專(zhuān)利名稱：甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用農(nóng)作物莖稈汁液制取燃料乙醇的方法，特別涉及一種利用甜 高粱莖稈汁液制取燃料乙醇的方法。
背景技術(shù)：
燃料乙醇是指可作為燃料使用的無(wú)水乙醇，燃料乙醇加變性劑，就成為變性燃料 乙醇，變性燃料乙醇和汽油經(jīng)一定比例混配成為車(chē)用乙醇汽油，是一種替代和節(jié)約汽油的 最佳燃料，它具有廉價(jià)、清潔、環(huán)保、安全、可再生等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)燃料乙醇就是為車(chē)用乙醇汽 油提供原料。甜高粱又稱糖高梁，是普通粒用高梁(sorghum bicolor(L. )Moench)的一個(gè)變種， 其特點(diǎn)是生長(zhǎng)速度快，莖稈汁液豐富，含糖量高，且具有高抗逆性，抗旱、抗?jié)场⒛望}堿、耐瘠 薄，適合我國(guó)干旱半干旱地區(qū)種植。美國(guó)是世界上開(kāi)發(fā)利用燃料乙醇較早的國(guó)家之一，燃料乙醇生產(chǎn)有近百年的歷 史，1908年正式用于汽車(chē)燃料。巴西政府于1975年制定燃料乙醇行動(dòng)計(jì)劃，并大力推廣應(yīng) 用于汽車(chē)燃料。我國(guó)政府于2001年啟動(dòng)了“十五酒精能源計(jì)劃”并制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。建立 了幾個(gè)以玉米小麥成化糧為原料生產(chǎn)燃料乙醇的企業(yè)。用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇， 在我國(guó)是一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，是不與人爭(zhēng)糧不與糧爭(zhēng)地，即解決能源危機(jī)、環(huán)境污染問(wèn)題， 又解決糧食安全問(wèn)題。用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的工藝，就是在用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)乙醇工藝 后再加一個(gè)脫水工藝而成。在以往，用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)乙醇的工藝有許多缺點(diǎn)1.榨 汁粗放導(dǎo)致出液率低；2.對(duì)汁液不做調(diào)制導(dǎo)致乙醇得率低；3.發(fā)酵酵母以液體(酵母活化 液)形態(tài)，加入發(fā)酵過(guò)程，導(dǎo)致酵母與汁液接觸面積小反應(yīng)緩慢，而且酵母代謝生命短損失 大。4.發(fā)酵工藝分三段進(jìn)行(初期、中期、后期)，導(dǎo)致發(fā)酵速度慢、產(chǎn)量低，乙醇得率低。

發(fā)明內(nèi)容
克服了以往工藝存在的所有缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種采用了莖稈前處 理、汁液調(diào)制、固定化酵母粒子、流態(tài)化快速發(fā)酵新工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其包括如下步驟榨 汁、添加發(fā)酵酵母、發(fā)酵、蒸餾及脫水。其中，所述發(fā)酵酵母是以固定化酵母粒子的形式 加入發(fā)酵過(guò)程中，所述固定化酵母粒子是在榨汁得到的汁液中加入滅菌后的海藻酸鈉溶 液和酵母溶液攪拌制成混合液，所述混合液做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后滴入CaC12溶液中以生成 海藻酸鈉粒子，即得到固定化酵母粒子；其中，所述海藻酸鈉溶液的粘度優(yōu)選為高粘度 500-1000mpa*S (毫帕 秒)，酵母溶液濃度優(yōu)選為22-25% (質(zhì)量百分比)；所述CaCl2溶 液濃度優(yōu)選為74% (質(zhì)量百分比)，溫度優(yōu)選控制在20°C。進(jìn)一步，在發(fā)酵開(kāi)始階段，將清新空氣送進(jìn)發(fā)生器，同時(shí)把固定化酵母離子和發(fā)酵汁液送進(jìn)發(fā)生器，采用壓縮空氣攪動(dòng)酵母粒子和發(fā)酵汁液上下翻動(dòng)，發(fā)酵代謝產(chǎn)生大量的 乙醇和二氧化碳?xì)怏w，并放出熱量，二氧化碳?xì)怏w所帶的醪液經(jīng)冷卻后經(jīng)氣液分離，醪液進(jìn) 入貯醪箱，氣體進(jìn)入壓縮機(jī)送進(jìn)發(fā)生器，由二氧化碳?xì)怏w代替空氣作為發(fā)生器發(fā)酵反應(yīng)的 氣體動(dòng)力，不斷的循環(huán)，在發(fā)酵體內(nèi)部形成良好的流體化發(fā)酵反應(yīng)。優(yōu)選的，所述方法包括榨汁前處理的步驟，是去除甜高粱莖稈上的枝、葉及包裹在 莖稈上的外鞘，再進(jìn)行清洗的處理。所述榨汁是將預(yù)處理后的甜高梁莖稈進(jìn)行榨汁處理，使其液渣分離得到清潔的汁 液。所述榨汁步驟之后進(jìn)一步包括汁液調(diào)制步驟，是對(duì)清潔的汁液進(jìn)行酸化、稀釋、添 加營(yíng)養(yǎng)鹽三個(gè)工藝調(diào)制。所述酸化是將稀鹽酸直接加入到原汁液中，測(cè)汁液的PH值使其達(dá) 到4-4. 5為佳；所述稀釋是將濃度為74-80% (質(zhì)量百分比)的原汁液，加水稀釋到25% (體積百分比)為最佳；所述添加營(yíng)養(yǎng)鹽將氮素和鎂鹽加入稀釋好的汁液中攪勻，氮素加入 量為汁液中糖含量的0. 15%-0. 18%，鎂鹽加入量為汁液中糖含量的0. 05%-0. 06%，所述 糖含量為汁液總質(zhì)量的25%。所述氮素例如但不限于為(NH4)2S04或其他常用氮素，鎂鹽例 如但不限于為MgS04或其他常用鎂鹽。所述蒸餾是將發(fā)酵后的醪液蒸餾得到體積百分比為95%的乙醇，之后將上述所得 乙醇脫水處理得到燃料乙醇。本發(fā)明還提供一種采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，包括榨汁機(jī)、汁液 儲(chǔ)存裝置、固定酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置、雙塔蒸餾裝置和分子篩選脫水系統(tǒng)。其中， 所述固定酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置，包括發(fā)酵汁液貯存器、發(fā)生器以及貯醪箱，所述的 發(fā)酵汁液貯存器設(shè)有一個(gè)發(fā)酵汁液輸入管道，并通過(guò)一個(gè)第一醪液泵和一根第一醪液輸送 管道連通到所述的發(fā)生器，所述的發(fā)生器的上部設(shè)有成熟醪液溢流口，所述的成熟醪液溢 流口通過(guò)一根成熟醪液輸出管道連通至所述的貯醪箱；所述的發(fā)酵汁液貯存器還通過(guò)一個(gè) 第二醪液泵和一根第二醪液輸送管道連通到一個(gè)固定酵母造粒器，所述的固定酵母造粒器 再通過(guò)一根酵母粒子輸送管道連通至所述的發(fā)生器。較佳的技術(shù)方案中，在發(fā)生器上方密封連接有一個(gè)汽泡捕捉器，所述的汽泡捕捉 器通過(guò)一根二氧化碳冷凝排出管道連通至一個(gè)氣液分離器，所述的氣液分離器的液體輸出 端連通至所述的貯醪箱，所述的氣液分離器的氣體輸出端與一個(gè)二氧化碳凈化器連接，所 述的二氧化碳凈化器再通過(guò)一個(gè)氣體壓縮機(jī)連通至一個(gè)穩(wěn)壓貯氣室，所述的穩(wěn)壓貯氣室設(shè) 有一個(gè)連通到所述的發(fā)生器的底部的壓縮氣體輸入口。本發(fā)明采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法具有以下優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)甜高粱莖稈進(jìn)行預(yù)處理，提高出液率；2.對(duì)榨汁得到的汁液進(jìn)行特殊的調(diào)制，提高乙醇得率；3.發(fā)酵酵母以固定化酵母粒子形式與汁液充分接觸，使得反應(yīng)激烈、迅速、充分；4.采用了固定酵母流態(tài)化成醪發(fā)生器的發(fā)酵工藝連續(xù)、發(fā)酵速度快、產(chǎn)量高，乙醇 得率聞；5.本發(fā)明采用的新工藝最大的特點(diǎn)是沒(méi)有三廢排出，全部二次利用廢水莖稈前處理產(chǎn)生的廢水，經(jīng)沉淀處理后又循環(huán)利用了。其他工藝過(guò)程中產(chǎn)生 的廢液都排入沼氣池充分利用。沼氣池中產(chǎn)生的廢沉淀物可做肥料肥田使用；
廢氣發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的C02，經(jīng)發(fā)生器的氣泡捕捉器、冷凝排管、C02凈化器、氣體 壓縮機(jī)處理后又送回到發(fā)生器做流態(tài)化發(fā)酵的氣體動(dòng)力之用；廢渣莖稈前處理產(chǎn)生的廢枝、葉、鞘及榨汁過(guò)程產(chǎn)生的大量廢渣都是制作飼料的 好原料加以充分利用。本發(fā)明固定酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置的特點(diǎn)是1.發(fā)酵速度快。由于用了固定化粒子流態(tài)化發(fā)酵工藝，擴(kuò)大了酵母和糖化醪的接 觸面積和接觸次數(shù)，加快了酵母菌體對(duì)糖液的分解代謝，從新料進(jìn)入發(fā)生器，到成熟醪從溢 流口輸出，只需要2小時(shí)，比三段式發(fā)酵工藝提高10倍之多。2.自動(dòng)化程度高、設(shè)備占地面積小、省資源、省人力。從原料輸入、換氣到溫控都采 用數(shù)字控制技術(shù)，控制準(zhǔn)確快速，不浪費(fèi)原料，不浪費(fèi)時(shí)間。3.酒精轉(zhuǎn)化率高。從換氣開(kāi)始發(fā)酵全過(guò)程都在厭氧封閉的環(huán)境下進(jìn)行的，很少有 污染，酒精轉(zhuǎn)化率達(dá)90%以上。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例中甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的流程圖；圖2是本發(fā)明的固定酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是汽泡捕捉器的擋板的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施例僅用于例證 的目的，決不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。特舉一實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明方法的具體步驟，其流程如圖1所示。1.榨汁前處理將甜高粱在其莖稈糖分累計(jì)較高時(shí)節(jié)收獲，采收后取其莖稈，對(duì) 莖稈進(jìn)行去除莖稈上的枝、葉及包裹在莖稈上的外鞘，再進(jìn)行清洗的處理。清洗廢水經(jīng)沉淀 后再循環(huán)利用，其廢渣排入沼氣池利用。2.榨汁將預(yù)處理后的甜高梁莖稈進(jìn)行常規(guī)榨汁處理，之后可經(jīng)過(guò)常規(guī)的沉淀過(guò) 渡使其液渣分離，得到清潔的汁液。3.汁液調(diào)制對(duì)壓榨得到的汁液進(jìn)行酸化、稀釋、添加營(yíng)養(yǎng)鹽三個(gè)工藝調(diào)制，對(duì)制 造酵母粒子和進(jìn)行發(fā)酵工藝都很有益處。a.酸化處理酸化的目的一是為原汁殺菌，二是為酵母生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造合適的環(huán)境 (pH = 4-4. 5)。其方法是將稀鹽酸直接加入到原汁液中，測(cè)汁液的pH值使其達(dá)到4-4. 5為 佳；b.稀釋處理將濃度為74-80% (質(zhì)量百分比)的原汁液，加水稀釋到25% (體 積百分比)為最佳，此濃度是酵母繁殖生長(zhǎng)的最佳濃度；c.添加營(yíng)養(yǎng)鹽酵母在不同糖液中繁殖生長(zhǎng)要求不同的營(yíng)養(yǎng)成分，在甜高粱糖汁 液中需要增加氮素和鎂鹽。其方法是將氮素和鎂鹽加入稀釋好的汁液中攪勻，其使用量氮 素為汁液中糖含量的0. 15%-0. 18%;鎂鹽為汁液中糖含量的0. 05%-0. 06%，所述糖含量 為汁液總質(zhì)量的25% ；所述氮素為(NH4)2S04，鎂鹽為MgS04。4.發(fā)酵本發(fā)明的發(fā)酵過(guò)程在固定酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置中進(jìn)行，結(jié)合圖2所示，其主要包括發(fā)酵汁液貯存器1、發(fā)生器20以及貯醪箱14，所述的發(fā)酵汁液貯存器1 設(shè)有一個(gè)發(fā)酵汁液輸入管道19，以供發(fā)酵汁液進(jìn)入發(fā)酵汁液貯存器1中，所述的發(fā)酵汁液 貯存器1又通過(guò)一個(gè)第一醪液泵B和一根第一醪液輸送管道5連通到所述的發(fā)生器20，所 述的發(fā)生器20的上部設(shè)有成熟醪液溢流口 4，下部設(shè)有發(fā)酵廢液排出口 10，所述的成熟醪 液溢流口 4通過(guò)一根成熟醪液輸出管道17連通至所述的貯醪箱14。與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明是使用固定化酵母粒子來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程。如圖2所示，所 述的發(fā)酵汁液貯存器1還通過(guò)一個(gè)第二醪液泵A和一根第二醪液輸送管道5’連通到一個(gè) 固定酵母造粒器2，所述的固定酵母造粒器2再通過(guò)一根酵母粒子輸送管道6連通至所述的 發(fā)生器20。所述的固定酵母造粒器2是現(xiàn)有技術(shù)，是在由發(fā)酵汁液貯存器1內(nèi)輸送過(guò)來(lái)的 汁液中加入滅菌后的海藻酸鈉溶液(高粘度500-1000mpa*S)和酵母溶液(質(zhì)量百分比為 22-25% )，并攪拌制成混合液，再將混合液連續(xù)輸入到桶式離子甩盤(pán)內(nèi)，做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 由于混合液體的粘性，使液體沿盤(pán)邊緣處以一定線速度，斷續(xù)飛離甩盤(pán)，順著桶壁落入下部 的質(zhì)量百分比為74%的CaCl2溶液(20°C)中，很快反應(yīng)生成海藻酸鈉粒子，即固定化酵母 粒子。所述的發(fā)酵汁液以及固定化酵母粒子一進(jìn)入發(fā)生器20內(nèi)相互接觸，發(fā)酵就開(kāi)始 了，發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生大量的乙醇和二氧化碳?xì)怏w，并放出熱量。二氧化碳?xì)怏w與熱量不斷聚 集，導(dǎo)致發(fā)生器20內(nèi)壓力和溫度逐漸上升。當(dāng)發(fā)生器20內(nèi)的壓力達(dá)到一定值以后，二氧化 碳?xì)怏w將帶著成熟醪液的蒸汽進(jìn)入密封連接在發(fā)生器20上方的汽泡捕捉器3內(nèi)，所述的汽 泡捕捉器3內(nèi)具有一個(gè)擋板7，擋板7上開(kāi)設(shè)有多數(shù)個(gè)細(xì)孔71 (如圖3所示)，以供氣體通 過(guò)，并將液體與固定殘?jiān)綦x在外。所述的汽泡捕捉器3再通過(guò)一根二氧化碳冷凝排出管 道18連通至一個(gè)氣液分離器15，成熟醪液在氣液分離器15內(nèi)被分離出來(lái)，從所述的氣液分 離器15的液體輸出端進(jìn)入所述的貯醪箱14內(nèi)被收集，而二氧化碳?xì)怏w從所述的氣液分離 器15的氣體輸出端中分離出來(lái)，進(jìn)入一個(gè)二氧化碳凈化器13。經(jīng)過(guò)凈化后的二氧化碳?xì)怏w 再經(jīng)過(guò)一個(gè)氣體壓縮機(jī)11的加壓，進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)壓貯氣室9內(nèi)，當(dāng)穩(wěn)壓貯氣室9內(nèi)壓力達(dá)到 設(shè)定值后，即可通過(guò)一個(gè)壓縮氣體輸入口 8再次進(jìn)入所述的發(fā)生器20的底部。進(jìn)入發(fā)生器 20底部的二氧化碳?xì)怏w在浮力作用下上升，帶動(dòng)發(fā)生器20內(nèi)的醪液一同上升，起到攪拌醪 液的作用。如此，第一醪液泵B不停地將發(fā)酵汁液泵入發(fā)生器20中，固定化酵母粒子也從 所述的酵母粒子輸送管道6持續(xù)進(jìn)入發(fā)生器20內(nèi)，而成熟醪液也持續(xù)地從成熟醪液輸出管 道17以及氣液分離器15的液體輸出端進(jìn)入貯醪箱14內(nèi)被收集，說(shuō)明本發(fā)明可以達(dá)到持續(xù) 量產(chǎn)。其中，為了使發(fā)酵汁液能夠與固定化酵母粒子充分接觸，本發(fā)明將所述的發(fā)生器 20的內(nèi)壁設(shè)置成圓筒形狀，而所述的醪液輸送管道進(jìn)入所述的發(fā)生器20的入射方向平行 于發(fā)生器20內(nèi)壁的切面方向，使得入射的醪液可以沿著圓筒形狀的發(fā)生器20內(nèi)壁作圓周 運(yùn)動(dòng)。而所述的穩(wěn)壓貯氣室9的壓縮氣體輸入口 8進(jìn)入所述的發(fā)生器20的入射方向平行 于發(fā)生器20的中軸線方向入射，帶動(dòng)發(fā)酵汁液和固定化酵母粒子沿軸線方向上升。這時(shí)， 發(fā)生器20內(nèi)切向的流體速度與沿軸向的流體速度矢量疊加呈螺旋上升的運(yùn)動(dòng)，周而復(fù)始 不斷運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)成熟醪液不斷上浮聚集于成熟醪液溢流口 4處而外溢，不斷 送入貯醪箱14中。需要補(bǔ)充的是，在本發(fā)明的發(fā)生裝置的啟動(dòng)階段，還沒(méi)有足夠的二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生以供攪拌發(fā)生器20中的醪液，就需要在所述的氣體壓縮機(jī)11的輸入口處連接一根空氣 輸入管道21，然后在所述的空氣輸入管道21上設(shè)置一個(gè)空氣凈化器12，凈化后的空氣從所 述的氣體壓縮機(jī)11壓入所述的穩(wěn)壓貯氣室9中，壓力達(dá)到設(shè)定值后，空氣即通過(guò)所述的壓 縮氣體輸入口 8進(jìn)入所述的發(fā)生器20的底部，以達(dá)到攪拌醪液的目的。而一旦發(fā)生器20內(nèi) 產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w通過(guò)所述的二氧化碳凈化器13后進(jìn)入所述的氣體壓縮機(jī)11的輸入口， 則所述的空氣輸入管道21自動(dòng)關(guān)閉，由C02代替空氣做攪拌動(dòng)力和發(fā)酵動(dòng)力，具體體現(xiàn)在a.帶動(dòng)發(fā)酵液沿軸線上升，可調(diào)節(jié)發(fā)酵液的流體速度，控制發(fā)酵液和酵母粒子的 進(jìn)入量。b.帶動(dòng)發(fā)酵液沿發(fā)生器壁的切向按一定速度做圓周運(yùn)動(dòng)。由切向的流體速度和豎 直方向上的流體速度的矢量疊加，使發(fā)酵液呈螺旋上升的運(yùn)動(dòng)。c. 二氧化碳?xì)怏w可在固定酵母粒子表面形成氣膜，產(chǎn)生浮力加入到發(fā)酵液的螺旋 運(yùn)動(dòng)之中，到頂部氣膜破滅，粒子就沿發(fā)生器壁下沉至底部，又被氣體包圍形成氣膜上升運(yùn) 動(dòng)，不斷的循環(huán)，在發(fā)酵體內(nèi)部形成良好的流體化發(fā)酵反應(yīng)。另外，本發(fā)明所述的發(fā)生裝置還設(shè)置有能夠控制發(fā)生器20內(nèi)部醪液溫度的溫控 器16，所述的溫控器16電連接有能夠測(cè)量發(fā)生器20內(nèi)部醪液溫度的溫度檢測(cè)元件(未予 圖示)。在所述的汽泡捕捉器3、醪液輸送管道、穩(wěn)壓貯氣室9中分別設(shè)置一個(gè)流量控制閥 (未予圖示)，然后將所述的溫控器16分別與所述的汽泡捕捉器3、醪液輸送管道以及穩(wěn)壓 貯氣室9中的流量控制閥電連接，再將所述的溫控器16電連接到所述的氣體壓縮機(jī)11的 控制電路(未予圖示)，就可以對(duì)發(fā)生器20內(nèi)部醪液溫度進(jìn)行控制了。例如，一般設(shè)定控制 溫度在33°C 34°C之間，當(dāng)溫度高于34°C時(shí)，溫控器16將降低醪液輸送管道的輸送速度， 并提高汽泡捕捉器3的輸出速度和氣體壓縮機(jī)11以及穩(wěn)壓貯氣室9的輸送速度，使冷的二 氧化碳?xì)怏w快速進(jìn)入發(fā)生器20內(nèi)降溫；當(dāng)溫度低于33°C時(shí)，則反方向控制，以使溫度始終 保持在33°C 34°C之間。5.蒸餾采用傳統(tǒng)的雙塔蒸餾方法。即用水泵將發(fā)酵成醪液泵入液體蒸餾塔中， 再打開(kāi)蒸汽閥門(mén)加汽蒸餾，同時(shí)打開(kāi)冷凝器的冷卻水系統(tǒng)閥門(mén)(冷卻水保持在35°C以下， 如高于35°C影響乙醇?xì)怏w質(zhì)量)即得到濃度為95% (體積百分比)以上的乙醇?xì)怏w。6.脫水采用傳統(tǒng)的分子篩選脫水方法。即在蒸餾系統(tǒng)后面直接連接分子篩選脫 水系統(tǒng)，將來(lái)自精餾塔95% (體積百分比)以上的乙醇?xì)怏w，通過(guò)再浮器加熱后進(jìn)入分子篩 塔脫水得到99. 8% (質(zhì)量百分比)的無(wú)水乙醇(燃料乙醇)。7.副產(chǎn)品及其利用蒸餾出乙醇后的廢液，可以生產(chǎn)沼氣，回用于蒸餾系統(tǒng)用做燃?xì)?。本發(fā)明的副產(chǎn)品蒸餾后的莖稈渣可以用做牛、羊飼料、生產(chǎn)纖維板、生產(chǎn)紙漿等， 用處十分廣泛。以上說(shuō)明對(duì)本發(fā)明而言只是說(shuō)明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解， 在不脫離權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下，可作出許多修改、變化或等效，但都將落 入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其主要包括榨汁、添加發(fā)酵酵母、發(fā)酵、蒸餾及脫水，其特征在于所述發(fā)酵酵母是以固定化酵母粒子的形式加入發(fā)酵過(guò)程中，所述固定化酵母粒子是在榨汁得到的汁液中加入滅菌后的海藻酸鈉溶液和酵母溶液，攪拌制成混合液，所述混合液做勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后滴入CaCl2溶液中以生成海藻酸鈉粒子，即得到固定化酵母粒子；進(jìn)一步，在發(fā)酵開(kāi)始階段，將清新空氣送進(jìn)發(fā)生器，同時(shí)把固定化酵母離子和發(fā)酵汁液送進(jìn)發(fā)生器，采用壓縮空氣攪動(dòng)酵母粒子和發(fā)酵汁液上下翻動(dòng)，發(fā)酵代謝產(chǎn)生大量的乙醇和二氧化碳?xì)怏w，并放出熱量，二氧化碳?xì)怏w所帶的醪液經(jīng)冷卻后經(jīng)氣液分離，醪液進(jìn)入貯醪箱，氣體進(jìn)入壓縮機(jī)送進(jìn)發(fā)生器，由二氧化碳?xì)怏w代替空氣作為發(fā)生器發(fā)酵反應(yīng)的氣體動(dòng)力，不斷的循環(huán)，在發(fā)酵體內(nèi)部形成良好的流體化發(fā)酵反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于所述 榨汁步驟之前進(jìn)一步包括前處理步驟，是去除甜高粱莖稈上的枝、葉及包裹在莖稈上的外 鞘，再進(jìn)行清洗的處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于所述 榨汁步驟之后進(jìn)一步包括汁液調(diào)制步驟，是對(duì)汁液進(jìn)行酸化、稀釋、添加營(yíng)養(yǎng)鹽三個(gè)工藝調(diào) 制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法，其特征在于所 述酸化是將稀鹽酸直接加入到原汁液中，測(cè)汁液的PH值使其達(dá)到4-4. 5 ；所述稀釋是將濃 度為74-80%的原汁液，加水稀釋到25% ；所述添加營(yíng)養(yǎng)鹽將氮素和鎂鹽加入稀釋好的汁 液中攪勻，氮素加入量為汁液中糖含量的0. 15% -0. 18%，鎂鹽加入量為汁液中糖含量的 0. 05% -0. 06%，所述糖含量為汁液總質(zhì)量的25%。
5.一種采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其包括榨汁機(jī)、汁液儲(chǔ)存裝置、固定 酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置、雙塔蒸餾裝置和分子篩選脫水系統(tǒng)，其特征在于所述固定 酵母流態(tài)化發(fā)酵成醪發(fā)生裝置包括發(fā)酵汁液貯存器、發(fā)生器以及貯醪箱，所述的發(fā)酵汁液 貯存器設(shè)有一個(gè)發(fā)酵汁液輸入管道，并通過(guò)一個(gè)第一醪液泵和一根第一醪液輸送管道連通 到所述的發(fā)生器，所述的發(fā)生器的上部設(shè)有成熟醪液溢流口，所述的成熟醪液溢流口通過(guò) 一根成熟醪液輸出管道連通至所述的貯醪箱；所述的發(fā)酵汁液貯存器還通過(guò)一個(gè)第二醪液 泵和一根第二醪液輸送管道連通到一個(gè)固定酵母造粒器，所述的固定酵母造粒器再通過(guò)一 根酵母粒子輸送管道連通至所述的發(fā)生器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其特征在于在 發(fā)生器上方密封連接有一個(gè)汽泡捕捉器，所述的汽泡捕捉器通過(guò)一根二氧化碳冷凝排出管 道連通至一個(gè)氣液分離器，所述的氣液分離器的液體輸出端連通至所述的貯醪箱，所述的 氣液分離器的氣體輸出端與一個(gè)二氧化碳凈化器連接，所述的二氧化碳凈化器再通過(guò)一個(gè) 氣體壓縮機(jī)連通至一個(gè)穩(wěn)壓貯氣室，所述的穩(wěn)壓貯氣室設(shè)有一個(gè)連通到所述的發(fā)生器的底 部的壓縮氣體輸入口。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其特征在于 所述的發(fā)生器的內(nèi)壁設(shè)置成圓筒形狀，所述的醪液輸送管道進(jìn)入所述的發(fā)生器的入射方向 平行于發(fā)生器內(nèi)壁的切面方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其特征在于所述的穩(wěn)壓貯氣室的壓縮氣體輸入口進(jìn)入所述的發(fā)生器的入射方向平行于發(fā)生器的中軸線 方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其特征在于在 所述的氣體壓縮機(jī)的輸入口處連接一根空氣輸入管道，在所述的空氣輸入管道上設(shè)置一個(gè) 空氣凈化器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的裝置，其特征在于在 所述的汽泡捕捉器、醪液輸送管道、穩(wěn)壓貯氣室中分別設(shè)置一個(gè)流量控制閥，所述的汽泡捕 捉器、醪液輸送管道以及穩(wěn)壓貯氣室中的流量控制閥分別電連接到一個(gè)溫控器，所述的溫 控器電連接有能夠測(cè)量發(fā)生器內(nèi)部醪液溫度的溫度檢測(cè)元件，且所述的溫控器還電連接到 所述的氣體壓縮機(jī)的控制電路。
全文摘要
一種用甜高粱莖稈汁液生產(chǎn)燃料乙醇的方法及裝置，采用了莖稈前處理、汁液調(diào)制、固定化酵母粒子、流態(tài)化快速發(fā)酵新工藝制備得到燃料乙醇。本發(fā)明的發(fā)酵工藝連續(xù)、設(shè)備先進(jìn)、發(fā)酵速度快、反應(yīng)充分、產(chǎn)量高、乙醇得率高，且沒(méi)有三廢排出，全部二次利用，減少了大量投資、人工成本以及原材料成本，其經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，生產(chǎn)成本大為降低。
文檔編號(hào)C12M1/09GK101875948SQ20091008274
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月28日
發(fā)明者楊戈, 楊永福 申請(qǐng)人:楊永福;楊戈