專利名稱：從水溶液能量有效地分離乙醇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從水溶液能量有效和選擇性地萃取乙醇。

背景技術(shù)：
從20世紀(jì)80年代早期人們就已經(jīng)從事使用液體溶劑從水溶液萃取乙醇的工 作。例如，1984年，Munson和King出版了"影響從水溶液萃取乙醇的溶劑選擇的因素 (Factors Influencing Solvent Selection for Extraction ofEthanol from Aqueous Solutions)"，工業(yè)禾口工禾呈4t學(xué)工藝i殳計(jì)禾口開發(fā)(Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development) ， 23，第109-115頁(yè)。Munson和King考察了用于從稀水 溶液萃取乙醇的溶劑和溶劑混合物。他們根據(jù)能力和選擇性將結(jié)果制成表格，能力用分配 系數(shù)表示，選擇性用分離因子表示。M皿son和King顯示，分配系數(shù)增大一般與分離因子減 小相關(guān)。因此，隨著溶劑萃取乙醇的有效性的增大，不幸的是，溶劑排斥水的有效性減小。
已經(jīng)證明，之前公開的使用油從稀水溶液萃取乙醇的方法在能量和經(jīng)濟(jì)方面是低 效的。例如，Metha和Fraser在"用于分離乙醇和水的新穎萃取工藝(ANovel Extraction Process for S印arating Ethanol and Water)"，工業(yè)和工程化學(xué)工藝設(shè)計(jì)和開發(fā)，24， 1985，第556-560頁(yè)中詳細(xì)說明了使用輕質(zhì)石蠟油從水萃取乙醇的方法。他們的方法利用 乙醇-水-石蠟油體系的三元相行為。所提出的工藝歷程要求30-115t:的工藝溫度。該報(bào) 告沒有提供最佳工藝條件。乙醇沸點(diǎn)為7『C。而且，為了使該工藝具有有利的能量輸入，該 工藝要求石蠟油與提取的乙醇一起流動(dòng)。因?yàn)槭炗偷膬r(jià)值大于乙醇的價(jià)值，因此并不清 楚所提出的工藝具有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 關(guān)于萃取乙醇的許多已公開的方法需要蒸餾步驟以從水去除乙醇，這個(gè)步驟在 能量和經(jīng)濟(jì)方面是低效的，是不必需的附加步驟。例如，美國(guó)專利第4409406、4865973、 4770780、5036005和5215902號(hào)各自揭示了需要蒸餾步驟以從水去除乙醇的用于萃取乙醇 的方法。 其他人還提出使用二氧化碳作為從水溶液萃取乙醇的主要萃取劑。但是這些方法
受到乙醇-水和C02之間分配系數(shù)的限制，許多研究者例如Krukonis(圖8. ll，第173頁(yè)，
McHugh， M. ， Krukonis， V.，超臨界流體萃取(SupercriticalFluid Extraction)，第2版，
Butterworth-Heinemann， 1994)測(cè)得該系數(shù)約為0. 1。相對(duì)于常規(guī)兩相蒸餾工藝，這些工藝
并沒有能量?jī)?yōu)勢(shì)。參見例如美國(guó)專利第4842693、5160044和4770780號(hào)。 仍然需要從稀水溶液能量和經(jīng)濟(jì)有利地萃取乙醇。本發(fā)明解決了這個(gè)和其他需要。 發(fā)明概述本發(fā)明提供了用于從乙醇-水溶液萃取乙醇的方法和系統(tǒng)。在一些實(shí)施方式中，該方法包括 a)將乙醇-水溶液與包含酯化脂肪酸的第一溶劑混合，其中該酯化脂肪酸包含羥 基化脂肪酸組分和醇組分，該醇組分是C3_C6的醇，其中乙醇在該乙醇_水溶液和該第一溶 劑的混合物中的分配系數(shù)至少為0. 02，有利于乙醇從該乙醇-水溶液轉(zhuǎn)移至該第一溶劑， 從而將乙醇從該乙醇-水溶液萃取至該第一溶劑中；
b)分離該第一溶劑和該乙醇_水溶液； c)使第一溶劑與二氧化碳接觸，其中所述二氧化碳為液體或接近超臨界相，其中
乙醇在該第一溶劑和該二氧化碳的混合物中的分配系數(shù)至少為0. l，有利于乙醇從該第一
溶劑轉(zhuǎn)移至該二氧化碳，從而將乙醇從該第一溶劑萃取至該二氧化碳中；禾口 d)將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相，從而從該二氧化碳釋放乙醇，產(chǎn)生乙醇濃度大于起始
乙醇-水溶液中乙醇濃度的溶液。在一些實(shí)施方式中，產(chǎn)生基本純的乙醇溶液。 在一些實(shí)施方式中，該乙醇-水溶液包含小于99%的乙醇(體積/體積(v/v))。
在一些實(shí)施方式中，該乙醇_水溶液是稀乙醇溶液。在一些實(shí)施方式中，該乙醇_水溶液是
發(fā)酵液。 在一些實(shí)施方式中，該酯化脂肪酸的羥基化脂肪酸組分是蓖麻油酸。在一些實(shí)施 方式中，該酯化脂肪酸是甘油三酯。在一些實(shí)施方式中，該甘油三酯包含l-3個(gè)蓖麻油酸取 代基。 在一些實(shí)施方式中，醇組分是甘油。 在一些實(shí)施方式中，第一溶劑是蓖麻油。 在一些實(shí)施方式中，第一溶劑在逆流柱中與二氧化碳接觸。 在一些實(shí)施方式中，萃取乙醇時(shí)并不通過蒸餾步驟從水去除乙醇，S卩，不對(duì)乙 醇-水流進(jìn)行蒸餾。 在一個(gè)進(jìn)一步的方面中，本發(fā)明提供用于從乙醇-水溶液萃取乙醇的系統(tǒng)。在一 些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)包括 接受乙醇_水溶液和第一溶劑的液體進(jìn)料口 ； 構(gòu)造成能連續(xù)混合乙醇_水溶液和第一溶劑的混合器，其中乙醇_水溶液包含乙 醇，第一溶劑包含酯化脂肪酸，其中酯化脂肪酸包含羥基化脂肪酸組分和醇組分，所述醇組 分是C3_C6的醇，其中乙醇在乙醇-水溶液和第一溶劑的混合物中的分配系數(shù)至少為0. 02， 有利于乙醇從乙醇_水溶液轉(zhuǎn)移至第一溶劑，從而將乙醇從乙醇_水溶液萃取至第一溶劑 中，所述液體進(jìn)料口的構(gòu)造能與混合器流體連通；
構(gòu)造成能用來與混合器流體連通的分離容器； 構(gòu)造成能用來以二氧化碳萃取乙醇的萃取容器，其中二氧化碳為液體或接近超臨 界相，其中乙醇在第一溶劑和二氧化碳的混合物中的分配系數(shù)至少為0. l，有利于乙醇從第 一溶劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳，從而將乙醇從第一溶劑萃取至二氧化碳中，萃取容器的構(gòu)造能與 分離容器流體連通； 構(gòu)造成能用來將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相的汽化器，從而從二氧化碳釋放乙醇，由此 從乙醇_水溶液萃取乙醇，該汽化器的構(gòu)造能與萃取容器流體連通；禾口
構(gòu)造成能用來接受乙醇的收集器，該收集器的構(gòu)造能與汽化器流體連通。
在一些實(shí)施方式中，乙醇-水溶液是發(fā)酵液。
在--些實(shí)施方式中，混合器是在線混合器。在--些實(shí)施方式中，分離容器是離心機(jī)。在--些實(shí)施方式中，萃取容器是逆流柱。在--些實(shí)施方式中，汽化器進(jìn)一步包括用于汽化和回收液體二氧化碳的熱泵。在--些實(shí)施方式中，收集器是旋風(fēng)分離器。在--些實(shí)施方式中，分離容器與液體進(jìn)料口流體連通用于再循環(huán)乙醇-水溶液。
在一些實(shí)施方式中，萃取容器與液體進(jìn)料口流體連通用于再循環(huán)第一溶劑。 在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷凝器，用于將氣相二氧化碳轉(zhuǎn)化成液體或 接近超臨界相，冷凝器的構(gòu)造能與收集器流體連通。 在一些實(shí)施方式中，冷凝器與萃取容器流體連通用于再循環(huán)二氧化碳。
在一些實(shí)施方式中，系統(tǒng)使得能夠進(jìn)行連續(xù)流工藝。 在一些實(shí)施方式中，萃取乙醇時(shí)并不通過蒸餾步驟從水去除乙醇，S卩，不對(duì)乙
醇-水物流進(jìn)行蒸餾。
定義 如本文所用，術(shù)語"羥基化脂肪酸"表示具有8-30個(gè)碳且被一個(gè)或多個(gè)羥基取代 的羧酸。羥基化脂肪酸可以是飽和的、單不飽和的或多不飽和的。適用于本發(fā)明的羥基化 脂肪酸還包括支鏈的羥基化脂肪酸，例如異-脂肪酸。適用于本發(fā)明的羥基化脂肪酸的例 子包括但并不限于以下脂肪酸的羥基化形式癸酸(C10)，月桂酸(C12)，肉豆蔻酸(C14)， 棕櫚酸(C16)，棕櫚油酸(C16)，硬脂酸(C18)，異硬脂酸(C18)，油酸(C18)，十八碳烯酸 (vaccenic acid) (C18)，亞油酸(C18) ， a -亞油酸(C18) ， Y -亞油酸(C18)，花生酸(C20)， 二十碳烯酸(C20)，花生四烯酸(C20)，二十碳五烯酸(C20)，山崳酸(C22)，芥酸(C22)， 二十二碳六烯酸(C22)，二十四酸(C24)和二十六酸(C26)。適用于本發(fā)明的羥基化脂肪酸 的其他例子包括但并不限于蓖麻油酸，十八碳二烯酸(dimorphencolic acid)，羥基十六酸 和羥基二十二酸。本發(fā)明的羥基化脂肪酸還可以被環(huán)氧基、醚、酮類和酯之類的基團(tuán)取代。
術(shù)語"醇組分"表示具有3-10個(gè)碳原子和一個(gè)或多個(gè)羥基的直鏈或支鏈的飽和的 基。所述醇組分的烷基部分可以是丙基，丁基，戊基，己基，異丙基，異丁基，仲丁基，叔丁基 等。適用于本發(fā)明的醇組分包括但并不限于丙醇，異丙醇，甘油，丁醇，異丁醇，叔丁醇，戊醇 和己醇等。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其他醇組分也適用于本發(fā)明。 術(shù)語"酯化脂肪酸"表示用如上所述的醇組分酯化的如上所述的羥基化脂肪酸。所 述醇組分可具有一個(gè)或多個(gè)羥基，由此可酯化一個(gè)或多個(gè)羥基化脂肪酸。本發(fā)明的酯化脂 肪酸的一個(gè)例子是甘油三酯，即用三個(gè)羥基化脂肪酸酯化的甘油。本發(fā)明的酯化脂肪酸的 羥基化脂肪酸組分包括但并不限于羥基化脂肪酸例如蓖麻油酸。本發(fā)明的酯化脂肪酸的例 子包括式I的化合物
O OH其中1是1-4的整數(shù)，包括1、2、3和4，且m和n獨(dú)立地是1_26的整數(shù)，其中m和n之和至少為5且不大于27。如上所述，酯化脂肪酸的醇組分可具有另外的羥基取代基。如 上所述，本發(fā)明的酯化脂肪酸的羥基化脂肪酸組分可具有另外的羥基取代基，這些取代基 是支鏈或非支鏈的、是飽和或不飽和的。本發(fā)明的酯化脂肪酸還包括式II的甘油三酯化合 物<formula>formula see original document page 7</formula> 其中m、m'、m"、n、n，禾P n"獨(dú)立地是1-26的整數(shù)，其中m禾P n之禾P、m，禾P n，之禾口、 m"和n"之和各自獨(dú)立地至少為5且不大于27。本發(fā)明的酯化脂肪酸的其他例子包括蓖麻 油酸的酯，例如在蓖麻油中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其他酯化脂肪酸也可用于本發(fā)明中。
術(shù)語"第一溶劑"表示能從乙醇-水溶液萃取乙醇的溶劑。第一溶劑優(yōu)選能使乙 醇具有至少0. 02的分配系數(shù)，有利于乙醇轉(zhuǎn)移至第一溶劑，當(dāng)乙醇的分配系數(shù)至少為0. 1 時(shí)，有利于乙醇從第一溶劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳。第一溶劑包含酯化脂肪酸，其中酯化脂肪酸包 括如上所述的羥基化脂肪酸。適合作為本發(fā)明第一溶劑的溶劑是那些具有高百分比羥基化 脂肪酸的溶劑。適用于本發(fā)明的第一溶劑的一個(gè)例子是蓖麻油，具有約85-95%蓖麻油酸的 組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，其他溶劑也適用于本發(fā)明中。 術(shù)語"萃取"表示將混合物的一種組分提取至另一混合物的過程。在本發(fā)明中，首 先將乙醇-水溶液中的乙醇提取至酯化脂肪酸的第一溶劑，然后從酯化脂肪酸的第一溶劑 提取至二氧化碳。 短語"轉(zhuǎn)化成氣相"表示改變二氧化碳設(shè)備的溫度和壓力從而將液相或接近超臨 界相的二氧化碳轉(zhuǎn)變成氣相的步驟。 術(shù)語"液相"表示二氧化碳處于形成液相的合 適溫度和壓力條件下。如果溫度和 壓力低于二氧化碳臨界點(diǎn)(30. 978t:和73. 773巴)，則僅通過壓力、僅通過溫度、或通過溫 度和壓力的組合，可獲得二氧化碳的液相。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解形成二氧化碳液相的合 適溫度和壓力。 術(shù)語"超臨界相"表示二氧化碳處于形成超臨界相或接近超臨界相的合適溫度和
壓力條件下。當(dāng)溫度和壓力超過30. 978t:的臨界溫度和73. 773巴的臨界壓力時(shí)，存在這種
超臨界相。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解形成二氧化碳超臨界相的合適溫度和壓力。 術(shù)語"再循環(huán)"表示處理材料使得材料能被再利用。萃取乙醇和汽化之后，將二氧
化碳冷凝回到液相，并返回至用二氧化碳萃取乙醇的步驟。所述再循環(huán)防止資源浪費(fèi)，減少原料消耗并減少能量使用。 術(shù)語"再利用"表示在隨后時(shí)間使用已經(jīng)用過且廢棄的物品的事項(xiàng)。在本發(fā)明中， 將萃取中使用的二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相從而分離乙醇。所述氣相二氧化碳經(jīng)過冷凝再循環(huán)， 并供應(yīng)回到萃取設(shè)備，由此再利用，用以從第一溶劑萃取附加的乙醇。 術(shù)語"逆流柱"表示其中液液分離使用逆流技術(shù)進(jìn)行的柱。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解適用于本發(fā)明方法的逆流技術(shù)。 術(shù)語"分配系數(shù)"表示在平衡時(shí)兩種不可混溶溶劑的混合物的兩個(gè)相中一種化合 物的全部形式(電離和非電離的)的各種濃度的比值。參見Leo等，ChemRev(1971)71(6) 第525-616頁(yè)。可使用分配系數(shù)作為化學(xué)物質(zhì)為親水性或疏水性的量度。分配系數(shù)描述化 合物的pH依賴的疏水性，與P(配分系數(shù))相關(guān)，只描述中性(即，非電離的)化合物的疏 水性。分配系數(shù)可以用"K"或"D"表示。D(或K)是一種溶劑中某溶質(zhì)(例如乙醇、蓖麻 油)各種形式的濃度之和與在其他溶劑中溶質(zhì)各種形式的濃度之和的比值，其中濃度的單 位可以是重量百分比、摩爾百分比或克/毫升，可通過以下等式計(jì)算 [OOSS] D有機(jī),水二 [溶質(zhì)]有機(jī)/[溶質(zhì)]水 可使用本領(lǐng)域中已知的任何方法計(jì)算分配系數(shù)。示例方法包括(i)搖瓶或搖管法 和(ii)高效液相色譜(HPLC)或氣相色譜(GC)。在搖瓶法中，在有機(jī)相溶劑和水相溶劑混 合物的各等體積量混合物中將所討論的溶質(zhì)稀釋或溶解達(dá)到平衡，然后測(cè)量該溶質(zhì)在各溶 劑中的濃度，例如通過HPLC、GC、UV/VIS光譜。在HPLC中，可通過將該溶質(zhì)的保留時(shí)間與已 知D值的類似化合物相關(guān)聯(lián)而確定其D值。 術(shù)語"分離因子"表示自相容單元中兩種不同分配系數(shù)的倍數(shù)差異或比值的量度。 分離因子可以用"a "表示，通過用一種分配比值除以另一種分配比值來計(jì)算。分離因子是 某系統(tǒng)對(duì)分離兩種溶質(zhì)的能力的量度。 短語"連續(xù)流工藝"表示具有恒定輸入和輸出的過程。例如，當(dāng)發(fā)酵沒有被溶劑毒 化時(shí)，將連續(xù)產(chǎn)生乙醇，可通過虹吸進(jìn)入萃取過程中。通過虹吸移走乙醇保持低濃度乙醇， 使得發(fā)酵能無限地繼續(xù)。連續(xù)流工藝與需要間歇或不連續(xù)處理的工藝相反。
短語"乙醇-水溶液"表示包含水和乙醇的溶液。溶液可包含最多約99 % (v/v)的 乙醇，例如約99%、97%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、25%、20%、15%、 10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1% (v/v)的乙醇。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本 發(fā)明的乙醇_水溶液中可存在其他量的乙醇。 短語"稀乙醇-水溶液"表示包含水和等于或小于約20% (v/v)的乙醇的溶液，例 如，等于或小于約15%、10%、5%、4%、3%、2%或1% (v/v)的乙醇。
"基本純的乙醇溶液"表示包含至少99%乙醇的溶液。"高乙醇濃度溶液"表示經(jīng)過本發(fā)明的萃取工藝、與原料乙醇溶液相比乙醇濃度明 顯更高的乙醇溶液。確定乙醇溶液(例如乙醇-水溶液)中的乙醇濃度是本領(lǐng)域中眾所周 知的。可使用本領(lǐng)域中的任何已知方法確定乙醇濃度，包括例如氣相色譜或Karl-Fischer 滴定分析。濃度的變化量通常將取決于原料溶液中的乙醇濃度。萃取低乙醇濃度的原料乙 醇_水溶液將得到具有相對(duì)較高乙醇濃度的最終產(chǎn)品。已知化驗(yàn)方法能檢測(cè)至少約0. 1% 的乙醇濃度變化。使用本發(fā)明的萃取方法，最終產(chǎn)品溶液可具有至少比原料乙醇-水溶液 多約O. 1%的乙醇濃度，例如至少多約0. 5%、1%、2%、5%、10%、20%、30%。
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短語"流體連通"表示至少兩個(gè)單元以某種方式連接，使得來自一個(gè)單元的流體介 質(zhì)能夠自由流動(dòng)至第二個(gè)單元。這兩個(gè)單元可任選通過流體介質(zhì)流動(dòng)控制器(例如閥)連 接。 附圖簡(jiǎn)要說明


圖1說明本發(fā)明用于從乙醇_水溶液萃取乙醇的一種實(shí)施方式。
圖2說明本發(fā)明工藝的流程圖。
詳細(xì)說明
I.簡(jiǎn)述 本發(fā)明是用于從乙醇在水中的稀溶液有效分離乙醇的工藝。這種分離通過以下方 式實(shí)現(xiàn)首先使用主要脂肪酸溶劑，例如甘油三酯脂肪酸溶劑，所述溶劑具有乙醇在水溶液 和有機(jī)溶劑之間的有利分配系數(shù)并且對(duì)于發(fā)酵液沒有毒性的特性。蓖麻油或蓖麻油酸具有 這些特性。另外，所述第一溶劑具有對(duì)發(fā)酵液沒有毒性的附加優(yōu)點(diǎn)。 與乙醇-水溶液合并時(shí)，第一溶劑使存在的部分乙醇以及存在的更有限部分的水 溶解。第一溶劑相包含脂肪酸溶劑、乙醇和水。將第一溶劑相與水相分離。然后將這種包 含乙醇的第一溶劑相與二氧化碳在接近臨界點(diǎn)的亞臨界或超臨界條件下混合。在這些工 藝條件下，二氧化碳具有非常有利于乙醇的分配系數(shù)以及非常不利于脂肪酸和水的分配系 數(shù)。這使得可以使用小的溶劑與進(jìn)料的比值((A質(zhì)量與溶劑物流質(zhì)量的比值)來從有機(jī)溶 劑溶解乙醇。從有機(jī)相分離(A物流。調(diào)節(jié)0)2的壓力和溫度，使得0)2能夠轉(zhuǎn)化成氣相， 并且可以回收液體乙醇。本發(fā)明提供了從水(通常是發(fā)酵液)分離稀乙醇并且使乙醇-水 共沸物斷裂的更為能量有效的方式。本發(fā)明的方法能夠從水溶液以能量和經(jīng)濟(jì)有利并且不 需要以從水蒸餾乙醇的方式萃取基本純的乙醇和純的乙醇。
II.萃取乙醇的能量有效方法 本發(fā)明提供用于以能量有效的方式從乙醇-水溶液萃取乙醇的方法，所述方式使 水_乙醇共沸物斷裂，提供基本純的乙醇(例如接近100 % ，例如約98 %或99 %純度)。本發(fā) 明的方法能夠通過以下方式使共沸物斷裂首先使用第一溶劑從乙醇-水溶液萃取乙醇， 所述第一溶劑包含羥基化脂肪酸的酯，然后使用液體或接近超臨界的二氧化碳從羥基化脂 肪酸的酯萃取乙醇。為了使萃取有利于羥基化脂肪酸的酯然后有利于二氧化碳，乙醇必須 具有相對(duì)于水更有利于羥基化脂肪酸的酯的分配系數(shù)，然后必須具有相對(duì)于羥基化脂肪酸 的酯更有利于二氧化碳的分配系數(shù)。通過采用具有對(duì)乙醇有利的分配系數(shù)和對(duì)廢棄相的高 分離因子的第一和第二溶劑，本發(fā)明提供了能量和經(jīng)濟(jì)有利的工藝。 在優(yōu)選實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法按照連續(xù)流工藝進(jìn)行，其中各種材料從一個(gè)步 驟連續(xù)流至下一個(gè)步驟，或者從所述系統(tǒng)中的一個(gè)單元連續(xù)流至下一個(gè)單元。在一些實(shí)施 方式中，對(duì)各種材料(例如第一和第二溶劑)進(jìn)行再循環(huán)和再利用。各種材料的所述再循 環(huán)和再利用提供了許多能量節(jié)省。因?yàn)閺乃蛷牧u基化脂肪酸的酯分離乙醇不需要蒸餾步 驟，所以獲得附加的能量節(jié)省。本發(fā)明使用液體二氧化碳來萃取乙醇，代替需要從水蒸餾乙 醇的能量低效工藝。然后使包含乙醇的二氧化碳汽化，從而分離乙醇，隨后使二氧化碳再次 冷凝，從而對(duì)二氧化碳進(jìn)行再循環(huán)和再利用。從水分離乙醇需要的總能量比進(jìn)行常規(guī)蒸餾 和經(jīng)由分子篩脫水需要的總能量低得多。因此，本發(fā)明的方法提供了從乙醇-水溶液萃取 乙醇的能量有效工藝。
i.紀(jì)酉享-雄船句細(xì)仆扁睡m—輸i隱 a.包含酯化脂肪酸的第一溶劑 本方法的第一步驟涉及將乙醇_水溶液與包含酯化脂肪酸的第一溶劑混合。所述 乙醇_水溶液可以是任何包含乙醇的水溶液。所述乙醇_水溶液還可以是發(fā)酵液，例如來 自水果、蔬菜(例如玉米和馬鈴薯)、谷物和纖維素的發(fā)酵液。所述乙醇-水溶液可包含最 多約99% (v/v)的乙醇，例如99%、97%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、 25%、20%、15%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%的乙醇。在一些實(shí)施方式 中，所述乙醇-水溶液是包含等于或小于約20% (v/v)的乙醇的稀乙醇溶液，例如約20%、 15%、10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%或1%的乙醇。所述乙醇-水溶液可以來自 新鮮原料，例如來自發(fā)酵液，可以來自再循環(huán)的乙醇_水溶液和在系統(tǒng)的隨后部分廢棄的 第一溶劑。 本發(fā)明方法的第一溶劑包含酯化的脂肪酸。第一溶劑的酯化脂肪酸包含醇組分和 羥基化脂肪酸組分。醇組分可以是任何醇，優(yōu)選是CfCe的醇。醇組分可以被另一個(gè)羥基、 醚和酯取代。醇組分可以具有一個(gè)以上的羥基。當(dāng)醇組分具有三個(gè)羥基時(shí)，醇組分可以是 甘油。 酯化脂肪酸的羥基化脂肪酸組分包含一個(gè)或多個(gè)在脂肪酸上的羥基，這些脂肪 酸例如癸酸(C10)，月桂酸(C12)，肉豆蔻酸(C14)，棕櫚酸(C16)，棕櫚油酸(C16)，硬脂酸 (C18)，異硬脂酸(C18)，油酸(C18)，十八碳烯酸(C18)，亞油酸(C18) ， a -亞油酸(C18)， Y-亞油酸(C18)，花生酸(C20)，二十碳烯酸(C20)，花生四烯酸(C20)，二十碳五烯酸 (C20)，山崳酸(C22)，芥酸(C22)，二十二碳六烯酸(C22)，二十四酸(C24)和二十六酸 (C26)。所述羥基優(yōu)選在C3位置或大于C3的位置。更優(yōu)選所述羥基在C7位置或大于C7的 位置。最優(yōu)選所述羥基在C11位置或大于C11的位置。本發(fā)明的羥基化脂肪酸可以是飽和 的、單不飽和的或多不飽和的。另外，本發(fā)明的羥基化脂肪酸可以是支鏈的或直鏈的。本發(fā) 明的羥基化脂肪酸還可以被環(huán)氧基、醚、酮類和酯之類的基團(tuán)取代。適用于本發(fā)明的羥基化 脂肪酸的其他例子包括但并不限于蓖麻油酸，十八碳二烯酸，羥基十六酸和羥基二十二酸。
本發(fā)明的酯化脂肪酸可以從許多商業(yè)來源購(gòu)得，包括西格馬-奧爾德里奇 (Sig腿-Aldrich，威斯康星州密爾沃基市(Milwaukee, Wisconsin))、費(fèi)舍爾科學(xué)公司 (Fischer Scientific,馬薩諸塞州沃爾瑟姆福(Waltham， Massachusetts))和阿克斯有機(jī) 材料公司(AcrosOrganics，比利時(shí)基爾(Geel，Belgium))?；蛘撸景l(fā)明的酯化脂肪酸可以 從合適的醇組分和合適的羥基化脂肪酸組分在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的酯化條件下制備。
第一溶劑的組成使得乙醇在乙醇_水溶液和酯化脂肪酸的混合物中的分配系數(shù) 至少為0. 02重量％，例如0. 04、0. 06、0. 08、0. 10重量％ ，有利于乙醇從乙醇_水溶液轉(zhuǎn)移 至第一溶劑，以及至少為0. 1重量％，例如0. 2、0. 3、0. 4、0. 5重量％，有利于乙醇從第一溶 劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳。 在一些實(shí)施方式中，第一溶劑包括甘油三酯，其中甘油三酯的至少一種脂肪酸組 分是羥基化脂肪酸，包括上述的那些。甘油三酯中還可以全部三種脂肪酸組分都是羥基化 脂肪酸。在一些實(shí)施方式中，羥基化脂肪酸是蓖麻油酸。本發(fā)明的甘油三酯可以從甘油和 合適的脂肪酸組分(包括至少一種羥基化脂肪酸組分)在本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的酯化條件 下制備。
本發(fā)明的甘油三酯使得乙醇具有類似于上述的那些分配系數(shù)。 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的第一溶劑是蓖麻油。蓖麻油可以從各種商業(yè)來源購(gòu)
得，包括J0DL公司(Warminster, PA)、西格馬-奧爾德里奇(威斯康星州密爾沃基市)、費(fèi)
舍爾科學(xué)公司(馬薩諸塞州沃爾瑟姆福)和阿克斯有機(jī)材料公司(比利時(shí)基爾)。對(duì)于本
工藝，商品級(jí)蓖麻油是足夠的。 b.將乙醇-水溶液與第一溶劑混合 可以使用包括以下所述的任何已知混合方式實(shí)現(xiàn)乙醇-水溶液和第一溶劑的混 合。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的乙醇-水溶液和第一溶劑的混合可使用在線混合器實(shí)現(xiàn)。 這種混合通常在環(huán)境溫度下進(jìn)行，例如約20-35t:的范圍，例如約25-3(TC，但是可以在環(huán) 境溫度以上(即需要加熱輸入的溫度)或環(huán)境溫度以下(即需要冷卻輸入的溫度)進(jìn)行。 進(jìn)行混合的時(shí)間量足以對(duì)乙醇_水相和第一溶劑相進(jìn)行均勻混合。
2. m—翻禾口ZJ享-雄麵^m 可以通過本領(lǐng)域的任何已知方法分離第一溶劑和乙醇-水溶液?？梢岳缤ㄟ^密 度、磁性質(zhì)或電特性實(shí)現(xiàn)分離。例如通過密度分離時(shí)，可以使用本領(lǐng)域的任何已知方法實(shí) 現(xiàn)，例如離心機(jī)、漏斗等。富油相的密度小于富水相的密度。 第一溶劑和乙醇_水溶液分離之后，回收富含乙醇的第一溶劑，用于在第二溶劑 即二氧化碳中進(jìn)一步萃取乙醇。乙醇-水溶液可廢棄或者可再返回至發(fā)酵液。在用第一溶 劑對(duì)再循環(huán)的乙醇_水溶液(即已經(jīng)經(jīng)過至少一次萃取的乙醇_水溶液)進(jìn)行進(jìn)一步萃取 之前，可以將再循環(huán)的乙醇-水溶液與未萃取的(即"新鮮的")乙醇-水溶液合并。
3.使第一溶劑與第二溶劑即二氧化碳接觸 從乙醇-水溶液分離之后，使富含乙醇的第一溶劑與第二溶劑即二氧化碳接觸。 二氧化碳可以處于適合從第一溶劑萃取乙醇的任何相。根據(jù)壓力和溫度，二氧化碳可以以 多種不同相中的任何相存在，例如氣相、液相、接近超臨界相或超臨界相，和干冰等。二氧化 碳處于某種相，使得乙醇在第一溶劑和C02的混合物中的分配系數(shù)至少為0. l，有利于乙醇 從酯化脂肪酸轉(zhuǎn)移至C02。在一些實(shí)施方式中，二氧化碳為液相或接近超臨界相，從而能夠 將乙醇從第一溶劑萃取至二氧化碳中。 使用本領(lǐng)域中的任何已知方式將乙醇萃取至二氧化碳中。在一些實(shí)施方式中，使 用例如下文所述的逆流柱(CC)用二氧化碳萃取乙醇。 為了使二氧化碳保持在適當(dāng)液相或接近超臨界相，將容器(例如逆流柱)保持在 合適的溫度和壓力下。萃取之后，從富含乙醇的二氧化碳分離第一溶劑。在一些實(shí)施方式 中，將第一溶劑再循環(huán)返回至混合器中，對(duì)第一溶劑和乙醇-水溶液進(jìn)行混合。使用這種方 案，可以將沒有被二氧化碳從第一溶劑萃取的所有乙醇再次引入系統(tǒng)中，使得可以再次用 二氧化碳對(duì)乙醇進(jìn)行萃取。第一溶劑的再循環(huán)使得第一溶劑得以再利用，并減少第一溶劑 的損耗。 4.從二氧化碳分離乙醇 然后使用本領(lǐng)域的任何已知方式從乙醇分離富含乙醇的二氧化碳。例如，可以通 過汽化分離二氧化碳。通過改變溫度和壓力從而使二氧化碳從液相或接近超臨界相轉(zhuǎn)變成 氣相而實(shí)現(xiàn)汽化。優(yōu)選使用最少的熱量輸入實(shí)現(xiàn)乙醇的分離。例如，可以通過以下方式實(shí) 現(xiàn)從二氧化碳分離乙醇使二氧化碳的壓力保持比臨界點(diǎn)低幾巴(例如，68、69、70、71或72
11巴)，并加熱工藝物流。在臨界點(diǎn)，二氧化碳的汽化熱為零。在臨界點(diǎn)以下壓力無限小處，二 氧化碳的汽化熱低，比水的汽化熱低得多。 可以使用本領(lǐng)域的任何已知方式收集乙醇。例如，可以如本發(fā)明，在二氧化碳汽化 過程中使用旋風(fēng)分離器收集乙醇。還可以使用薄膜過濾技術(shù)。收集乙醇的其他合適方法是 已知的。 可以收集已經(jīng)汽化的二氧化碳，通過改變溫度和壓力冷凝回到合適的相，然后注 射進(jìn)逆流柱中。二氧化碳的再循環(huán)使得二氧化碳得以再利用。通過同時(shí)使用熱泵能夠增大 再循環(huán)的二氧化碳的汽化_冷凝循環(huán)的能量效率。 通過蓖麻油萃取和利用逆流柱的二氧化碳萃取的組合，本發(fā)明的方法使水_乙醇 共沸物斷裂。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，不需要蒸餾乙醇或水就能從二氧化碳分離乙醇。
III.系統(tǒng)
圖1顯示用于從乙醇-水溶液萃取乙醇的系統(tǒng)100的一種實(shí)施方式。該系統(tǒng)包括 用于接受乙醇_水溶液和第一溶劑的液體進(jìn)料口 ，構(gòu)造成能對(duì)乙醇_水溶液和第一溶劑進(jìn) 行連續(xù)混合的混合器，用于分離第一溶劑和乙醇_水溶液的分離容器，構(gòu)造成能用來以二 氧化碳萃取乙醇的萃取容器，用于將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相的汽化器，以及構(gòu)造成能接受乙 醇的收集器。 本發(fā)明的系統(tǒng)通過使水_乙醇共沸物斷裂而從乙醇_水溶液萃取乙醇，并能提供 接近100%純度的乙醇。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的系統(tǒng)使得能夠進(jìn)行連續(xù)流工藝，其 中各種材料從系統(tǒng)的一個(gè)步驟連續(xù)流至下一個(gè)步驟。系統(tǒng)優(yōu)選使得能夠?qū)Φ谝缓偷诙軇?進(jìn)行再循環(huán)和再利用。材料的再循環(huán)和再利用提供了各種能量節(jié)省。因?yàn)樵趶乃蛷牧u基 化脂肪酸的酯分離乙醇時(shí)不需要蒸餾步驟，所以提供了附加的能量節(jié)省。本發(fā)明使用液體 二氧化碳萃取乙醇，取代了蒸餾之類能量低效的工藝。然后對(duì)包含二氧化碳的乙醇進(jìn)行汽 化，從而分離乙醇，隨后使二氧化碳再冷凝，以對(duì)二氧化碳再循環(huán)和再利用。因此，本發(fā)明的 系統(tǒng)提供了用于從乙醇_水溶液萃取乙醇的能量有效的工藝。 所述乙醇_水溶液通常是發(fā)酵液，例如來自水果和/或蔬菜的發(fā)酵。具體來說，可 使用玉米制備本發(fā)明的發(fā)酵液。通過使用第一溶劑從乙醇-水溶液萃取乙醇。
本發(fā)明系統(tǒng)的第一溶劑(參見以上附加說明)包括酯化脂肪酸。第一溶劑的酯化 脂肪酸包含醇組分和羥基化脂肪酸組分。醇組分可以是任何醇，優(yōu)選CfCe的醇。醇組分可 以被另一個(gè)羥基、醚和酯取代。醇組分可以具有一個(gè)以上的羥基。當(dāng)醇組分具有三個(gè)羥基 時(shí)，醇組分可以是甘油。在一些實(shí)施方式中，第一溶劑是蓖麻油。 經(jīng)由液體進(jìn)料口 102，例如管道、軟管、管、儲(chǔ)槽，向本發(fā)明系統(tǒng)提供乙醇-水溶液 和第一溶劑。乙醇_水溶液可以是新鮮原料，例如來自發(fā)酵液，可以來自再循環(huán)的乙醇_水 溶液和在系統(tǒng)的隨后部分中廢棄的第一溶劑。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本發(fā)明中可使用其 他輸入方式。 在混合器104中使用任何已知的混合方式對(duì)乙醇_水溶液和第一溶劑進(jìn)行混合。 可以使用機(jī)械方式例如槳葉和馬達(dá)實(shí)現(xiàn)混合。還可以使用靜態(tài)混合器實(shí)現(xiàn)混合。靜態(tài)混合 器是安裝在管道中的翼片、堵塞物或通道，設(shè)計(jì)用來當(dāng)流體流過混合器促進(jìn)混合。大多數(shù)靜 態(tài)混合器使用以下一些方法首先分流，然后使流動(dòng)旋轉(zhuǎn)、發(fā)生溝道效應(yīng)或轉(zhuǎn)向，然后使其 再次合并。其他靜態(tài)混合器產(chǎn)生附加的湍流以增強(qiáng)混合。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明使用在線混合器實(shí)現(xiàn)乙醇-水溶液和第一溶劑的混 合?？墒褂闷渌旌掀鳎缟鲜龅哪切??？梢栽诟鞣N溫度和壓力下進(jìn)行混合，例如環(huán)境溫 度和壓力。另外，混合可以進(jìn)行任意時(shí)間，取決于所需的混合程度，例如混合至均勻，從而使 得能夠用第一溶劑從乙醇_水溶液萃取乙醇。 然后在分離容器106中使用本領(lǐng)域的任何已知方法分離第一溶劑和乙醇-水溶 液?？赏ㄟ^密度差異實(shí)現(xiàn)分離。例如可使用離心機(jī)實(shí)現(xiàn)通過密度的分離。在離心機(jī)中，第 一溶劑和乙醇的較輕相上升至頂部，得以回收并前進(jìn)至第二萃取步驟?？捎玫膫溥x實(shí)施方 式是沉降槽或水力旋流分離器。分離水溶液和乙醇的較重相并再循環(huán)返回至混合器，與附 加發(fā)酵液混合，從而從乙醇_水溶液116連續(xù)去除乙醇。乙醇_水溶液的再循環(huán)使得能夠 從乙醇_水溶液連續(xù)萃取剩余的乙醇，從而增大從乙醇_水溶液萃取的乙醇的量。
從乙醇-水溶液分離之后，將富含乙醇的第一溶劑置于萃取容器108中，使第一溶 劑與處于液相或接近超臨界相的二氧化碳接觸。二氧化碳所處于的相能使得乙醇在第一溶 劑和C02的混合物中的分配系數(shù)至少為0. l，有利于乙醇從酯化脂肪酸轉(zhuǎn)移至(A，從而便 于通過二氧化碳從第一溶劑萃取乙醇?？梢酝ㄟ^溫度和壓力的適當(dāng)選擇來控制二氧化碳的 相。 使用本領(lǐng)域的任何已知方式將乙醇萃取至二氧化碳中。例如，可使用逆流柱(CC)
用二氧化碳萃取乙醇。在CC中，可以認(rèn)為聯(lián)合發(fā)生以下三種工藝混合、合并和分離(不過
它們經(jīng)常連續(xù)發(fā)生)。各相的混合是必需的，使得它們之間的界面具有大面積，分析物根據(jù)
其配分系數(shù)而在各相之間移動(dòng)。與移動(dòng)相混合然后從柱的全部固定相沉降。 為了使二氧化碳保持適當(dāng)?shù)囊合嗷蚪咏R界相，使逆流柱保持合適的溫度和壓
力。在逆流柱中，富含蓖麻油的相118向下移動(dòng)通過柱，富含二氧化碳的相109在柱內(nèi)上升。
通過逆流柱之后，蓖麻油相118中的乙醇已經(jīng)減少，二氧化碳相109中已富含乙醇。可以將
乙醇含量減少的蓖麻油相118返回，與稀乙醇溶液摻混。可以使全部或部分二氧化碳相汽
化，從而從二氧化碳分離乙醇。在一些實(shí)施方式中，可以通過回流閥將二氧化碳流再次引入
柱中。第一溶劑的再循環(huán)使第一溶劑得以再利用，并提高第一溶劑的有效利用。 逆流色譜的使用使水_乙醇共沸物斷裂，并使本發(fā)明的系統(tǒng)能夠萃取接近100%
純度的乙醇。 然后在汽化器110中通過將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相并在收集器112中收集液體乙 醇，從乙醇分離二氧化碳。本發(fā)明系統(tǒng)可使用任何分離方式。例如，可通過汽化分離二氧化 碳。通過改變溫度和壓力從而使二氧化碳從液體或接近超臨界相轉(zhuǎn)變成氣相而實(shí)現(xiàn)汽化。
使用收集器112收集乙醇。收集器可以是旋風(fēng)分離器等。 通過以下方式將已經(jīng)汽化的二氧化碳再循環(huán)首先使用冷凝器114通過改變溫度 和壓力使汽化的二氧化碳冷凝。冷凝二氧化碳之后，經(jīng)由120將二氧化碳再注射進(jìn)萃取容 器中。二氧化碳的再循環(huán)使得二氧化碳得以再利用，并通過盡可能減少所用材料和所消耗 能量，盡可能減少萃取需要的能量。 通過蓖麻油萃取和利用逆流柱進(jìn)行二氧化碳萃取的組合，本發(fā)明的方法使水_乙 醇共沸物斷裂而不需要對(duì)乙醇或水進(jìn)行任何蒸餾。而且，在二氧化碳汽化中包括熱泵在汽 化和冷凝循環(huán)中提供了附加的能量效率。
13實(shí)施例 提出以下實(shí)施例用于說明而非限制所要求權(quán)利的本發(fā)明。
實(shí)施例1 :從乙醇-水溶液萃取乙醇 示例工藝描述了將乙醇吸附至蓖麻油中以及隨后用接近臨界的二氧化碳從蓖麻 油萃取乙醇。 參考圖l，將來自發(fā)酵液的稀乙醇-水溶液與來自第一級(jí)分離器(離心機(jī))的再 循環(huán)的水和用水飽和的蓖麻油合并。乙醇_水溶液名義上是含3-8重量％范圍乙醇的水溶 液。再循環(huán)的水將保留乙醇和一些蓖麻油。將乙醇水流和蓖麻油良好混合，然后分離成輕 相和重相。雖然可以利用沉降槽分離器，但是工藝經(jīng)濟(jì)性傾向于使用離心機(jī)來加快這種相 分離。重相主要是水和一些剩余的乙醇，以及不可避免的蓖麻油沾污。使重相返回至發(fā)酵 液。輕相是富含乙醇和水的蓖麻油的溶液。根據(jù)0ffeman(JA0CS，第83巻，第2期(2006)， 第153-157頁(yè))，33t:時(shí)，對(duì)于起始濃度為5%的乙醇水溶液，KDE = [EtOH]有機(jī)/[EtOH]水為 0. 193，分離因子a = KDE/KDW = KDE/([H20]有機(jī)/[柳水)為15. 9。 將100千克6重量％的乙醇/水溶液與700千克純凈蓖麻油合并。進(jìn)料為合并的 6千克乙醇和94千克水。在單級(jí)交叉流萃取器中，得到的蓖麻油/乙醇溶液具有3. 538千 克乙醇，富含水的剩余液具有2. 462千克乙醇。如果采用四級(jí)逆流萃取，則蓖麻油/乙醇溶 液具有5. 489千克乙醇，富含水的溶液具有0. 511千克乙醇。由此，排放的剩余液是0. 54 重量％乙醇。使這種富含水的溶液返回至發(fā)酵液。用二氧化碳對(duì)蓖麻油/乙醇溶液進(jìn)行隨 后的萃取。 第二級(jí)萃取利用逆流柱，使用接近臨界的(A從蓖麻油萃取乙醇。(A可以處于液 體或接近超臨界的條件；但是優(yōu)選為壓力68-71巴的液體C02。建立這種工藝條件使得C02 的密度低于蓖麻油的密度。由此，蓖麻油傾向于向下移動(dòng)通過逆流柱，與上升的接近臨界的 。02接觸。將乙醇從蓖麻油萃取至液體二氧化碳。使乙醇含量減少且仍然接近被水完全飽 和的蓖麻油返回，與來自發(fā)酵液的物流合并。以這種方式使蓖麻油接近完全再循環(huán)。在接 近臨界的條件下，(A對(duì)水具有有限的溶解性，因此被C02溶解的水量有限。去除大部分C02 溶劑以回收乙醇。較少部分的C(V流可通過回流閥返回至柱。側(cè)流工藝循環(huán)使得在相對(duì)于 乙醇的7『C沸點(diǎn)的中等溫度下將C02轉(zhuǎn)化為蒸氣。如
圖1所示，圖包括減壓閥和汽化熱交 換器。將0)2蒸汽和乙醇液體通入旋風(fēng)分離器中，去除乙醇，使0)2蒸汽能從頂上通過。然 后使C02蒸汽冷凝并泵回到該工藝中，使大部分C02溶劑得以完全再循環(huán)。
實(shí)施例2 :從乙醇-水溶液萃取乙醇 將10千克50重量％的乙醇/水溶液與20千克純凈蓖麻油合并。進(jìn)料為合并的5 千克乙醇和5千克水。采用兩級(jí)逆流萃取，由此產(chǎn)生的蓖麻油/乙醇溶液具有3. 795千克 乙醇，富含水的溶液具有1.205千克乙醇。用離心機(jī)分離得到的各相。富含蓖麻油的萃取 物是16. 5%乙醇，富含水的剩余液是19. 42%的乙醇。用二氧化碳對(duì)蓖麻油/乙醇溶液進(jìn) 行隨后的萃取。 第二級(jí)萃取利用逆流柱用液體0)2從蓖麻油萃取乙醇。液體0)2處于95巴和22t:， 密度為0.836千克/升。處于這種密度時(shí)，(A的密度小于蓖麻油的密度。在靠近逆流柱上 部的位置將蓖麻油注射進(jìn)逆流柱中。在靠近逆流柱底部的位置引入(A。蓖麻油向下移動(dòng) 通過逆流柱，與上升的接近臨界的(A接觸。柱的高度等于兩個(gè)理論級(jí)(stage)。將乙醇從蓖麻油萃取至液體二氧化碳。使(A和乙醇物流汽化，在分離器中收集乙醇。每單位質(zhì)量乙 醇的能量為1821千焦/千克。使用Aspen蒸餾模型，進(jìn)入回流比值為2且沒有預(yù)先加熱的 20個(gè)理論級(jí)的蒸餾柱的相同進(jìn)料流為3500千焦/千克。由此，該工藝證明，相對(duì)于已知處 理方法提供了明顯的能量節(jié)省(例如至少約1679千焦/千克)。 應(yīng)理解，本文所述的實(shí)施例和實(shí)施方式僅是為了說明的目的，本領(lǐng)域技術(shù)人員考 慮到這些實(shí)施例和實(shí)施方式可以提出各種改進(jìn)或變化，這些改進(jìn)和變化包括在本申請(qǐng)的精 神和范圍以及所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。本文引用的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)都通過 參考出于全部目的以其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此。
權(quán)利要求
一種從乙醇-水溶液萃取乙醇的方法，該方法包括a)將乙醇-水溶液與包含酯化脂肪酸的第一溶劑混合，其中該酯化脂肪酸包含羥基化脂肪酸組分和醇組分，所述醇組分是C3-C6的醇，其中乙醇在乙醇-水溶液和第一溶劑的混合物中的分配系數(shù)至少為0.02，有利于乙醇從乙醇-水溶液轉(zhuǎn)移至第一溶劑，從而將乙醇從乙醇-水溶液萃取至第一溶劑中；b)分離第一溶劑和乙醇-水溶液；c)使第一溶劑與二氧化碳接觸，其中所述二氧化碳處于液態(tài)或接近超臨界相，其中乙醇在第一溶劑和二氧化碳的混合物中的分配系數(shù)至少為0.1，有利于乙醇從第一溶劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳，從而將乙醇從第一溶劑萃取至二氧化碳中；和d)將所述二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相，從而從二氧化碳釋放乙醇，產(chǎn)生乙醇濃度大于起始乙醇-水溶液中乙醇濃度的溶液。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇_水溶液包含小于99%的乙醇(v/v)。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述乙醇_水溶液是發(fā)酵液。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯化脂肪酸的羥基化脂肪酸組分是蓖 麻油酸。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述酯化脂肪酸是甘油三酯。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述甘油三酯包含1-3個(gè)蓖麻油酸取代基。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述醇組分是甘油。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶劑是蓖麻油。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶劑在逆流柱中與所述二氧化碳 接觸。
10. —種從乙醇-水溶液萃取乙醇的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 用于接受乙醇-水溶液和第一溶劑的液體進(jìn)料口；構(gòu)造成能對(duì)乙醇_水溶液和第一溶劑進(jìn)行連續(xù)混合的混合器，其中所述乙醇_水溶液 包含乙醇，所述第一溶劑包含酯化脂肪酸，其中酯化脂肪酸包含羥基化脂肪酸組分和醇組 分，所述醇組分是C3-C6的醇，其中乙醇在乙醇_水溶液和第一溶劑的混合物中的分配系數(shù) 至少為O. 02，有利于乙醇從乙醇-水溶液轉(zhuǎn)移至第一溶劑，從而將乙醇從乙醇-水溶液萃取 至第一溶劑中，該液體進(jìn)料口的構(gòu)造能與該混合器流體連通；構(gòu)造成能與該混合器流體連通的分離容器；構(gòu)造成能用來以二氧化碳萃取乙醇的萃取容器，其中所述二氧化碳處于液態(tài)或接近超 臨界相，其中乙醇在第一溶劑和二氧化碳的混合物中的分配系數(shù)至少為0. l，有利于乙醇從 第一溶劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳，從而乙醇從第一溶劑萃取至二氧化碳中，該萃取容器構(gòu)造成能 與分離容器流體連通；構(gòu)造成能將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氣相的汽化器，從而從所述二氧化碳釋放乙醇，因此從該 乙醇-水溶液萃取乙醇，該汽化器構(gòu)造成與該萃取容器流體連通；禾口構(gòu)造成能接受乙醇的收集器，該收集器構(gòu)造成與該汽化器流體連通。
11. 如權(quán)利要求io所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述乙醇-水溶液是發(fā)酵液。
12. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液體進(jìn)料口選自軟管、管道和管。
13. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述混合器是在線混合器。
14. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離容器是離心機(jī)。
15. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述萃取容器是逆流柱。
16. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽化器進(jìn)一步包括用于汽化和回收 液體二氧化碳的熱泵。
17. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述收集器是旋風(fēng)分離器。
18. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離容器與所述液體進(jìn)料口流體連 通用于回收該乙醇-水溶液。
19. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述萃取容器與所述液體進(jìn)料口流體連通用于再循環(huán)所述第一溶劑。
20. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷凝器，用以將氣相 二氧化碳轉(zhuǎn)化成液體或接近超臨界相，該冷凝器構(gòu)造成與所述收集器流體連通。
21. 如權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷凝器與所述萃取容器流體連通用 于再循環(huán)該二氧化碳。
22. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)使得能夠進(jìn)行連續(xù)流工藝。
23. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其特征在于，萃取該乙醇時(shí)不需要從水蒸餾乙醇。
全文摘要
本發(fā)明提供從乙醇-水溶液萃取乙醇的方法和系統(tǒng)，所述方法包括(1)用包含酯化脂肪酸的第一溶劑從乙醇-水溶液萃取乙醇，其中酯化脂肪酸包含羥基化脂肪酸組分和醇組分，所述醇組分是C3-C6的醇，使得乙醇在乙醇-水溶液和第一溶劑的混合物中的分配系數(shù)至少為0.02，有利于乙醇從乙醇-水溶液轉(zhuǎn)移至第一溶劑，從而將乙醇從乙醇-水溶液萃取至第一溶劑中，和(2)用二氧化碳萃取富含乙醇的第一溶劑，該二氧化碳處于液態(tài)或接近超臨界相，其中乙醇在所述第一溶劑和所述二氧化碳的混合物中的分配系數(shù)至少為0.1，有利于乙醇從第一溶劑轉(zhuǎn)移至二氧化碳。
文檔編號(hào)A23P1/00GK101765378SQ200880100406
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2008年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者B·J·韋貝爾, V·J·克魯科尼斯 申請(qǐng)人:戴納賽普有限公司