專利名稱：一種薯類原料的預處理方法以及乙醇的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種薯類原料的預處理方法以及乙醇的制備方法。
背景技術：
在采用玉米原料制備乙醇時，由于玉米原料比較規整，因此，原料的預處理比較簡單，通常只需要除去原料中的小石子后直接粉碎即可。而采用薯類原料，特別是干薯類原料，例如干木薯制備乙醇時，由于干木薯的外形極不規整，有片狀、塊狀、條狀、絲狀等，干木薯的長度一般在2毫米至150毫米不等，而且，所述干木薯原料中還混有砂子、石塊、鐵器以及編織物等雜物，這給原料輸送和粉碎帶來了很大困難，如果不進行有效的預處理會造成設備的磨損嚴重、原料漿液濃度降低，物耗、能耗升高的問題，而影響生產的穩定性。因此，薯類原料的有效預處理對非糧原料——薯類原料的乙醇生產起到至關重要的作用。發明內容
本發明的目的是提供一種能夠實現對薯類原料進行有效預處理，以規整、均質化薯類原料并能夠有效除去薯類原料中的雜物的薯類原料的預處理方法，以及一種乙醇的制備方法。
為了實現上述目的，本發明提供了一種薯類原料的預處理方法，所述薯類原料為干薯類原料；其中，所述預處理方法包括:除去所述薯類原料中的雜物，然后將所述經過除雜的薯類原料進行預粉 碎，得到預粉碎產物，并將所述預粉碎產物進行旋風分離。
本發明還提供了一種乙醇的制備方法，該方法包括將薯類原料粉碎，并將粉碎產物與酶混合、酶解，得到酶解產物，發酵得到的酶解產物，其中，該方法還包括在將薯類原料粉碎前，將薯類原料進行預處理，所述預處理的方法為本發明提供的預處理方法。
采用本發明的預處理方法對薯類原料進行預處理后，能夠使薯類原料更加均質化，便于后續工序的輸送和供料穩定。由于在預處理時除去了薯類原料中的各種雜物，還能夠減小對后續工序的設備磨損，并降低了物耗、電耗等費用，提高了后續工序設備的處理能力，便于大型化的乙醇連續化生產。
本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。


附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式
一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
圖1為本發明的薯類原料預處理的工藝流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
按照本發明提供的薯類原料的預處理方法，其中，所述薯類原料為干薯類原料；所述預處理方法包括:除去所述薯類原料中的雜物，然后將所述經過除雜的薯類原料進行預粉碎，得到預粉碎產物，并將所述預粉碎產物進行旋風分離。
按照本發明，由于薯類原料中會含有泥土、砂石雜質以及鐵雜質，因此，在對薯類原料進行預粉碎之前，需要先除去所述薯類原料中的砂石、鐵器等雜物。所述除去薯類原料中的雜物的方法可以為各種方法，優選情況下，為了更有效并快速地除去薯類原料中的雜物，所述除去薯類原料中的雜物的方法包括:除去所述薯類原料中的砂石，將經過除砂的薯類原料進行風選以除去石塊和鐵器，并通過磁鐵吸引將經過風選的薯類原料中的細小含鐵雜質除去。由于砂石的顆粒體積較小，通常所述砂石的顆粒直徑為2毫米以下，因此，可以先通過過篩的方法，優選采用振動分級篩進行篩選的方法將顆粒體積較小的砂石除去，以更加便于后續體積較大的雜物去除的順利進行。然后將經過除砂的薯類原料進行風選風送，通過利用較大的石塊(通常石塊的體積為8立方毫米至0.008立方米)和鐵器等雜物的比重大于薯類原料的比重，而將較大體積的雜物除去。其中，所述風選的方法為本領域技術人員所公知。盡管采用風選的方法能夠出去薯類原料中體積較大的石塊和鐵器等雜物，但是風選的方法可能無法將一些細小的鐵屑、鐵釘等含鐵雜質完全分離，因此，優選再通過磁鐵吸引的方法將經過風選的薯類原料中的細小含鐵雜質除去。所述采用磁鐵吸引出去薯類原料中細小含鐵雜質的方法可以采用本領域技術人員公知的方法進行，例如，將所述薯類原料通過除鐵器，如永磁筒，以利用永磁筒的筒壁吸附薯類原料中的細小含鐵雜質。
按照本發明，將所述經過除雜的薯類原料進行預粉碎的方法可以采用本領域技術人員公知的方法進行，例如，可以使用常規的各種粉碎設備進行粉碎。優選情況下，為了便于后續工序的旋風分離，得到的預粉碎產物的顆粒直徑為5-10毫米。
按照本發明，將所述預粉碎產物送入旋風分離器中進行旋風分離，顆粒較大的物料從旋風分離器底部的物料出口排出，并收集經過旋風分離后的粉碎產物，含塵氣體從旋風分離器的上部氣體出口排出。其中，所述旋風分離器可以為一級也可以為多級，優選情況下，為了既能夠避免預粉碎產物的損失，又能夠除去大部分粉塵，所述旋風分離器為串聯的多級旋風分離器，例如，2-4個串聯的旋風分離器。將所述預粉碎產物送入一級旋風分離器中進行旋風分離，顆粒較大的物料從一級旋風分離器的物料出口排出，顆粒較小的粉料隨風從一級旋風分離器的氣體出口排出后進入二級旋風分離器中再次進行旋風分離，大部分粉料從二級旋風分離器底部的物料出口排出，含塵氣體從二級旋風分離器的上部氣體出口排出，并收集經過一級旋風分 離和二級旋風分離后的粉碎產物，經過旋風分離后的物料的更加均質化更好，更利于后續制備乙醇工藝中粉碎、酶解時原料中淀粉的充分析出。此外，從除塵器中排出的粉料也可以收集起來用于后續工序，也避免薯類原料的損失。
優選情況下，為了凈化含塵氣體，并減少對環境的污染，該方法還包括將含塵氣體進行除塵，例如，可以將從旋風分離器排出的含塵氣體送入除塵器中進行凈化除塵，凈化后的氣體排出系統。其中，所述除塵器可以為本領域技術人員公知的各種除塵器，例如，常規使用的布袋除塵器。
由于，在收集的薯類原料中，除了含有石塊、鐵器等雜物外，還可能混入編織物，為了能夠有效地除去原料中的編織物，并能夠進一步凈化粉碎產物，該方法還包括將經過旋風分離的粉碎產物再次進行雜物去除，以除去所述粉碎產物中的編織物。所述除去編織物的方法可以采用各種方法，例如，人工挑揀，或者利用滾筒篩去除，所述滾筒篩的筒壁上具有孔，設置孔直徑的大小，可以使預粉碎產物通過滾筒后從孔中漏出，而將編織物等雜物截留在滾筒中，以將編織物除去。
按照本發明，所述薯類原料可以為各種薯類原料，如紅薯、馬鈴薯、木薯等，本發明的具體實施方案中采用的薯類原料為木薯。
本發明的改進在于對薯類原料的預處理工藝，因此，對于采用薯類原料制備乙醇的方法中，將薯類原料粉碎、酶解，并發酵酶解產物得到乙醇的步驟中的條件和方法均可以采用本領域技術人員公知的方法進行，例如，將薯類原料進行粉碎后得到的粉碎產物中，薯類原料的平均顆粒直徑可以為I毫米至小于2.5毫米。所述酶解使用的酶通常為淀粉酶，所述淀粉酶為α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和異淀粉酶中的一種或幾種。以每克粉碎產物的干重計，所述淀粉酶的用量為4-50酶活力單位；所述酶解的溫度可以為50_90°C，所述酶解的時間可以為20-240分鐘，所述酶解的pH值可以為5-7 ;所述酶的酶活力單位的定義為:在PH值為6.0、溫度為70°C的條件下，I分鐘將I毫克淀粉轉化為葡萄糖所需的酶量為一個酶活力單位。以每克酶解產物計，所述發酵所使用的酵母菌的接種量可以為1-2億個菌，所述發酵的溫度可以為30-36°C，發酵的時間可以為50-75小時。所述菌的個數的定義為將稀釋后的一定量的發酵液通過澆注或涂布的方法，讓其內的微生物單細胞一一分散在培養基平板上，待培養后，每一活細胞就形成一個菌落。即每毫升發酵液中含有的單細胞的數目。可以用血球計數板計數活菌的數目。
下面結合圖1對本發明的所述薯類原料的預處理流程進行詳細描述。
將干木薯原料用篩進行篩選，將小砂石篩下，將過篩后的木薯原料送入料斗，料斗底部安裝有振動喂料器，并通過向吸咀內進行喂料，控制喂料器的頻率以控制進料量的大小，在負壓的作用下，并由于石塊、鐵器、木塊等雜物的比重較大因而從木薯原料中分離出來，從吸咀進風口落下 ，干木薯原料繼續被送入除鐵器中，通過磁鐵吸引將經過風選的薯類原料中的細小含鐵雜質除去，然后進入到粉碎機中進行預粉碎，得到顆粒直徑為5-10毫米的粉碎產物，將粉碎產物提料到一級旋風分離器中進行旋風分離，顆粒較大的物料從一級旋風分離器底部的關風機排出，粉料從一級旋風分離器氣體出口排出并隨風進入到二級旋風分離器中進行進一步旋風分離，大部分粉料從二級旋風分離器底部的關風機排出，粉塵從二級旋風分離器氣體出口排出后送入布袋除塵器中進行除塵，粉料從布袋除塵器底部排出，為了不造成浪費，優選將從布袋除塵器底部排出的粉料與從上述關風機排出的粉料混合，一并進入后續的工序中，凈化后的氣體排出系統，從一級旋風分離器和二級旋風分離器的關風機引出的粉料(優選還包括從布袋除塵器底部排出的粉料一起)送入滾筒篩中進行編織物的去除，而后經過斗提機由皮帶斗提系統輸送到后續的乙醇制備的單元中。
以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。
另外需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
實施例1
本實施例用于說明本發明提供的薯類原料的預處理方法。
將干木薯原料用振動分級篩(購自江蘇五龍機械有限公司，篩孔直徑為2毫米)進行篩選，將砂石(顆粒直徑為2毫米以下)篩下，然后將過篩后的木薯原料送入料斗，料斗底部安裝有振動喂料器，并通過吸咀進行喂料，控制喂料器的頻率(通過電流(0-10安培)調節控制喂料器的頻率(0-50HZ))以控制進料量(進料量通常為15-20噸/小時)，在負壓的作用下，并由于石塊、鐵器、木塊等雜物的比重較大因而從木薯原料中分離出來，從吸咀進風口落下，并將物料通入除鐵器(購自江蘇五龍機械有限公司，永磁電機，型號為D7800)中，通過磁鐵吸引將經過風選的薯類原料中的細小含鐵雜質除去，將得到的干木薯原料送入到粉碎機(購自江蘇五龍機械有限公司，錘式粉碎機，型號為JFS-2000-65)中進行預粉碎，得到顆粒直徑為8-10毫米的預粉碎產物(采用美國PPS公司的Accu SizerTM 780光學粒徑檢測儀測定粉碎產物的顆粒直徑)，將所述預粉碎產物提料到一級旋風分離器中進行旋風分離，較大的物料從一級旋風分離器底部的關風機排出，粉料從一級旋風分離器氣體出口排出并隨風進入到二級旋風分離器中進行進一步旋風分離，大部分粉料從二級旋風分離器底部的關風機排出，粉塵從二級旋風分離器氣體出口排出后送入布袋除塵器中進行除塵，粉塵從布袋除塵器底部排出，凈化后的氣體排出系統，從一級旋風分離器和二級旋風分離器的關風機引出的粉料以及從布袋除塵器底部排出的粉料一并送入滾筒篩(購自國家糧食儲備局科學技術研究院，滾筒直徑為I米，篩孔直徑為10毫米)中進行編織物的去除，而后經過斗提機由皮帶斗提系統輸送到后續的單元中。
應用例I
本應用例用于說明乙醇的制備。
(I)木薯原料的粉碎
使用SFSP系列錘片式粉碎機將木薯片(含水量為14重量％ )進行粉碎，得到100千克粉碎產物(該粉碎產物中木薯原料的平均顆粒直徑為I毫米)(采用美國PPS公司的Accu Sizer TM 780光學粒徑檢測儀測定粉碎產物的顆粒直徑)。
(2)酶解
將步驟(I)的粉碎產物與170千克水混合，調節pH值至5.2，加熱至70°C后，以每克粉碎產物的干重計，加入20酶活力單位的α -淀粉酶(諾維信公司購得)，先在60°C下加入α -淀粉酶總量的1/3的酶保溫酶解20分鐘，再在85°C下加入α -淀粉酶總量的2/3的酶保溫酶解40分鐘后得到酶解產物。
(3)發酵
使酶解產物的溫度降至33°C，接種酒精酵母，以每克酶解產物的重量計，酒精酵母的接種量為1.3億個菌的酒精酵母(安琪超級釀酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得混合物在33°C下于發酵罐中攪拌培養72小時，在100°C蒸餾所得發酵產物，所得蒸餾餾分在78.3°C下二次蒸餾可得乙醇35.15千克。
對比應用例I
本對比應用例用于說明現有技術的乙醇的制備。
按照應用例I的方法制備乙醇，不同的是，手工挑揀木薯原料中的雜物，并將同樣重量的木薯原料按照應用例I步驟(I)的方法粉碎、按照應用例I步驟(2)的方法進行酶解以及按照應用例I步驟(3)的方法進行發酵，得到乙醇34.25千克。
由上述結果可以看出，由于本發明的方法能夠更有效地以除去薯類原料中的各種雜物，并規整和均質化薯類原料，因此，采用經本發明的方法預處理后的木薯原料制備得到的乙醇產率明顯高于采用經過簡單的手工挑揀進行預處理后的木薯原料制備得到的乙醇產率，因此說明，采用本發明的方法對薯類原料進行預處理更利于提高后續工序設備的處理能力，便于大型化 的乙醇連續化生產。
權利要求
1.一種薯類原料的預處理方法，所述薯類原料為干薯類原料；其特征在于，所述預處理方法包括:除去所述薯類原料中的雜物，然后將所述經過除雜的薯類原料進行預粉碎，得到預粉碎產物，并將所述預粉碎產物進行旋風分離。
2.根據權利要求1所述的預處理方法，其中，所述除去薯類原料中的雜物的方法包括:除去所述薯類原料中的砂石，將經過除砂的薯類原料進行風選以除去石塊和鐵器，并通過磁鐵吸引將經過風選的薯類原料中的細小含鐵雜質除去。
3.根據權利要求2所述的預處理方法，其中，所述砂石的顆粒直徑為2毫米以下；所述石塊的體積為8立方毫米至0.008立方米。
4.根據權利要求1所述的預處理方法，其中，所述預粉碎產物的顆粒直徑為5-10毫米。
5.根據權利要求1所述的預處理方法，其中，將所述預粉碎產物進行旋風分離的方法包括:將所述預粉碎產物送入旋風分離器中進行旋風分離，從旋風分離器的物料出口收集經過旋風分離后的預粉碎產物，并排出含塵氣體。
6.根據權利要求1或5所述的預處理方法，其中，所述旋風分離器為多級串聯的旋風分離器。
7.根據權利要求5所述的預處理方法，其中，該方法還包括將含塵氣體進行除塵。
8.根據權利要求1或5所述的預處理方法，其中，該方法還包括將經過旋風分離的預粉碎產物再次進行雜物去除，以除去所述預粉碎產物中的編織物。
9.根據權利要求1或2所述的預處理方法，其中，所述薯類原料選自木薯、馬鈴薯和紅薯中的一種或多種。
10.一種乙醇的制備方法，該方法包括將薯類原料粉碎，并將粉碎產物與酶混合、酶解，得到酶解產物，發酵得到的酶解產物，其特征在于，該方法還包括在將薯類原料粉碎前，將薯類原料進行預處理，所 述預處理的方法為權利要求1-9中任意一項所述的預處理方法。
全文摘要
本發明公開了一種薯類原料的預處理方法以及乙醇的制備方法，所述薯類原料為干薯類原料；其中，所述預處理方法包括除去所述薯類原料中的雜物，然后將所述經過除雜的薯類原料進行預粉碎，得到預粉碎產物，并將所述預粉碎產物進行旋風分離。采用本發明的預處理方法對薯類原料進行預處理后，能夠使薯類原料更加均質化，便于后續工序的輸送和供料穩定。由于在預處理時除去了薯類原料中的各種雜物，還能夠減小對后續工序的設備磨損，并降低了物耗、電耗等費用，提高了后續工序設備的處理能力，便于大型化的乙醇連續化生產。
文檔編號C12P7/06GK103184241SQ201110459859
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月31日 優先權日2011年12月31日
發明者黃加軍, 李北, 嚴明奕, 杜金寶, 蘇云, 郝慧英, 李新 申請人:中糧集團有限公司, 廣西中糧生物質能源有限公司