質(zhì)分離器輸入第一蒸發(fā)器的溶液中乙醇 含量下降時(shí)，將從固體物質(zhì)分離器中獲得的固體物質(zhì)輸出工藝過(guò)程；
(c) 在發(fā)酵和排出階段，將第二降膜蒸發(fā)器中排出的水輸送回該蒸發(fā) 器，直至水中乙醇含量已降低。
此外，本發(fā)明基于一種用于制備乙醇/水混合物的裝置，該裝置包 括一個(gè)反應(yīng)器，如發(fā)酵容器，原料和任何必要的輔助物質(zhì)輸入該反應(yīng)
器中，并且原料在該反應(yīng)器中發(fā)酵為發(fā)酵液； 一個(gè)蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器 從發(fā)酵液中分離乙醇/水混合物； 一條用于從反應(yīng)器中排出發(fā)酵液并將 其輸入蒸發(fā)器的管道；以及一條用于從反應(yīng)器排出未發(fā)酵物質(zhì)的排放 管。根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括用于從發(fā)酵液中分離乙醇/水混合物的第 一降膜蒸發(fā)器和用于濃縮乙醇/水混合物的第二降膜蒸發(fā)器，并且該第 二降膜蒸發(fā)器與該第一降膜蒸發(fā)器串聯(lián)設(shè)置； 一個(gè)用于在將從第一蒸 發(fā)器獲得的乙醇/水混合物輸入第二蒸發(fā)器之前將其冷凝的冷凝器；一 條用于將第二蒸發(fā)器中的水作為底流排放的排放管；以及一條用于從 第一蒸發(fā)器中移出不揮發(fā)物質(zhì)并將其循環(huán)回反應(yīng)器的管道。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，該裝置包括一個(gè)固體物質(zhì)分離器， 其置于反應(yīng)器和第 一降膜蒸發(fā)器之間，并且在將發(fā)酵液輸入第一降膜 蒸發(fā)器之前，在該固體物質(zhì)分離器中將含固體物質(zhì)的淤漿從發(fā)酵液中 分離出來(lái)。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，該裝置包括一條用于使含固體物質(zhì) 的淤漿從固體物質(zhì)分離器循環(huán)到反應(yīng)器的循環(huán)管道。
在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，該裝置包括兩個(gè)以上串聯(lián)的用于分 離和濃縮乙醇/水混合物的降膜蒸發(fā)器。
該裝置中的設(shè)備優(yōu)選結(jié)合成一個(gè)整體。
通過(guò)以上所述方法制得的乙醇/水混合物可用作燃料例如汽油或 柴油的一個(gè)組分，為此將乙醇/水混合物濃縮到所需的乙醇含量，并將 濃縮的乙醇混合物與其它燃料組分混合以形成預(yù)定的燃料混合物。
在一種實(shí)施方式中，乙醇/水混合物還通過(guò)濃縮進(jìn)行進(jìn)一步精制到 乙醇含量高于85重量％，并優(yōu)選在芬蘭高于99. 7重量％。
乙醇混合物可與其它燃料組分以需要量混合，并且該量是法規(guī)和 產(chǎn)品規(guī)格所許可的。
本發(fā)明的乙醇/水混合物可由食品工業(yè)的廢物制得，包括來(lái)自于店 鋪的生物廢物及來(lái)自面包廠、牛奶加工過(guò)程或馬鈴薯處理過(guò)程的廢物。
與現(xiàn)有技術(shù)中乙醇的制備方法相比，本發(fā)明每發(fā)酵體積中乙醇的 產(chǎn)量顯著增加。隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，乙醇/水混合物被連續(xù)地導(dǎo)出發(fā) 酵容器。因此，與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比，可獲得更高的發(fā)酵速度。
在穩(wěn)定、連續(xù)的發(fā)酵階段以及發(fā)酵容器的排放階段，乙醇/水混合
物可濃縮形成35-65重量°/。的乙醇/水混合物，從乙醇的進(jìn)一步加工、 利用及質(zhì)量控制方面來(lái)看，該濃度已足夠。在穩(wěn)定、連續(xù)的發(fā)酵階段 以及發(fā)酵容器的排放階段，乙醇制備過(guò)程中的次要物流例如醪液、二 氧化碳和純水，可作為單獨(dú)的物流導(dǎo)出工藝過(guò)程。發(fā)酵廢物例如醪液 的體積量與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比較少。與現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)明相比， 本發(fā)明使得能夠更好地控制所產(chǎn)生的次要物流的質(zhì)量及作為副產(chǎn)品獲 得的水的量和質(zhì)量。例如，與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比二氧化碳的排放 量顯著降低。
將本發(fā)明的方法用于不同原料以及用于相對(duì)較少量的原料例如低 于10, 000噸乙醇/年時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)中的方法相比，在投資和操作費(fèi) 用方面更具成本效益。由于在本發(fā)明的方法中所用的原料由其它工業(yè) 的廢物組成，因而原料的獲得容易且價(jià)格合理。另外，本發(fā)明根據(jù)可
用途的產(chǎn)品而運(yùn)4亍。
同現(xiàn)有技術(shù)中其它與改善乙醇制備相關(guān)的方法相比，本發(fā)明的方 法更為簡(jiǎn)單，而且在使用時(shí)需要進(jìn)行的控制更少，尤其是在乙醇量低 于10， 000噸/年時(shí)。本發(fā)明的裝置簡(jiǎn)單并可建在具有待利用廢物的地 方。
就此而言，本發(fā)明有助于改善運(yùn)輸，因?yàn)槔缈蓪⒁掖?水混合物 在運(yùn)送汽油的卡車返回時(shí)運(yùn)到油及汽油站。


以下將參照附圖通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方式的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳 細(xì)的描述，其中
圖1表示一種根據(jù)本發(fā)明的裝置； 圖2表示第二種根據(jù)本發(fā)明的裝置； 圖3表示第三種根據(jù)本發(fā)明的裝置；
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
與現(xiàn)有技術(shù)中的乙醇制備方法相比，本發(fā)明的方法可提高每發(fā)酵
體積中乙醇的產(chǎn)率。本方法中，乙醇/水混合物被濃縮到乙醇含量約
50重量％。其它的乙醇/水含量也是可行的。作為單獨(dú)的物流，在乙醇 的制備過(guò)程中產(chǎn)生的次要物流可被利用，同時(shí)可控制次要物流的量和 性質(zhì)。本方法中，廢物和廢水的量較小。此外，作為一種副產(chǎn)品，可 獲得純水。
在本方法中，降膜蒸發(fā)過(guò)程可在低壓和低溫下進(jìn)行，從而使存在 于輸入到蒸發(fā)器中的發(fā)酵液中制造乙醇的微生物在蒸發(fā)器的條件下不 會(huì)死亡。例如，使用降膜蒸發(fā)器在0.93 bar的低壓下進(jìn)行蒸發(fā)，可使 蒸發(fā)溫度低于38。C。這樣的話，酵母在返回發(fā)酵容器之前就不會(huì)在蒸 發(fā)器內(nèi)的條件下死亡。如果制造乙醇的微生物在蒸發(fā)前被分離，或者 如果制造乙醇的微生物在發(fā)酵容器內(nèi)附著于載體上而發(fā)揮作用，即固 定化，則蒸發(fā)過(guò)程可在大氣壓下進(jìn)行，這樣使得工藝更為筒單。對(duì)于 發(fā)酵液中含有大量固體物質(zhì)的情況，在蒸發(fā)過(guò)程之前使用分離器可能 也是必要的。以所消耗能量的經(jīng)濟(jì)性來(lái)看，可使用降膜蒸發(fā)器通過(guò)再 循環(huán)將乙醇/水混合物濃縮到最高達(dá)80重量％，即，通過(guò)將冷凝的蒸發(fā) 器蒸發(fā)物返回以形成蒸發(fā)器的進(jìn)料。
實(shí)施例2
本實(shí)施例描述本發(fā)明的一種方法及一種用于實(shí)施該方法的裝置。 就本實(shí)施例的裝置而言，參見(jiàn)圖1。
原料通過(guò)管道1輸入發(fā)酵容器4。任何必要的輔助物質(zhì)和空氣可 通過(guò)管道2和3輸入發(fā)酵容器。如果需要，發(fā)酵容器4中的內(nèi)容物， 尤其是未發(fā)酵的物質(zhì)，可通過(guò)管道6從流程中移出。由乙醇發(fā)酵產(chǎn)生 的氣體一一主要包括C02—一經(jīng)管道5從發(fā)酵容器移出。依據(jù)發(fā)酵液的 組成以及干物質(zhì)的含量和制造乙醇的微生物的量，將發(fā)酵液通過(guò)管道 7、經(jīng)固體物質(zhì)分離器8例如沉降式離心機(jī)、并通過(guò)管道12輸入第一 降膜蒸發(fā)器13,或者通過(guò)管道9直接從發(fā)酵容器4輸入第一降膜蒸發(fā) 器13。富含固體物質(zhì)的淤漿通過(guò)管道10從固體物質(zhì)分離器8返回發(fā) 酵容器4。如果需要，固體物質(zhì)分離器8中富含固體物質(zhì)的淤漿可經(jīng) 管道11導(dǎo)出該流程。來(lái)自第一降膜蒸發(fā)器13的蒸發(fā)物經(jīng)管道14輸入 冷凝器16，液化的物流自該冷凝器經(jīng)管道17引入第二降膜蒸發(fā)器18。 從第一降膜蒸發(fā)器13出來(lái)的不揮發(fā)物質(zhì)經(jīng)管道15輸入發(fā)酵容器。第
二降膜蒸發(fā)器底流中主要為水，通過(guò)管道20移出。第二降膜蒸發(fā)器 18的蒸發(fā)物經(jīng)管道19輸入冷凝器21，并從該冷凝器中經(jīng)管道22輸入 最終冷凝器23,完全冷凝的乙醇/水混合物從該最終冷凝器中經(jīng)管道 24輸入乙醇/水混合物的儲(chǔ)罐25。最終冷凝器的排放氣經(jīng)管道26從流 程中移出。本方法還可在物流12和14之間，及17和19之間使用熱 交換器。最終冷凝器23中流量相對(duì)較小，可在其中使用一個(gè)帶有冷物 質(zhì)循環(huán)的熱交換器，該熱交換器將水冷凝到約201C。在圖l的實(shí)施方 式中，有一個(gè)發(fā)酵容器，但也可有一個(gè)以上串聯(lián)或并聯(lián)的發(fā)酵容器。 在該圖的實(shí)施方式中，存在兩個(gè)串聯(lián)的降膜蒸發(fā)器13和18，但也可 有兩個(gè)以上串聯(lián)的降膜蒸發(fā)器。
發(fā)酵容器4具有三個(gè)不同的運(yùn)行階段l)進(jìn)料2)發(fā)酵并在液面 限度范圍內(nèi)添加物料，及3)發(fā)酵容器的排放。
進(jìn)料階段從原料及任何必要的輔助物質(zhì)經(jīng)管道1和2輸入發(fā)酵容 器4開(kāi)始。如果需要，為提高制造乙醇的微生物的量，可通過(guò)管道3 向發(fā)酵容器中輸入已滅菌的空氣或氧氣。在進(jìn)料階段，關(guān)閉管道7、 9 和6。
在發(fā)酵階段，由管道1向發(fā)酵容器4中加入原料，并且使發(fā)酵容 器的液面、管道22中的乙醇含量和發(fā)酵容器內(nèi)可發(fā)酵的原料中的糖含 量處于限度范圍內(nèi)，并且使能夠水解為可發(fā)酵糖的原料中碳水化合物 的含量處于限度范圍內(nèi)。如果發(fā)酵液中的固體物質(zhì)使降膜蒸發(fā)器存在 被污染的風(fēng)險(xiǎn)，則通過(guò)管道7將發(fā)酵液輸入固體物質(zhì)分離器8。如果 由發(fā)酵液中固體物質(zhì)引起的污染是可容許的，則將發(fā)酵液通過(guò)管道9 直接輸入降膜蒸發(fā)器13。這樣，可從發(fā)酵液中獲得進(jìn)入儲(chǔ)罐25的乙 醇，同時(shí)，水經(jīng)管道20自發(fā)酵液中排出。降膜蒸發(fā)器中的蒸發(fā)可在常 壓下進(jìn)行，由此，排出液的溫度在約80-85°C,或者可在低壓下，例 如O. 93 bar的低壓下進(jìn)行，此時(shí)排出液的溫度在約36°C 。在足夠低 的壓力下蒸發(fā)時(shí)，例如在O. 93 bar的低壓和36匸的溫度下，制造乙 醇的微生物沒(méi)有必要從待蒸發(fā)的溶液中分離，而可將發(fā)酵容器4中的 溶液經(jīng)管道9輸入降膜蒸發(fā)器13并使微生物不死亡。此外，如果制造 乙醇的微生物例如酵母是固定化的，也無(wú)需進(jìn)行分離。在降膜蒸發(fā)器 13和18中使用低壓降低了對(duì)必要的蒸發(fā)能的需求，但增大了冷凝器 16、 21和23的容積并減弱了冷凝器的熱傳遞。
通入降膜蒸發(fā)器13的管道12在發(fā)酵階段的部分時(shí)間內(nèi)可關(guān)閉， 這時(shí)發(fā)酵容器4的液面應(yīng)處于限度范圍內(nèi)并且管道1中的流量應(yīng)處于 限度范圍內(nèi)。平均而言，在產(chǎn)品儲(chǔ)罐25中形成約40重量％的乙醇/水 混合物，應(yīng)牢記這一含量對(duì)進(jìn)一步處理已足夠。
在排放階段，將未發(fā)酵的物質(zhì)和/或其中形成的水一一其影響穩(wěn) 定、連續(xù)的操作一一自發(fā)酵容器4中排出。當(dāng)未發(fā)酵物質(zhì)減弱發(fā)酵效 果并且當(dāng)發(fā)酵容器中可發(fā)酵糖和能夠水解為可發(fā)酵糖的碳水化合物已 盡可能地發(fā)酵耗盡時(shí)，實(shí)施排放階段。在排放階段中，在液面限度范 圍內(nèi)，不能將過(guò)多的原料輸入發(fā)酵容器中。這種情況下，發(fā)酵液經(jīng)管 道7輸入固體物質(zhì)分離器8并由此經(jīng)管道12進(jìn)入降膜蒸發(fā)器13,或 直接進(jìn)入降膜蒸發(fā)器13。當(dāng)發(fā)酵液中乙醇含量足夠低時(shí)，例如O. 5重 量％,將關(guān)閉管道9和管道12，將淤漿經(jīng)管道ll自流程中移出，并將 發(fā)酵容器中未發(fā)酵的物質(zhì)經(jīng)管道6從流程中移出。
在冷凝器16和21中，可使用外部冷卻。在冷凝器23中，必須對(duì) 蒸汽提供足夠低的溫度以使經(jīng)管道26排放的乙醇盡可能少。此外，在 進(jìn)料、發(fā)酵和排放階段，可調(diào)整發(fā)酵容器的溫度一一換言之，使之冷 卻一_是一個(gè)主要的原則。
實(shí)施例3
本實(shí)施例說(shuō)明使用乳清---種乳酪制造工藝的副產(chǎn)品作為本發(fā)
明方法的原料；參照?qǐng)D2。
在乳酪制造過(guò)程中作為副產(chǎn)品形成的典型乳清中，含乳糖4. 8重 量％,其本身可作為制造乙醇的微生物的底物；而且，例如基因修飾的 酵母可作為制造乙醇的微生物。通常，乳清中含有小于3重量％的固體 物質(zhì)。本實(shí)施例中，制造乙醇的微生物借助現(xiàn)有技術(shù)固定于發(fā)酵容器 中，由此，使降膜蒸發(fā)器13和18以及冷凝器16、 21和23在常壓、 80-90'C的溫度下操作。未發(fā)酵的物質(zhì)可用作液體飼料，其中碳水化合 物的含量比之前低，但蛋白質(zhì)的含量比之前顯著地高。在發(fā)酵階段， 在進(jìn)料物流1的流量為0. 9 kg/s時(shí)，出口物流24的流量為0. 054 kg/s 且出口物流中乙醇含量為40重量％。此時(shí)，物流20的流量為0.306 kg/s,并基本由純水構(gòu)成。物流9的流量為1.44 kg/s，其乙醇含量 為1.5重量％，糖含量為1.8重量％。不揮發(fā)物質(zhì)的回流15為1.08kg/s， 其不含乙醇，并且其糖含量為2.4重量％。換言之，本實(shí)施例中，發(fā)酵 液以0.54 kg/s的速率在發(fā)酵容器中累積，即，由于乳清的低糖含量 使本發(fā)明方法為一種半連續(xù)工藝，可在發(fā)酵容器4的液面限度范圍內(nèi) 將乳清輸入流程中。
實(shí)施例4
本實(shí)施例說(shuō)明使用廢面團(tuán)用作本發(fā)明裝置的原料；參見(jiàn)圖3。 廢面團(tuán)中一般含有約50-60重量％的干物質(zhì)，其中60-80重量％為 源自谷物的淀粉并且約5重量％由不同的糖構(gòu)成。將廢面團(tuán)用水稀釋， 在將其輸入本發(fā)明的工藝過(guò)程之前，其中所含的淀粉已水解為糖。本 實(shí)施例中，干物質(zhì)和制造乙醇的微生物一一酵母，在輸入降膜蒸發(fā)器 13和18之前從發(fā)酵液中分離出來(lái)，由此使蒸發(fā)器和冷凝器16、 21和 23在常壓、80-9(TC的溫度范圍內(nèi)操作。未發(fā)酵的物質(zhì)可用作飼料。 在發(fā)酵階段，當(dāng)進(jìn)料物流1的流量為0. 1 kg/s時(shí)，出口物流24的流 量為0.0125 kg/s，且出口物流中乙醇含量為40重量％。此時(shí)，物流 20的流量為0. 0708 kg/s，并基本由純水構(gòu)成。物流12的流量為0. 166 kg/s，其乙醇含量為3. 0重量％，糖含量為4. 0重量％。不揮發(fā)物質(zhì)的 回流15為0. 083 kg/s,其不含乙醇，并且糖含量為9. 0重量％。未發(fā) 酵物質(zhì)以0.0166 kg/s的速率形成，在排放階段將其移出。本實(shí)施例 中，沒(méi)有發(fā)酵液在發(fā)酵容器內(nèi)累積，本發(fā)明的該實(shí)施方式為連續(xù)操作。 實(shí)施本發(fā)明的方法時(shí)，可由食品加工業(yè)、農(nóng)業(yè)及其它工業(yè)產(chǎn)生的 各種次要物流及廢物流制備35-65重量％、優(yōu)選40-50重量％的乙醇/ 水混合物，以備進(jìn)行進(jìn)一步處理以使其具有所需的乙醇含量，從而例 如用作交通工具的燃料，或作為使用乙醇混合物的多種工業(yè)過(guò)程的溶 劑，或用于乙醇或乙醇混合物的其它用途。本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的反 應(yīng)器或發(fā)酵容器中的未發(fā)酵物質(zhì)/廢物可用作動(dòng)物飼料或作為土壤調(diào) 節(jié)劑。
本發(fā)明并不僅僅限于以上提及的其實(shí)施方式的實(shí)施例；相反，由 權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明思想范圍內(nèi)的多種變型也是可行的。
權(quán)利要求
1.一種制備乙醇/水混合物的方法，其中將可發(fā)酵原料(1)和任何必要的輔助物質(zhì)(2，3)輸入反應(yīng)器(4)，所述可發(fā)酵原料選自糖和能夠水解為可發(fā)酵糖的原料；所述原料在反應(yīng)器(4)中發(fā)酵；乙醇/水混合物在蒸發(fā)器(13)中從反應(yīng)器發(fā)酵液中分離出來(lái)；并且將未發(fā)酵的物質(zhì)(6)從反應(yīng)器移出；其特征在于，在發(fā)酵過(guò)程中，將反應(yīng)器(4)的發(fā)酵液(7，9)連續(xù)地輸入第一降膜蒸發(fā)器(13)中；乙醇/水混合物在該第一降膜蒸發(fā)器中蒸發(fā)，將從該蒸發(fā)器獲得的蒸發(fā)物(14)冷凝，并將冷凝的乙醇/水混合物在第二降膜蒸發(fā)器(18)中濃縮，該第二降膜蒸發(fā)器與第一降膜蒸發(fā)器(13)串聯(lián)設(shè)置；水從第二降膜蒸發(fā)器(18)中作為底流(20)移出；并且將不揮發(fā)物質(zhì)(15)從第一降膜蒸發(fā)器(13)中移出并循環(huán)回反應(yīng)器(4)。
2. 如權(quán)利要求1所定義的方法，其特征在于所述反應(yīng)器為發(fā)酵容 器(4)。
3. 如權(quán)利要求1或2所定義的方法，其特征在于所述在第二降膜 蒸發(fā)器(18)中分離的水在該蒸發(fā)器中進(jìn)行循環(huán)，以便在從該蒸發(fā)器 中移出水(20)之前使水中乙醇濃度降到最小。
4. 如權(quán)利要求l-3之一所定義的方法，其特征在于將發(fā)酵液從反 應(yīng)器(4)輸入一個(gè)固體物質(zhì)分離器(8)中，在該分離器中將含固體 物質(zhì)的淤漿(IO， 11)從發(fā)酵液中分離出來(lái)，并將發(fā)酵液(12)從該 固體物質(zhì)分離器輸入第一降膜蒸發(fā)器(13)中。
5. 如權(quán)利要求4所定義的方法，其特征在于將固體物質(zhì)分離器中 分離的含固體物質(zhì)的淤漿(10)循環(huán)回反應(yīng)器(4)。
6. 如權(quán)利要求4所定義的方法，其特征在于將固體物質(zhì)分離器中 分離的含固體物質(zhì)的淤漿(11)從流程中移出。
7. 如權(quán)利要求l-6之一所定義的方法，其特征在于所述方法使用 兩個(gè)以上串聯(lián)的降膜蒸發(fā)器(13, 18),用于分離和濃縮乙醇/水混合 物。
8. 如權(quán)利要求l-7之一所定義的方法，其特征在于將乙醇/水混 合物濃縮到約35-65重量％乙醇的濃度。
9. 如權(quán)利要求l-7之一所定義的方法，其特征在于將乙醇/水混 合物濃縮到約40-50重量°/。乙醇的濃度。
10. 如權(quán)利要求l-9之一所定義的方法，其特征在于原料經(jīng)管道 (1 )輸入發(fā)酵容器(4 );任何必要的輔助物質(zhì)經(jīng)管道(2 )和(3 )輸入該發(fā)酵容器；當(dāng)清空發(fā)酵容器(4)時(shí)，未發(fā)酵的物質(zhì)經(jīng)管道(6) 移出；在發(fā)酵容器(4)中由于乙醇發(fā)酵產(chǎn)生的氣體經(jīng)管道(5)從發(fā) 酵容器中移出；依據(jù)發(fā)酵液的組成，將發(fā)酵液通過(guò)管道(7)、經(jīng)固體 物質(zhì)分離器(8 )輸入第一降膜蒸發(fā)器(13 ),或者直接從發(fā)酵容器(4 ) 經(jīng)管道(9)輸入第一降膜蒸發(fā)器(13);富含固體物質(zhì)的淤漿通過(guò)管 道(10 )從固體物質(zhì)分離器(8 )循環(huán)回發(fā)酵容器(4 )，或者將固體物 質(zhì)分離器(8)中富含固體物質(zhì)的淤漿經(jīng)管道(11)移出流程；來(lái)自第 一降膜蒸發(fā)器(13 )的蒸發(fā)物經(jīng)管道(14 )輸入冷凝器(16 )，液化的 物流自該冷凝器經(jīng)管道(l7 )輸入串聯(lián)的第二降膜蒸發(fā)器(18 );從第 一降膜蒸發(fā)器出來(lái)的不揮發(fā)物質(zhì)經(jīng)管道(15)輸入發(fā)酵容器(4);第 二降膜蒸發(fā)器(18)的底流主要由水構(gòu)成，其通過(guò)管道(20)移出； 第二降膜蒸發(fā)器(18 )的蒸發(fā)物經(jīng)管道(19 )輸入冷凝器(21 ),并從 該冷凝器中經(jīng)管道(22)輸入最終冷凝器(23)，冷凝的乙醇/水混合 物從該最終冷凝器中經(jīng)管道(24)輸入乙醇/水混合物的儲(chǔ)罐(25); 并且將該最終冷凝器的排放氣經(jīng)管道(26)從流程中移出。
11. 一種用于制備乙醇/水混合物的裝置，該裝置包括一個(gè)反應(yīng)器 (4)，原料和任何必要的輔助物質(zhì)輸入該反應(yīng)器中，并且原料在該反應(yīng)器中發(fā)酵為發(fā)酵液； 一個(gè)蒸發(fā)器(13)，在該蒸發(fā)器中，乙醇/水混 合物從發(fā)酵液中分離出來(lái)； 一條用于從反應(yīng)器(4)中排出發(fā)酵液并將 其引入蒸發(fā)器(13)的管道(7， 9， 12);以及一條用于從反應(yīng)器排出 未發(fā)酵物質(zhì)的排放管(6);其特征在于，該裝置包括用于從發(fā)酵液中 分離乙醇/水混合物的第一降膜蒸發(fā)器(13)和用于濃縮乙醇/水混合 物的第二降膜蒸發(fā)器(18 )，并且該第二降膜蒸發(fā)器(18 )與該第一降 膜蒸發(fā)器(13 )串聯(lián)設(shè)置；在將從第一蒸發(fā)器(13 )獲得的乙醇/水混 合物輸入第二蒸發(fā)器(18)之前用于將其冷凝的一個(gè)冷凝器； 一條用 于將第二蒸發(fā)器中的水作為底流排放的排放管(20 );以及一條用于排 出第一蒸發(fā)器(13 )中不揮發(fā)物質(zhì)并將其循環(huán)回反應(yīng)器(4 )的管道(15 )。
12. 如權(quán)利要求11所定義的裝置，其特征在于所述反應(yīng)器為發(fā)酵 容器(4)。
13. 如權(quán)利要求11或12所定義的裝置，其特征在于所述裝置包括一個(gè)固體物質(zhì)分離器(8 )，其置于反應(yīng)器(4 )和第一降膜蒸發(fā)器(13 ) 之間，并且在該固體物質(zhì)分離器中將含固體物質(zhì)的淤漿(10， 11)從 發(fā)酵液中分離出來(lái)。
14. 如權(quán)利要求11-13之一所定義的裝置，其特征在于所述裝置 包括一條用于使含固體物質(zhì)的淤漿從固體物質(zhì)分離器(8 )循環(huán)到反應(yīng) 器(4)的循環(huán)管道(10)。
15. 如權(quán)利要求11-14之一所定義的裝置，其特征在于所述裝置 包括兩個(gè)以上串聯(lián)的用于分離和濃縮乙醇/水混合物的降膜蒸發(fā)器(13， 18)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l-10之一的方法制備的乙醇/水混合物用作一 種燃料組分的用途，其特征在于，將乙醇/水混合物濃縮到所需的乙醇 含量，并將濃縮的乙醇混合物與其它燃料組分混合以形成預(yù)定的燃料 混合物。
17. —種乙醇/水混合物用作一種燃料組分的用途，其特征在于， 將所述乙醇/水混合物濃縮為一種舍量高于85重量％的乙醇混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制備乙醇/水混合物的方法和裝置，其中將可發(fā)酵的原料(1)和必要的輔助物質(zhì)(2，3)輸入反應(yīng)器(4)，該可發(fā)酵原料選自糖和能夠水解為可發(fā)酵糖的原料；將該原料輸入反應(yīng)器(4)，乙醇/水混合物在蒸發(fā)器(13)中從反應(yīng)器發(fā)酵液中分離出來(lái)；并將未發(fā)酵的物質(zhì)(6)從反應(yīng)器移出。根據(jù)本發(fā)明，在發(fā)酵進(jìn)行過(guò)程中，將反應(yīng)器(4)發(fā)酵液連續(xù)地輸入第一降膜蒸發(fā)器(13)中；乙醇/水混合物在該第一降膜蒸發(fā)器(13)中蒸發(fā)，將從該蒸發(fā)器(13)中獲得的蒸發(fā)物(14)冷凝，并將冷凝的乙醇/水混合物在第二降膜蒸發(fā)器(18)中濃縮，該第二降膜蒸發(fā)器與第一降膜蒸發(fā)器(13)串聯(lián)設(shè)置；水從第二降膜蒸發(fā)器(18)中作為底流(20)移出；并且將不揮發(fā)物質(zhì)(15)從第一蒸發(fā)器(13)中移出并循環(huán)回反應(yīng)器(4)。
文檔編號(hào)C12P7/08GK101184849SQ200680018369
公開(kāi)日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月25日
發(fā)明者A·帕薩恩 申請(qǐng)人:St1生物燃料公司