[發明專利]一種固態發酵料中連續分離乙醇的工藝及裝置

有效

• 申請號: 201010551213.5
• 申請日: 2010-11-18
• 公開（公告）號: CN102094045A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 李十中;李光明;候文慧;李天成
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C12P7/06
• 分類號: C12P7/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明屬于生物質能源的制造領域、固態物料發酵技術領域和固態物料的連續干燥技術領域，具體涉及一種固態發酵料中乙醇的提取工藝與裝置。

背景技術

燃料乙醇是生物質燃料的一種，是當今可以替代石油燃料的綠色可再生新能源，因其燃燒特性與汽油非常接近，將燃料乙醇以一定的比例混入汽油便形成了乙醇汽油。2009年全球燃料乙醇產量5859萬噸，替代汽油5.4％，減排8760萬噸CO₂。因此，燃料乙醇具有廣闊的發展空間。

固態發酵法是生產燃料乙醇的主要方法之一，是將甜高粱稈(亦包括甘蔗、甜菜、菊芋等)粉碎、發酵和蒸醇等操作來完成，由于能夠降低原料預處理的強度、省去廢水處理的步驟和整個生產系統綠色環保而受到人們的青睞。但是，由于傳統方法采用白酒的釀造工藝，從固態發酵料中分離乙醇的蒸酒操作只能間歇進行，因此蒸醇時間長，醇氣純度不穩定，勞動強度大，生產效率低，生產成本高，無法實現工業化規模生產。

在蒸醇操作連續化的研究中，發明專利CN101085995A將發酵料送入連續運轉的旋轉圓盤上并與自下而上的蒸汽直接接觸，實現了蒸醇的連續操作；發明專利CN101333544A采用蒸汽對發酵料在隧道內直接加熱，發酵料在隧道內不同層次的輸送網上折線連續運動，實現了蒸醇操作的連續化；發明專利CN101724661A將發酵料置于不同的塔板并停留不同的時間，通過蒸汽直接傳熱，實現了發酵料從上一層塔板到下一層塔板在整體上的連續流動(而非微分級別上的連續流動，即一定短但不為零的時間內發酵料靜止不動)。這些雖然實現了連續化，但由于蒸汽與發酵料的直接接觸，物料中的冷凝水稀釋了物料內乙醇的濃度，由氣液平衡可知，氣相中乙醇的濃度將會降低；而未冷凝的蒸汽進入氣相亦將稀釋氣相中乙醇的濃度，這兩者都將導致氣相中乙醇濃度的降低，對于提高蒸醇的效率和節能降耗不利。

甘蔗、甜高粱等秸稈粉碎后的發酵料由于相互摩擦力較大，運動起來容易撕拉結團而很難實現連續流動，再加上其運動的多變性和運動參數的不易檢測等特點，致使固態發酵料實現連續蒸醇的工藝成為世界級難題。因此，實現固態發酵料蒸醇工藝的連續化，提高氣相中乙醇的濃度和穩定性，提高生產效率，降低生產成本和能耗已經成為實現秸稈固態發酵連續蒸醇操作的當務之急。

發明內容

為解決固態發酵料蒸醇工藝連續化生產困難，以及連續化與提高生產效率實現節能降耗不能兼得的難題，本發明針對物料流動的特性，并結合蒸餾工藝操作的特點，參考干燥原理及其設備，提出了一種固態發酵料中連續分離燃料乙醇的工藝及裝置。

本發明采用如下技術方案實現：

所述固態發酵料中連續分離燃料乙醇的工藝包括以下步驟：

(a)將固態發酵料經螺旋送料器送入連續蒸醇裝置入口，物料經布料器后均勻分布在最上層加熱盤表面上的轉動柵格內，加熱盤內通入0.1-1MPa的飽和水蒸汽，發酵料經加熱盤間接加熱后從其下料口落入下一層加熱盤上對應的轉動柵格內，依此連續流向裝置出口，最后從出料口排出；

(b)發酵料中的乙醇和水經加熱后部分汽化形成蒸餾氣，蒸餾氣經上方的排氣口排出，排出的蒸餾氣中一部分經冷凝后混入進料口中的發酵料形成回流，另一部分則直接通入精餾塔進行精餾。

所述步驟(a)中的飽和水蒸汽用高溫導熱油蒸汽或其他熱氣體替代。

所述步驟(b)中的蒸餾氣冷凝部分和直接去精餾部分的比值為0～0.5。

所述連續蒸醇裝置內部的溫度保持在100℃及以上。

本發明提供的固態發酵料中連續分離燃料乙醇的裝置，包括外殼、與外殼入口連接的螺旋物料輸入機、與外殼出口連接的下料倉以及螺旋物料輸出機、位于外殼中心軸上的轉軸以及與轉軸連接的驅動電機。所述螺旋物料輸入機的下方、外殼內壁上設置布料柵板在所述轉軸上串接多個加熱盤，該加熱盤是由兩個圓盤和側壁組成的中空體，腔體內設置蒸汽折擋板，并腔體內通入水蒸汽；在加熱盤的側壁對稱開設蒸汽的進出口，并在加熱盤上設置若干個供發酵料流動的扇形通孔；在每個加熱盤上分別設置轉動柵格；加熱盤的蒸汽出口分別通過方形管道與流出蒸汽總管相連，并在流出蒸汽總管的末端設置氣液分離器，將蒸汽和冷凝液分離；外殼的頂部設置蒸汽出口，并設置冷凝器，以及連接冷凝器與螺旋物料輸入機的回流液管道。

所述加熱盤內保持密封，蒸汽僅能從加熱盤的進出口流入或流出；所述外殼的進料口和出料口均設有密封裝置，進料口的密封采用發酵料堆積密封，出料口采用閘板閥或翻板閥或多層翻板閥進行密封，整個設備保持密封。

所述加熱盤上的扇形通孔在垂直方向上依次向轉動柵格轉動反方向上錯動一個扇形通孔大小的位置。