一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法

摘要

本发明介绍了一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，在气提发酵法制备乙醇的过程中，使发酵设备处于磁场环境中。磁场环境可通过永久磁铁或密匝通电螺线圈提供，磁场强度在1~5mT范围内。本发明通过在气提发酵法制备乙醇的过程中，使发酵设备处于磁场环境中，乙醇-水二元体系汽液平衡出现正效应，汽相中乙醇含量增加，从而提高气提效率；另一方面磁场可促进菌种的生长，从而通过复合作用提高发酵强度。

权利要求

1.一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，其特征是：在气提发酵法制备乙醇的过程中，使发酵设备处于磁场环境中；磁场环境通过永久磁铁或密匝通电螺线圈提供，磁场强度在1~5mT范围内；当磁场环境由永久磁铁提供时，磁场方向与载气通入方向相垂直；当磁场环境由密匝通电螺线圈提供时，磁场方向与载气通入方向相平行；发酵的方法为酵母发酵。

2.根据权利要求1所述磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，其特征是：所述的气提发酵法制备乙醇，具体是指在发酵法制备乙醇的过程中，在发酵体系内通入载气，用载气携带发酵体系内的乙醇，降低发酵体系内乙醇的浓度，从而提高发酵强度和增加乙醇产率。

说明书

一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种乙醇发酵工业技术领域，特别是一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法。

背景技术

[0002] 乙醇俗称酒精，是重要的有机化工原料和溶剂。特别近些年来，随着石油资源的枯竭和环境的恶化，以乙醇作为替代燃料成为国家的战略。目前，燃料乙醇工业生产成本高还无法与汽油竞争。

[0003] 乙醇发酵过程是典型的产物抑制过程，随着发酵过程中乙醇浓度的增加，发酵强度逐渐降低，因而生产能力低，用水量大。为此出现了真空发酵、萃取发酵、膜分离发酵、气提发酵等工艺，在发酵的同时分离乙醇，从而提高发酵强度。其中，气提发酵工艺简单，具有易于工业化的前景。但目前气提发酵效率还较低，这受到两方面的制约：一是气提过程乙醇分离能力；二是气提过程菌体发酵能力。气提过程本质是汽液平衡过程，随着载气通气量的增大、体系温度的增加，汽相乙醇含量增加，有利于乙醇的分离，气提效率高。但通常乙醇发酵过程体系温度由菌种决定，发酵温度通常为30℃~37℃，气提效率较低。而通气量受空气压缩机能力的制约。研究也发现随着通气量的增大，菌体细胞的生长呈现先促进后抑制的趋势。如何提高气提效率，以及菌体在大通气量时的生长能力进一步提高气提发酵效率的关键。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，提高乙醇发酵强度。

[0005] 为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

[0006] 本发明的一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，采取如下技术方案：在气提发酵法制备乙醇的过程中，使发酵设备处于磁场环境中。

[0007] 进一步的，本发明的磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，所述的磁场环境通过永久磁铁或密匝通电螺线圈提供，磁场强度在1~5mT范围内。更进一步的，当磁场环境由永久磁铁提供时，磁场方向与载气通入方向相垂直；当磁场环境由密匝通电螺线圈提供时，磁场方向与载气通入方向相平行。

[0008] 进一步的，本发明的磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，所述的气提发酵法制备乙醇，具体是指在发酵法制备乙醇的过程中，在发酵体系内通入载气，用载气携带发酵体系内的乙醇，降低发酵体系内乙醇的浓度，从而提高发酵强度和增加乙醇产率。

[0009] 通过增加磁场作用，磁场可使乙醇-水二元体系汽液平衡出现正效应，汽相中乙醇含量增加，从而提高气提效率；另一方面磁场可促进菌种的生长，从而通过复合作用提高发酵强度。

[0010] 气提过程可采用二氧化碳、氮气等惰性气体作为载气。

[0011] 通过采用上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：

[0012] 本发明的一种磁场辅助气提发酵生产乙醇的方法，通过在气提发酵法制备乙醇的过程中，使发酵设备处于磁场环境中；乙醇-水二元体系汽液平衡出现正效应，汽相中乙醇含量增加，从而提高气提效率；另一方面磁场可促进菌种的生长，从而通过复合作用提高发酵强度。相比普通发酵发酵强度提高20%~60%，相比气提发酵发酵强度提高10%~20%。

附图说明

[0013] 图1是实验流程示意图。

[0014] 1 、CO2钢瓶，2、 转子流量计，3、反应器，4、 温度计，5 、气体分布器，6 、取样口，7 、加热带，8、 螺线圈，9 、PID温控仪，10、 接收装置，11、 冷凝装置。

具体实施方式

[0015] 实施例1

[0016] 发酵采用气升式发酵罐如图1，高径比为6：1，工作体积为1L。惰性气体从反应器底部通入，用金属丝网作气体分布器。气体由钢瓶提供，通过转子流量计控制流量。磁场由100匝通电螺线圈提供，强度为3. 14mT。尾气中的乙醇和水经过冷凝收集。发酵初始葡萄糖浓度为150g/L，酵母接种量为1g/L，发酵温度为37℃。发酵罐底部通入CO2作为载气。发酵初期，保持较低的通气量，起搅拌作用。当发酵醪中乙醇浓度达到40g/L时，载气通气量提高至3vvm，气提尾气经冷凝温度－20℃以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。发酵醪中葡萄糖浓度低于10g/L时，发酵结束，结束时间为48小时，相比普通发酵时间缩短24小时，相-1 -1
比气提发酵时间缩短7小时。乙醇发酵强度达到1.531 gh L ，磁场辅助气提发酵相比气提发酵发酵强度提高14.6%，相比普通发酵提高51.4%

[0017] 实施例2

[0018] 采用和实施例1相同的设备。磁场由永久磁铁提供，强度为1.15mT。尾气中的乙醇和水经过冷凝收集。发酵初始葡萄糖浓度为220 g/L，酵母接种量为5 g/L，发酵温度为35℃。发酵罐底部通入氮气作为载气。发酵初期，保持较低的通气量，起搅拌作用。当发酵醪中乙醇浓度达到40 g/L时，载气通气量提高至3vvm，气提尾气经冷凝温度－20℃以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。发酵醪中葡萄糖浓度低于10g/L时，发酵结束，结束时间为32小时，相比普通发酵时间缩短11小时，相比气提发酵时间缩短4时。乙醇发酵强度达到3.15 -1 -1
gh L ，磁场辅助气提发酵相比气提发酵发酵强度提高15.8 %，相比普通发酵提高31.8 %。

[0019] 对比例

[0020] 采用和实施例1相同的设备。但是没有外加磁场。尾气中的乙醇和水经过冷凝收集。发酵初始葡萄糖浓度为150 g/L，酵母接种量为1g/L，发酵温度为37℃。发酵罐底部通入CO2作为载气。发酵初期，保持较低的通气量，起搅拌作用。当发酵醪中乙醇浓度达到40 g/L时，载气通气量提高至3vvm，气提尾气经冷凝温度－20℃以下的冷凝器收集移除的乙醇溶液。发酵醪中葡萄糖浓度低于10g/L时，发酵结束，结束时间为55小时。乙醇发酵-1 -1
强度达到1.336 gh L 。