專利名稱：薯類原料酒精生產方法
技術領域：
本發明涉及一種薯類原料酒精生產方法，實現薯類原料酒精生產過程中，液化醪中砂石等雜物的有效脫除，確保生產裝置能長周期穩定運行，并通過纖維素酶解薯類原料中的纖維素組分生產酒精，同時提高了淀粉利用率，使薯類原料中的淀粉及纖維素組分得到充分利用，降低液化過程中的能耗，降低薯類酒精生產成本，提高薯類酒精的市場競爭力。
背景技術：
發酵酒精是一種可再生的重要基礎原料及產品，主要在調制飲料酒、電子元件制造、溶劑、化工生產原料和生物質燃料等領域廣泛應用。近年來，隨著新型替代能源燃料乙醇產業的發展，單純以玉米、甘蔗等農作物為原料生產酒精，可能會產生與人爭糧的新問題，且原料價格增長較快，缺乏市場的競爭力。因此，近年來，世界范圍內采用非糧原料已成為生物乙醇領域的技術發展趨勢。薯類原料不與糧爭地，經濟上可行，可以大規模種植，是目前工業應用前景較為樂觀的生產酒精的非糧原料，在中國的廣西已建成年產20萬噸的木薯非糧燃料乙醇生產裝置，經濟及社會效益良好。本發明涉及的薯類原料酒精生產方法的生產原料主要包括木薯和紅薯等根生的淀粉質原料，薯類酒精生產工藝與玉米、甘蔗等酒精生產工藝存在諸多不同薯類原料受收獲及晾曬方式的影響，砂石雜質含量較高，而粉漿中的砂石有效脫除困難，造成酒精生產過程中設備磨蝕嚴重，裝置不能長周期穩定運行，必須定期更換機泵等設備，生產不穩定；薯類原料中的纖維素沒有充分利用；纖維素及木質素等包裹的淀粉也不能實現充分利用，造成廢醪液中殘余淀粉較高；傳統的薯類酒精生產液化工藝能耗較高。因此，亟待采用現代技術進步成果，改進和完善薯類酒精生產技術，降低生產過程的能耗和物耗，實現原料中淀粉、纖維素等成分的高值、充分利用，提高薯類酒精的市場競爭力。

發明內容
采用薯類為原料生產酒精過程中，粉漿的濃度越高，成熟醪的酒度就越高，生產過程的能耗就越低，但粉漿的濃度越高，粉漿的黏度也就越大，混在物料中的砂石的有效脫除越困難，造成薯類酒精生產過程中設備磨蝕嚴重，裝置不能長周期穩定運行。本發明的發明人發現通過對粉漿進行液化處理可降低物料的黏度，再對黏度降低的物料進行液固分離處理，可容易實現液化醪中砂石等雜物的有效脫除，解決了薯類酒精生產過程中設備磨蝕嚴重，裝置不能長周期穩定運行的行業難題。本發明的發明人還發現薯類酒精液化醪中的固含物(以下簡稱液化醪渣)(干基)主要包括纖維素30 32% ;半纖維素11 13% ;木質素32 35% ;粗蛋白5 6% ;淀粉1% ;其它(沙石、灰份、無機鹽等)15 20%，組分含量為重量百分比，其中，纖維素、半纖維素和木質素的含量較高；液化醪渣受薯類原料結構，以及蒸汽噴射液化、淀粉液化等處理過程的影響，液化醪渣中的木質素與纖維素和半纖維素是處于較松散的結合狀態，纖維素存在纖維素酶可利用的非結晶體結構，而非像秸桿原料中的木質素將纖維素緊緊包裹的結構，秸桿纖維素多以結晶體結構存在。因此，液化醪渣酶解前無需對液化醪渣進行預處理，而可以直接將液化醪渣進行酶解和發酵來制備酒精。本發明的發明人通過纖維素酶解反應使液化醪渣中的纖維素成分也用來生產酒精，并通過液化酶作用使液化醪渣酶解釋放的殘余淀粉也進一步得到利用，提高單位薯類原料生產酒精量。本發明涉及的薯類原料酒精生產方法，包括液化酶解、酒精發酵、精餾脫水和廢醪液處理單元，其特征是薯類原料在液化酶解單元制備液化醪及酶解液，液化醪通過管線送至液化醪液固分離裝置分離得到液化醪清液，酶解液通過管線送至酶解液液固分離裝置分離得到酶解清液，液化醪清液和酶解清液通過管線混合后得到混合清液，混合清液通過管線送至混合清液冷凝器冷卻后，通過管線送至酒精發酵單元制備酒精發酵成熟醪，再通過管線將發酵成熟醪送至精餾脫水單元，制備酒精產品及無水酒精產品，精餾脫水單元排放的廢醪液送至廢醪液處理單元進行處理。液化酶解單元的液化罐中的液化醪送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪渣送至酶解罐，酶解罐中同時加入纖維素酶解拌料水、纖維素酶， 實現液化醪渣中纖維素的酶解，得到酵母代謝酒精所需的葡萄糖，液化醪渣中所含纖維素的酒精轉化率70 88%。液化酶解單元的液化罐操作方法，其特征是酶解罐加入纖維素酶解拌料水和纖維素酶的同時加入淀粉酶，淀粉酶將液化醪渣中所含的通過纖維素酶解后釋放的殘余淀粉液化，酶解液殘渣中淀粉重量含量小于O. I %。廢醪液處理單元的好氧池好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水全部送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水送至液化酶解單元拌料器作為拌料水，減少酒精生產的新鮮水的消耗量。液化酶解單元中的新鮮蒸汽和液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽通過管線送至蒸汽噴射泵混合得到加熱粉漿的加熱蒸汽，加熱蒸汽通過管線送至噴射液化器，粉漿在噴射液化器中與加熱蒸汽混合升溫液化制備液化醪，噴射液化器流出的液化醪通過管線送至維持罐繼續液化操作，新鮮蒸汽的壓力大于維持罐的操作壓力，新鮮蒸汽的壓力(絕對壓力) 大于 O. 30MPa。薯類原料酒精生產方法的生產流程圖參見附圖中的圖I-液化酶解單元流程圖、 圖2-酒精發酵單元流程圖、圖3-精餾脫水單元流程圖、圖4-廢醪液處理單元流程圖。薯類原料酒精生產新方法的具體說明如下I.液化酶解單元液化酶解生產過程參見圖I-液化酶解單元流程圖。薯類原料通過輸送機送至粉碎機，粉碎后的原料送至拌料器，在拌料器中與拌料水(來自酒精發酵單元的二氧化碳洗滌塔的拌料排水，并補充一定量新鮮水)、淀粉酶混合后送至粉漿罐，粉漿固含物濃度約 25%。淀粉酶為內切酶，作用于淀粉時可使淀粉分子迅速降解，失去粘性，生成麥芽糖、麥芽三塘和較大分子的寡糖等，實現淀粉液化，并在糖化酶的作用下水解為酵母可以代謝的葡萄糖等。粉漿罐中的粉漿送至噴射液化器進料口，用于加熱粉漿的新鮮蒸汽首先通過蒸汽噴射泵與液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽混合，再作為加熱蒸汽送至噴射液化器進汽口，噴射液化器出口液化醪送至維持罐，維持罐溫度控制到85°C 120°C，加熱粉漿的新鮮蒸汽的溫度及壓力大于維持罐的溫度及壓力，新鮮蒸汽的壓力(絕對壓力)要求大于 O. 30MPa,由于利用了液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽，使加熱粉漿的新鮮蒸汽用量降低， 新鮮蒸汽的減少量與維持罐和液化醪閃蒸降溫罐溫度差有關，維持罐和液化醪閃蒸降溫罐溫度差越大，新鮮蒸汽的減少量也就越大。液化醪在維持罐中停留5 60分鐘后，物料再進入到液化醪閃蒸降溫罐，通過液化醪閃蒸操作將液化醪閃蒸降溫罐中的液化醪溫度降至 80°C 100°C，降溫后的料液進入到液化罐，同時流加淀粉酶。液化罐中的液化醪完成液化操作后送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪清液送至液化醪清液罐，液化醪渣送至酶解罐，同時添加拌料水。液化醪清液罐中的液化醪清液和酶解清液混合后通過混合清液冷卻器冷卻至25V 38 V，送至酒精發酵單元。酶解罐加入纖維素酶、表面活性劑等，纖維素酶的添加量為液化醪渣中纖維素處理量的O. I 5%，控制纖維素的酒精轉化率70%以上，并加入酸或堿控制酶解罐的PH值。纖維素酶是將纖維素降解為酵母可以代謝的葡萄糖的一類酶的總稱。它是多組分的復合酶系，主要包括3種組分內切型葡聚糖酶、外切型葡聚糖酶、葡萄糖苷酶，纖維素水解生成葡萄糖的過程依靠這三組分的協同作用完成。酶解罐在30°C 55°C的溫度下進行酶解反應，同時通過添加酸或堿控制PH值4. 5 5. 5。酶解罐排出的酶解液通過酶解液液固分離裝置分離，排出的酶解清液與液化醪清液混合后得到的混合清液送入混合清液冷卻器至酒精發酵單元，排出的酶解液殘渣送至干燥機干燥成為干渣，干渣可以作為鍋爐燃料，干渣中主要含有木質素、粗蛋白、沙石、灰份、 無機鹽等。為了進一步利用薯類液化醪殘渣中所含纖維素代謝后釋放的殘余淀粉，酶解罐同時流加淀粉酶，將殘余淀粉轉化為糖化酶可以水解利用的麥芽糖、麥芽三塘和較大分子的寡糖等，淀粉酶的加入量為酒精產量的0.01 O. I %，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. I %。2.酒精發酵單元酒精發酵生產過程參見圖2-酒精發酵單元流程圖。酒精發酵單元采用同步糖化和發酵工藝，使混合清液的糖化和發酵過程在發酵罐中同時完成，抑制在發酵過程中糖對酵母的抑制作用，發酵操作方式為連續，或半連續，或間歇，整個系統主要由多個發酵罐、成熟醪儲罐和CO2洗滌塔等組成。來自于液化酶解單元的混合清液流加糖化酶，糖化酶加入量為薯類原料處理量的 O. 2 2%，同時加入硫酸控制混合清液的PH值為3. O 5. O。將活化后的酵母放入酒母擴培罐中，同時加入混合清液及營養鹽，向罐內連續通入適量的無菌空氣，在擴培溫度25°C 35°C的條件下進行培養，在酵母細胞數達到要求后，連續向發酵罐供料，而酒母擴培罐繼續添加混合清液等。發酵罐控制溫度28°C 38°C，成熟醪酒度達到發酵要求后，經管線向精餾脫水單元連續供應發酵成熟醪。酒精發酵過程排出的CO2送入CO2洗滌塔，凈化后的CO2送至CO2回收裝置，CO2洗滌塔的洗滌排水送至液化酶解單元拌料器。3.精餾脫水單元酒精精餾脫水生產過程參見圖3-精餾脫水單元流程圖。來自酒精發酵單元的成熟醪在精餾脫水單元通過精餾得到酒精產品，酒精產品進一步脫水得到無水酒精產品。自酒精發酵單元的發酵成熟醪進入第一粗餾塔，操作壓力(絕對壓力)為
O.005MPa O. 4MPa，醪液在此脫除水、有機酸和重組份雜質等，塔頂采出的粗酒送入精塔， 第一粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，第一粗餾塔進料口以下側線采出，通過管線送入第二粗餾塔進料口。來自第一粗餾塔的進料在第二粗餾塔內進行傳質操作，在此脫除水、有機酸和重組份雜質等，第二粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，操作壓力(絕對壓力)為
O.IMPa O. 6MPa，第二粗餾塔塔頂汽送至第一粗餾塔再沸器，冷凝后部分回流第二粗餾塔塔頂，部分第二粗餾塔塔頂采出作為工業酒精產品，第二粗餾塔側線采出酒精產品。來自第一粗餾塔的頂采粗酒送至精塔，在此脫除水等雜質，濃縮酒精，操作壓力 (絕對壓力)為O. 3MPa O. 8MPa，精塔頂汽作為第二粗餾塔再沸器的加熱介質，塔頂冷凝液部分回流，部分冷凝液作為精塔頂采送至第二粗餾塔上部進料口，精塔釜采廢水送至廢醪液處理單元。精餾操作得到的酒精產品再通過分子篩吸附裝置脫除共沸水后，可得到無水酒精產品。第一粗餾塔、第二粗餾塔和精塔內部結構可以采用板式、填料以及板式和填料的復合結構，分子篩吸附裝置中的吸附劑可以是硅鋁型分子篩，可選擇的分子篩為A型、X型、 絲光沸石型、ZSM型等。4.廢醪液處理單元酒精生產廢醪液處理過程參見圖4-廢醪液處理單元流程圖。廢醪液處理單元采用厭氧耗氧等裝置處理酒精生產過程產生的廢醪液，實現酒精清潔生產目標。來自精餾脫水單元的廢醪液送入冷卻塔冷卻后再送至厭氧罐。厭氧處理后的厭氧出水至好氧池，厭氧罐排出的沼氣通過凈化裝置處理后，送入鍋爐作為燃料利用。通過好氧池處理后的好氧出水送入膜超濾凈化裝置，厭氧污泥及好氧污泥通過脫水處理后作為肥料出售，污泥脫水處理裝置排出的污水與廢醪液混合返回厭氧罐。好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至液化酶解單元的酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水再作為液化酶解單元拌料器的拌料水，實現再生水全部回用，減少酒精生產的新鮮水的消耗量。采用本發明涉及的薯類原料酒精生產方法，液化醪中砂石等雜物得到有效脫除， 徹底解決了物料中沙石磨蝕設備的問題，生產裝置實現長周期穩定運行，薯類原料中纖維素的酒精轉化率為70 88%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。液化單元的蒸汽噴射液化器處理單位體積液化醪的新鮮蒸汽消耗降低IOkg以上，處理后的再生水全部回用。


圖I :液化酶解單元流程圖2 :酒精發酵單元流程圖；圖3 :精餾脫水單元流程圖；圖4 :廢醪液處理單元流程圖。
具體實施例方式實施例I :以紅薯為原料，采用圖I、圖2、圖3、圖4所示的薯類原料酒精生產方法進行酒精產品的生產，同時副產工業酒精。I.液化酶解單元紅薯原料通過輸送機送至粉碎機，粉碎后的原料送至拌料器，在拌料器中與拌料水、淀粉酶混合后送至粉漿罐，粉漿固含物濃度約25%。粉漿罐中的粉漿送至噴射液化器進料口，用于加熱粉漿的新鮮蒸汽通過蒸汽噴射泵與液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽混合后作為加熱蒸汽送至噴射液化器進汽口，噴射器出口液化醪送至維持罐，維持罐溫度控制到85°C，加熱粉漿的新鮮蒸汽的壓力(絕對壓力) 為O. 30MPa。液化醪在維持罐中停留60分鐘后，物料再進入到液化醪閃蒸降溫罐，通過液化醪閃蒸操作將液化醪閃蒸降溫罐中的液化醪溫度降至80°C，降溫后的料液進入到液化罐， 同時流加淀粉酶。液化罐中的液化醪完成液化操作后送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪清液送至液化醪清液罐，液化醪渣送至酶解罐，同時添加拌料水。 液化醪清液罐中的液化醪清液和酶解清液混合后通過混合清液冷卻器冷卻至25°C，送至酒精發酵單元。酶解罐加入纖維素酶、淀粉酶、表面活性劑等，纖維素酶的添加量為液化醪渣所含纖維素處理量的O. 1%，酶解罐在55°C的溫度條件下進行酶解反應，同時通過添加硫酸控制PH值為4.5。酶解罐排出的酶解液通過酶解液液固分離裝置分離，排出的酶解清液與液化醪清液混合后送入混合清液冷卻器至酒精發酵單元，排出的酶解液殘渣送至干燥機干燥成為干渣，干渣可以作為鍋爐燃料，淀粉酶的加入量為酒精產量的0.01%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。2.酒精發酵單元酒精發酵單元采用連續發酵。來自于液化酶解單元的混合清液流加糖化酶，糖化酶的加入量為薯類原料處理量的O. 2%，同時加入硫酸控制混合清液的PH值為5. O。將活化后的酵母放入酒母擴培罐中，同時加入混合清液及營養鹽，向罐內連續通入適量的無菌空氣，在擴培溫度25°C的條件下進行培養，在酵母細胞數達到要求后，連續向發酵罐供料， 而酒母擴培罐繼續添加混合清液等。發酵罐控制溫度38°C，成熟醪酒度達到發酵要求后，經管線向精餾脫水單元連續供應發酵成熟醪。酒精發酵過程排出的CO2送入CO2洗滌塔，凈化后的CO2送至CO2回收裝置，CO2洗滌塔的洗滌排水送至液化酶解單元拌料器。3.精餾脫水單元自酒精發酵單元的發酵成熟醪進入第一粗餾塔，操作壓力(絕對壓力)為
O.005MPa,塔頂采出的粗酒送入精塔，第一粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，第一粗餾塔進料口以下側線采出，通過管線送入第二粗餾塔進料口。
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第二粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，操作壓力(絕對壓力)為O. IMPa，第二粗餾塔塔頂汽送至第一粗餾塔再沸器，冷凝后部分回流第二粗餾塔塔頂，部分第二粗餾塔塔頂采出作為工業酒精產品，第二粗餾塔側線采出酒精產品。來自第一粗餾塔的頂采粗酒送至精塔，操作壓力(絕對壓力)為O. 3MPa，精塔頂汽作為第二粗餾塔再沸器的加熱介質，塔頂冷凝液部分回流，部分冷凝液作為精塔頂采送至第二粗餾塔上部進料口，精塔釜采廢水送至廢醪液處理單元。第一粗餾塔內部結構采用板式結構，第二粗餾塔和精塔內部結構采用板式和填料的復合結構。4.廢醪液處理單元來自精餾脫水單元的廢醪液送入冷卻塔冷卻后再送至厭氧罐。厭氧處理后的厭氧出水至好氧池，厭氧罐排出的沼氣通過凈化裝置處理后，送入鍋爐作為燃料利用。通過好氧池處理后的好氧出水送入膜超濾凈化裝置，厭氧污泥及好氧污泥通過脫水處理后作為肥料出售，污泥脫水處理裝置排出的污水與廢醪液混合返回厭氧罐。好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至液化酶解單元的酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水再作為液化酶解單元拌料器的拌料水，實現再生水全部回用。采用本發明涉及的薯類原料酒精生產方法，液化醪中砂石等雜物得到有效脫除， 徹底解決了物料中沙石磨蝕設備的問題，生產裝置實現長周期穩定運行，薯類原料中纖維素的酒精轉化率為70%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。液化單元的蒸汽噴射液化器處理單位體積液化醪的新鮮蒸汽消耗降低10kg，處理后的再生水全部回用。實施例2 以木薯為原料，采用圖I、圖2、圖3、圖4所示的薯類原料無水酒精產品的生產，同時副產工業酒精，粉漿固含物濃度約25%。I.液化酶解單元木薯原料通過輸送機送至粉碎機，粉碎后的原料送至拌料器，在拌料器中與拌料水(來自酒精發酵單元的二氧化碳洗滌塔的拌料排水)、淀粉酶混合后送至粉漿罐。粉漿罐中的粉漿送至噴射液化器進料口，用于加熱粉漿的新鮮蒸汽通過蒸汽噴射泵與液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽混合后作為加熱蒸汽送至噴射液化器進汽口，噴射器出口液化醪送至維持罐，維持罐溫度控制到120°C，加熱粉漿的新鮮蒸汽的壓力(絕對壓力)為0.60MPa。液化醪在維持罐中停留5分鐘后，物料再進入到液化醪閃蒸降溫罐，通過液化醪閃蒸操作將液化醪閃蒸降溫罐中的液化醪溫度降至100°C，降溫后的料液進入到液化罐，同時流加淀粉酶。液化罐中的液化醪完成液化操作后送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪清液送至液化醪清液罐，液化醪渣送至酶解罐，同時添加拌料水。 液化醪清液罐中的液化醪清液和酶解清液混合后通過混合清液冷卻器冷卻至38°C，送至酒精發酵單元。酶解罐加入纖維素酶、淀粉酶、表面活性劑等，纖維素酶的添加量為液化醪渣所含纖維素處理量的I %。酶解罐在30°C的溫度下進行酶解反應，同時通過添加硫酸控制PH值為 5. 5。
酶解罐排出的酶解液通過酶解液液固分離裝置分離，排出的酶解清液與液化醪清液混合后送入混合清液冷卻器至酒精發酵單元，排出的酶解液殘渣送至干燥機干燥成為干渣，干渣可以作為鍋爐燃料，淀粉酶的加入量為酒精產量的O. 05%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。2.酒精發酵單元酒精發酵單元采用間歇發酵。來自于液化酶解單元的混合清液流加糖化酶，糖化酶的加入量為薯類原料處理量的2%，同時加入硫酸控制混合清液的PH值為3. O。將活化后的酵母放入酒母擴培罐中，同時加入混合清液及營養鹽，向罐內連續通入適量的無菌空氣， 在擴培溫度35°C的條件下進行培養，在酵母細胞數達到要求后，連續向發酵罐供料，而酒母擴培罐繼續添加混合清液等。發酵罐控制溫度28°C，成熟醪酒度達到發酵要求后，經管線向精餾脫水單元連續供應發酵成熟醪。酒精發酵過程排出的CO2送入CO2洗滌塔，凈化后的 CO2送至CO2回收裝置，CO2洗滌塔的洗滌排水送至液化酶解單元拌料器。3.精餾脫水單元自酒精發酵單元的發酵成熟醪進入第一粗餾塔，操作壓力(絕對壓力)為O.4MPa， 塔頂采出的粗酒送入精塔，第一粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，第一粗餾塔進料口以下側線采出，通過管線送入第二粗餾塔進料口。第二粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，操作壓力(絕對壓力)為O. 6MPa，第二粗餾塔塔頂汽送至第一粗餾塔再沸器，冷凝后部分回流第二粗餾塔塔頂，部分第二粗餾塔塔頂采出作為工業酒精產品，第二粗餾塔側線采出酒精產品。來自第一粗餾塔的頂采粗酒送至精塔，操作壓力(絕對壓力)為O. 8MPa，精塔頂汽作為第二粗餾塔再沸器的加熱介質，塔頂冷凝液部分回流，部分冷凝液作為精塔頂采送至第二粗餾塔上部進料口，精塔釜采廢水送至廢醪液處理單元。精餾操作得到的酒精產品再通過分子篩吸附裝置脫除共沸水后，可得到無水酒精
女口
廣叩ο第一粗餾塔內部結構采用板式結構，第二粗餾塔和精塔內部結構采用板式和填料的復合結構。4.廢醪液處理單元來自精餾脫水單元的廢醪液送入冷卻塔冷卻后再送至厭氧罐。厭氧處理后的厭氧出水至好氧池，厭氧罐排出的沼氣通過凈化裝置處理后，送入鍋爐作為燃料利用。通過好氧池處理后的好氧出水送入膜超濾凈化裝置，厭氧污泥及好氧污泥通過脫水處理后作為肥料出售，污泥脫水處理裝置排出的污水與廢醪液混合返回厭氧罐。好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至液化酶解單元的酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水再作為液化酶解單元拌料器的拌料水，實現再生水全部回用。采用本發明涉及的薯類原料酒精生產方法，液化醪中砂石等雜物得到有效脫除， 徹底解決了物料中沙石磨蝕設備的問題，生產裝置實現長周期穩定運行，薯類原料中纖維素的酒精轉化率為81%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. I %。液化單元的蒸汽噴射液化器處理單位體積液化醪的新鮮蒸汽消耗降低約40kg，處理后的再生水全部回用。實施例3
以木薯及紅薯的混合物為原料，木薯與紅薯的比例為9 I.采用圖I、圖2、圖3、 圖4所示的薯類原料酒精生產方法進行酒精產品的生產，同時副產工業酒精。I.液化酶解單元木薯與紅薯的混合原料通過輸送機送至粉碎機，粉碎后的原料送至拌料器，在拌料器中與拌料水、淀粉酶混合后送至粉漿罐，粉漿固含物濃度約25%。粉漿罐中的粉漿送至噴射液化器進料口，用于加熱粉漿的新鮮蒸汽通過蒸汽噴射泵與液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽混合后作為加熱蒸汽送至噴射液化器進汽口，噴射器出口液化醪送至維持罐，維持罐溫度控制到105°C，加熱粉漿的新鮮蒸汽的壓力(絕對壓力)為O. 50MPa。液化醪在維持罐中停留15分鐘后，物料再進入到液化醪閃蒸降溫罐，通過液化醪閃蒸操作將液化醪閃蒸降溫罐中的液化醪溫度降至90°C，降溫后的料液進入到液化罐，同時流加淀粉酶。液化罐中的液化醪完成液化操作后送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪清液送至液化醪清液罐，液化醪渣送至酶解罐，同時添加拌料水。 液化醪清液罐中的液化醪清液和酶解清液混合后通過混合清液冷卻器冷卻至28°C，送至酒精發酵單元。酶解罐加入纖維素酶、淀粉酶、表面活性劑等，纖維素酶的添加量為液化醪渣所含纖維素處理量的O. I %。酶解罐在50°C的溫度下進行酶解反應，同時通過添加硫酸控制PH 值為5。酶解罐排出的酶解液通過酶解液液固分離裝置分離，排出的酶解清液與液化醪清液混合后送入混合清液冷卻器至酒精發酵單元，排出的酶解液殘渣送至干燥機干燥成為干渣，干渣可以作為鍋爐燃料，淀粉酶的加入量為酒精產量的O. I %，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。2.酒精發酵單元酒精發酵單元采用間歇發酵。來自于液化酶解單元的混合清液流加糖化酶，糖化酶的加入量為薯類原料處理量的I %，同時加入硫酸控制混合清液的PH值為4. 5。將活化后的酵母放入酒母擴培罐中，同時加入混合清液及營養鹽，向罐內連續通入適量的無菌空氣， 在擴培溫度28°C的條件下進行培養，在酵母細胞數達到要求后，連續向發酵罐供料，而酒母擴培罐繼續添加混合清液等。發酵罐控制溫度30°C，成熟醪酒度達到發酵要求后，經管線向精餾脫水單元連續供應發酵成熟醪。酒精發酵過程排出的CO2送入CO2洗滌塔，凈化后的 CO2送至CO2回收裝置，CO2洗滌塔的洗滌排水送至液化酶解單元拌料器。3.精餾脫水單元自酒精發酵單元的發酵成熟醪進入第一粗餾塔，操作壓力(絕對壓力)為
O.067MPa，塔頂采出的粗酒送入精塔，第一粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，第一粗餾塔進料口以下側線采出，通過管線送入第二粗餾塔進料口。第二粗餾塔釜采廢醪液送至廢醪液處理單元，操作壓力(絕對壓力)為O. 25MPa， 第二粗餾塔塔頂汽送至第一粗餾塔再沸器，冷凝后部分回流第二粗餾塔塔頂，部分第二粗餾塔塔頂采出作為工業酒精產品，第二粗餾塔側線采出酒精產品。來自第一粗餾塔的頂采粗酒送至精塔，操作壓力(絕對壓力)為O. 5MPa，精塔頂汽作為第二粗餾塔再沸器的加熱介質，塔頂冷凝液部分回流，部分冷凝液作為精塔頂采送至
10第二粗餾塔上部進料口，精塔釜采廢水送至廢醪液處理單元。第一粗餾塔內部結構采用板式結構，第二粗餾塔和精塔內部結構采用板式和填料的復合結構。4.廢醪液處理單元來自精餾脫水單元的廢醪液送入冷卻塔冷卻后再送至厭氧罐。厭氧處理后的厭氧出水至好氧池，厭氧罐排出的沼氣通過凈化裝置處理后，送入鍋爐作為燃料利用。通過好氧池處理后的好氧出水送入膜超濾凈化裝置，厭氧污泥及好氧污泥通過脫水處理后作為肥料出售，污泥脫水處理裝置排出的污水與廢醪液混合返回厭氧罐。好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至液化酶解單元的酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水再作為液化酶解單元拌料器的拌料水，實現再生水全部回用。采用本發明涉及的薯類原料酒精生產方法，液化醪中砂石等雜物得到有效脫除， 徹底解決了物料中沙石磨蝕設備的問題，生產裝置實現長周期穩定運行，薯類原料中纖維素的酒精轉化率為88%，酶解液殘渣中淀粉含量小于O. 1%。液化單元的蒸汽噴射液化器處理單位體積液化醪的新鮮蒸汽消耗降低約30kg，處理后的再生水全部回用。
權利要求
1.薯類原料酒精生產方法，包括液化酶解、酒精發酵、精餾脫水和廢醪液處理單元，其特征是薯類原料在液化酶解單元制備液化醪及酶解液，液化醪通過管線送至液化醪液固分離裝置分離得到液化醪清液，酶解液通過管線送至酶解液液固分離裝置分離得到酶解清液，液化醪清液和酶解清液通過管線混合后得到混合清液，混合清液通過管線送至混合清液冷凝器冷卻后，通過管線送至酒精發酵單元制備酒精發酵成熟醪，再通過管線將發酵成熟醪送至精餾脫水單元，制備酒精產品及無水酒精產品，精餾脫水單元排放的廢醪液送至廢醪液處理單元進行處理。
2.如權利要求I所述的薯類原料酒精生產方法，其特征是液化酶解單元的液化罐中的液化醪送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置分離得到的液化醪渣送至酶解罐，酶解罐中同時加入纖維素酶解拌料水、纖維素酶，實現液化醪渣中纖維素的酶解，得到酵母代謝酒精所需的葡萄糖。
3.如權利要求2所述的液化酶解單元操作方法，其特征是酶解罐加入纖維素酶解拌料水和纖維素酶的同時加入淀粉酶，淀粉酶將液化醪渣中所含的通過纖維素酶解后釋放的殘余淀粉液化，酶解液殘渣中淀粉重量含量小于O. I %。
4.如權利要求I所述的薯類原料酒精生產方法，其特征是廢醪液處理單元的好氧池好氧出水送至膜超濾凈化裝置進一步脫雜凈化處理，處理后的再生水部分返回送至酶解罐作為纖維素酶解拌料水，剩余再生水全部送至酒精發酵單元二氧化碳洗滌塔作為洗滌水，洗滌塔排水送至液化酶解單元拌料器作為拌料水。
5.一種薯類原料酒精生產方法，包括液化酶解、酒精發酵、精餾脫水和廢醪液處理單元，其特征是液化酶解單元中的新鮮蒸汽和液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽通過管線送至蒸汽噴射泵混合得到加熱粉漿的加熱蒸汽，加熱蒸汽通過管線送至噴射液化器，粉漿在噴射液化器中與加熱蒸汽混合升溫液化制備液化醪，噴射液化器流出的液化醪通過管線送至維持罐繼續液化操作，新鮮蒸汽的壓力大于維持罐的操作壓力，新鮮蒸汽的壓力大于 O. 30MPa。
全文摘要
本發明為薯類原料酒精生產方法，包括液化酶解、酒精發酵、精餾脫水和廢醪液處理單元，液化酶解單元液化罐中的液化醪送至液化醪液固分離裝置，通過液化醪液固分離裝置得到的液化醪渣送至酶解罐，酶解罐中加入拌料水、纖維素酶等，實現液化醪渣中纖維素的酶解；液化酶解單元中的新鮮蒸汽和液化醪閃蒸降溫罐產生的閃蒸汽通過管線送至蒸汽噴射泵混合得到加熱粉漿的加熱蒸汽，加熱蒸汽通過管線送至噴射液化器，粉漿在噴射液化器中與加熱蒸汽混合升溫液化制備液化醪。本發明薯類原料中纖維素的酒精轉化率為70-88％，酶解液殘渣中淀粉含量小于0.1％，蒸汽噴射液化器處理單位體積液化醪新鮮蒸汽消耗降低約10kg以上，再生水全部回用。
文檔編號C12P7/10GK102605003SQ20121007840
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者劉宗章, 劉成, 呂惠生, 張志強, 張敏華, 李永輝, 歐陽勝利, 董秀芹, 錢勝華 申請人:天津大學