[发明专利]一种具备自控系统的连续固态发酵制取乙醇的装置及工艺

说明书

技术领域

本发明属于微生物发酵生产燃料乙醇的技术领域。具体涉及一种生产燃料乙醇的固态发酵装置及工艺，特别是一种基于糖质原料制取燃料乙醇的自控连续固体发酵装置及工艺。

背景技术

随着社会的发展，化石资源已渐趋枯竭，世界各国开始致力于研究可再生能源物质，而可替代石油燃料的绿色新能源——燃料乙醇受到了国内外的广泛关注。因其燃烧特性与汽油非常接近，可以按一定比例与汽油混合使用，也可以直接作为燃料使用，极大减少了有害气体的排放，具有广阔的发展空间。

由于世界人口急剧增多，为保证粮食供应，逐渐有国家出台限制粮食作物制乙醇的政策，因此非粮作物生产乙醇将会成为发展趋势。甜高粱以其抗旱、耐盐碱、适应力强、茎秆含糖量高等特性，成为此类非粮作物的优选对象。

甜高粱秸秆生产乙醇主要有液态和固态发酵两种方式。液态发酵是将新鲜甜高粱秸秆压榨取汁，对汁液进行发酵，但贮存汁液时需要加入防腐剂，对发酵酵母菌不利，而压榨后的固体物料中还残留一定量的糖分，这些都将造成乙醇产率降低；固态发酵是将甜高粱秸秆粉碎后直接进行发酵，降低了原料预处理的强度，避免了防腐剂的使用，减少了糖损失，能从根本上克服液态发酵的不足。

但目前的固态发酵技术大多数还沿用传统制酒工艺，在固定的发酵池或发酵罐内进行，属于间歇操作，酒气易挥发，生产效率低。而粉碎秸秆类物料具有相互缠绕的特点，很难实现连续流动，其运动的不确定性也给监测带来困难。因此，开发新型设备，降低成本和能耗，提高乙醇产率，并实现固态发酵连续化是发展生物质发酵制取燃料乙醇工业的当务之急。

在中国专利申请公布CN 102071222A中，本发明的发明人公开了一种制取燃料乙醇的连续固态发酵装置及工艺。其中的连续发酵是通过如下步骤实现的：

（a）菌种添加：在粉碎物料进入连续固态发酵罐体前向发酵原料中添加发酵菌种；发酵菌种接种量为5%～20%（V/W）；

（b）连续固态发酵：将上述混合后的发酵料在连续固态发酵罐中进行连续发酵，发酵时间30h

，连续固态发酵罐体回转速度控制在0.03～0.4rpm，连续固态发酵罐体内的温度保持在25～40℃，使可发酵糖转化为乙醇。

在中国专利申请公布CN 102071222A中公开的制取燃料乙醇的自控连续固态发酵装置的技术方案为：送料器与密闭料仓相连，密闭料仓上设置有料位计、菌液喷淋管，其出口处安装双辊下料机；所述双辊下料机的出口与进料螺旋送料器连接，进料螺旋送料器伸入进料密封仓内并固定，进料密封仓与连续固态发酵罐体之间采用机械密封；连续固态发酵罐体设有沿轴线向出口方向倾斜的倾角，罐体外壁上固定有齿圈，变速机驱动装置与齿圈啮合，驱动连续固态发酵罐体在托轮的支承下回转；所述连续固态发酵罐体的出口处与出料密封仓连接，所述出料密封仓上设置排气口，并安装有呼吸阀，出料密封仓与连续固态发酵罐体之间采用机械密封。在出料密封仓的出口处安装闸板阀，并通过闸门阀与后续设备密封连接。

所述连续固态发酵罐体的内壁安装若干组抄板，每组抄板数量为6-10个，安装角度可调；同组抄板等间距分布在同一截面上，不同截面的抄板交错排列，以改变物料搅拌程度和调控物料流动速度。

所述双辊下料机与密闭料仓之间采用物料堆积密封，所述出料密封仓与闸板阀之间采用发酵料密封。

所述装置各管口、连接部位，及其与前后其他设备连接处都采用密封连接，并与发酵罐体的回转运动相适应，保证运行全过程的密封效果。

所述连续固态发酵罐体的转速在0.03～0.4rpm之间可调。

但是上述用于连续发酵的装置和工艺仍存在一些缺陷，例如：1.由于粉碎后的秸秆颗粒较大，用常规的送料器进料时经常会堵塞进料口，需要经常疏通，从而影响生产效率；2.经过发酵后的秸秆交织缠连在一起，会堵塞出料口，同样会影响生产效率；3.由于在发酵中会产生热量，使得发酵罐内温度不断升高，当超出菌种的适宜温度区间时会影响发酵效率；4.所用菌液由于培养基比较昂贵，因此菌种生产成本较高，加入菌种时的使用浓度偏低，发酵效率不够理想等；5.发酵装置没有自控调节，亦影响正常生产。

因此，本领域中仍需要能够实现自控连续固体发酵的装置和工艺。以解决当前甜高粱秸秆制乙醇过程中液态发酵原料预处理成本高、固态发酵生产效率低以及连续化困难的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明针对物料流动特性，结合发酵工艺操作特点，提供了一种用于制取燃料乙醇的自控连续固态发酵装置及工艺，实现甜高粱秸秆制燃料乙醇的连续化生产。