专利名称：无蒸馏过程的乙醇生产工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于乙醇生产技术领域，特别涉及一种无蒸馏过程的乙醇生产工艺。
背景技术：
现有乙醇及燃料乙醇生产过程为原料制备—→发酵—→蒸馏—→乙醇—→脱水—→无水乙醇—→燃料乙醇。原料制备分为淀粉质、糖蜜和纤维原料的制备。淀粉质原料需要进行除杂、粉碎等预处理，再经糖化液化处理后进行发酵。糖蜜原料需进行稀释之后再进行发酵。纤维原料需要进行酸水解或酶水解然后进行发酵。酒精发酵包括酒精酵母的制备、扩大培养及工业发酵，最后得到成熟的发酵醪。
在酒精工业生产中，从发酵成熟醪到成品酒精一般需要经过蒸馏工段，蒸馏工段分为两步其一是将酒精和所有挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来—蒸馏过程(又称粗馏)。蒸馏的结果是得到粗酒精和酒糟(包括水和不挥发性杂质)，所用的设备称为蒸馏塔(醪塔或粗馏塔)；其二是除去粗酒精中的杂质，进一步提高酒精浓度的过程。所用的设备为精馏塔，可得到成品和杂醇油等副产品。国内外乙醇生产都采用连续蒸馏、精馏工艺，该工艺又分为两塔流程、三塔流程和多塔流程。精馏塔是其中最重要的操作设备，它的操作稳定与否直接关系到产品质量的高低。蒸馏工段是能耗最大的工段，约占酒精(此时95％(W)酒精为成品)生产总能耗的60％左右。
无水乙醇制备的方法可归纳为两大类精馏法和吸附法。精馏法又分为共沸脱水法、离子交换脱水法和加盐脱水法等。这种共沸精馏法所用的能耗占整个无水乙醇生产过程总能耗的1/3左右，因此这种方法能耗太高，同时还有污染物排放；吸附法因采用的吸附剂不同而不同，一般以石灰、金属钠、硅胶、分子筛、谷物为吸附剂进行脱水。该法具有能耗低、生产过程无三废和生产成本低的特点，应用越来越广泛。国内外乙醇生产厂中以分子筛吸附法应用居多，但是存在着吸附剂价格偏高、成品得率偏低的缺陷；谷物吸附法以美国应用居多，与分子筛法相比，价格低廉，应用前景很好，但是流体通过时吸附剂阻力大，再生时能耗较高。
燃料乙醇是在无水乙醇中加入变性剂得到的，燃料乙醇的生产成本主要取决于无水乙醇生产能耗的高低。
发明内容
本发明目的在于提供一种能耗低的无蒸馏过程的乙醇生产工艺。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案无蒸馏过程的乙醇生产工艺，包括原料和菌种在常压发酵罐中的发酵过程，发酵后的物料进入真空闪蒸器进行闪蒸分离，经闪蒸器分离出的乙醇、水混合气体进入冷凝器冷凝，冷凝所得乙醇水溶液经汽化器汽化并经吸附塔除去水分得高浓度乙醇；经闪蒸分离器分离出的液体返回发酵罐进一步发酵。
闪蒸分离步骤包括两级以上闪蒸分离，末级闪蒸分离出的液体部分返回发酵罐、部分经加热后返回末级闪蒸器继续闪蒸分离。
汽化器底部物料抽出经过加热再返回汽化器进行汽化。
加热热源为生产过程中产生的低品位热源。
本发明中的乙醇生产装置包括常压发酵罐，发酵罐物料出口通过管路与真空闪蒸器物料进口连接，闪蒸器气态物料出口依次通过管路与换热器、汽化器、脱水塔连接；闪蒸器液态物料出口通过串接有抽吸泵的管路与发酵罐连接。
闪蒸器包括顶部连接真空泵的一级闪蒸器，一级闪蒸器出料口通过管路与次级闪蒸器进料口连接，末级闪蒸器气态物料出口通过管路与真空换热器进料口连接，真空换热器出料口与汽化器上部进料口连接；末级闪蒸器液态物料出口通过串接有抽吸泵的管路与发酵罐连接。
末级闪蒸器底部出料口通过串接有抽吸泵和换热器的管路与所述出料口上方的进料口连接。
汽化器底部出料口通过串接有抽吸泵和换热器的管路与所述出料口上方的进料口连接。
本发明提供了一种边发酵边分离、从而解除代谢产物反馈抑制的乙醇发酵脱水一体化乙醇生产工艺，去掉了无水乙醇生产过程中能耗最大的蒸馏过程，实现了无精馏过程的乙醇生产，可大大减少生产能耗、降低燃料乙醇的生产成本。利用本发明可将发酵罐内代谢产物的浓度控制在4％(wt)以下，醪液经闪蒸器分离后，回到发酵罐内的乙醇浓度低于1‰(wt)，以此解除代谢产物的反馈抑制，提高发酵产率；通过两级或两级以上闪蒸后分离所得产物，再汽化进入吸附脱水塔进行脱水得到的产品符合国家燃料乙醇标准GB18350-2001；闪蒸器使用工厂中大量存在的低品位热(40℃-90℃)维持真空分离过程，可大幅度节能，实现余热再利用。
本发明适用于所有乙醇生产原料，基础原料可采用连续添加，实现连续生产。
图1为实施例1中装置结构示意图；图2为实施例2中装置结构示意图；图3为实施例3中装置结构示意图。
具体实施例方式
实施例1、无蒸馏过程的乙醇生产工艺，包括原料和菌种在常压发酵罐中的发酵过程，发酵后的物料进入两级真空闪蒸器进行闪蒸分离，经闪蒸器分离出的乙醇、水混合气体进入冷凝器冷凝，冷凝所得乙醇水溶液经汽化器汽化并经吸附塔除去水分得高浓度乙醇；经闪蒸分离器分离出的液体返回发酵罐进一步发酵。加热热源为生产过程中产生的低品位热源。本实施例所用装置包括发酵罐1，发酵罐1为常压发酵罐，发酵罐1物料出口通过管路与连接真空泵3的一级闪蒸器2进料口连接，一级闪蒸器2底部出料口通过管路与二级闪蒸器5进料口连接，二级闪蒸器5顶部的气态物料出口通过管路与带真空泵7的换热器6进料口连接，换热器6出料口与汽化器8上部进料口连接，汽化器8顶部物料出口通过管路与脱水塔11进料口连接，脱水塔11顶部设有产物出口。二级闪蒸器5液态物料出口通过串接有抽吸泵4的管路与发酵罐1底部连接。
实施例2、本实施例中，末级闪蒸分离出的液体部分返回发酵罐、部分经加热后返回末级闪蒸器。本实施例所用装置中，二级闪蒸器5底部出料口通过串接有抽吸泵12和换热器13的管路与所述出料口上方的进料口连接，通过换热器13可利用乙醇生产过程中低品位热能对物料加热，加速物料分离。其他同实施例1。
实施例3、本实施例中，汽化器底部物料抽出经过加热再返回汽化器进行汽化。本实施例中所用装置中，汽化器8底部出料口通过串接有抽吸泵10和换热器9的管路与所述出料口上方的进料口连接，通过换热器9可利用乙醇生产过程中低品位热能对物料加热，加速物料汽化。其他同实施例2。
上述实施例中，原料和菌种加入到发酵罐中进行发酵，当发酵液中的酒精浓度达到4-5％(wt)(以下均为质量百分比浓度)时，启动两级或两级以上真空闪蒸装置，末级闪蒸器闪蒸出的乙醇、水混合气经冷凝器冷凝后的液体称为淡酒(乙醇含量≥20％)，进入收集器中，末级真空闪蒸器底部的液体(乙醇含量≤1‰)再回到发酵罐。这样一方面减少了发酵液中的乙醇积累量，减少对酵母的抑制作用；另一方面还起到了发酵液强制循环的目的，克服了由于静止发酵局部乙醇浓度过高抑制酵母生长的不利影响。利用工厂中大量存在的40-90℃低品位热源加热，使淡酒进入汽化器中，进一步汽化变成64.9％乙醇气体，再进入脱水吸附塔吸附脱水，然后经冷凝器冷凝成为≥99.6％的无水乙醇。
权利要求
1.无蒸馏过程的乙醇生产工艺，其特征在于，包括原料和菌种在常压发酵罐中的发酵过程，发酵后的物料进入真空闪蒸器进行闪蒸分离，经闪蒸器分离出的乙醇、水混合气体进入冷凝器冷凝，冷凝所得乙醇水溶液经汽化器汽化并经吸附塔除去水分得高浓度乙醇；经闪蒸分离器分离出的液体返回发酵罐进一步发酵。
2.如权利要求1所述的无蒸馏过程的乙醇生产工艺，其特征在于，闪蒸分离步骤包括两级以上闪蒸分离，末级闪蒸分离出的液体部分返回发酵罐、部分经加热后返回末级闪蒸器继续闪蒸分离。
3.如权利要求2所述的无蒸馏过程的乙醇生产工艺，其特征在于，汽化器底部物料抽出经过加热再返回汽化器进行汽化。
4.如权利要求2或3所述的无蒸馏过程的乙醇生产工艺，其特征在于，加热热源为生产过程中产生的低品位热源。
全文摘要
无蒸馏过程的乙醇生产工艺，属于乙醇生产技术领域。包括原料和菌种在常压发酵罐中的发酵过程，发酵后的物料进入真空闪蒸器进行闪蒸分离，经闪蒸器分离出的乙醇、水混合气体进入冷凝器冷凝，冷凝所得乙醇水溶液经汽化器汽化并经吸附塔除去水分得高浓度乙醇；经闪蒸分离器分离出的液体返回发酵罐进一步发酵。闪蒸分离步骤包括两级以上闪蒸分离，末级闪蒸分离出的液体部分返回发酵罐、部分经加热后返回末级闪蒸器。汽化器底部物料抽出经过加热再返回汽化器进行汽化。加热热源为生产过程中产生的低品位热源。本发明工艺简便，能耗低。
文档编号C12P7/06GK1896253SQ20061001788
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者马晓建, 李洪亮, 陈俊英, 方书起, 韩秀丽, 常春, 刘利平 申请人:郑州大学生化工程中心