專利名稱：一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離乙醇的工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源的制造領(lǐng)域、固態(tài)物料發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域和固態(tài)物料的連續(xù)干 燥技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)發(fā)酵料中乙醇的提取工藝與裝置。
背景技術(shù)：
燃料乙醇是生物質(zhì)燃料的一種，是當(dāng)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(chǎn)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(fā)展空間。固態(tài)發(fā)酵法是生產(chǎn)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(fā)酵和蒸醇等操作來完成，由于能夠降低原料預(yù)處理的強度、省去廢水處理 的步驟和整個生產(chǎn)系統(tǒng)綠色環(huán)保而受到人們的青睞。但是，由于傳統(tǒng)方法采用白酒的釀造 工藝，從固態(tài)發(fā)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?xì)饧兌炔环€(wěn) 定，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，無法實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。在蒸醇操作連續(xù)化的研究中，發(fā)明專利CN101085995A將發(fā)酵料送入連續(xù)運 轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)圓盤上并與自下而上的蒸汽直接接觸，實現(xiàn)了蒸醇的連續(xù)操作；發(fā)明專利 CN101333M4A采用蒸汽對發(fā)酵料在隧道內(nèi)直接加熱，發(fā)酵料在隧道內(nèi)不同層次的輸送網(wǎng)上 折線連續(xù)運動，實現(xiàn)了蒸醇操作的連續(xù)化；發(fā)明專利CN1017M661A將發(fā)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(xiàn)了發(fā)酵料從上一層塔板到下一層塔板在整 體上的連續(xù)流動(而非微分級別上的連續(xù)流動，即一定短但不為零的時間內(nèi)發(fā)酵料靜止不 動)。這些雖然實現(xiàn)了連續(xù)化，但由于蒸汽與發(fā)酵料的直接接觸，物料中的冷凝水稀釋了物 料內(nèi)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(dǎo)致氣相中乙醇濃度的降低，對于提高蒸醇的效 率和節(jié)能降耗不利。甘蔗、甜高粱等秸稈粉碎后的發(fā)酵料由于相互摩擦力較大，運動起來容易撕拉結(jié) 團而很難實現(xiàn)連續(xù)流動，再加上其運動的多變性和運動參數(shù)的不易檢測等特點，致使固態(tài) 發(fā)酵料實現(xiàn)連續(xù)蒸醇的工藝成為世界級難題。因此，實現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵料蒸醇工藝的連續(xù)化，提 高氣相中乙醇的濃度和穩(wěn)定性，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本和能耗已經(jīng)成為實現(xiàn)秸稈固 態(tài)發(fā)酵連續(xù)蒸醇操作的當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容
為解決固態(tài)發(fā)酵料蒸醇工藝連續(xù)化生產(chǎn)困難，以及連續(xù)化與提高生產(chǎn)效率實現(xiàn)節(jié) 能降耗不能兼得的難題，本發(fā)明針對物料流動的特性，并結(jié)合蒸餾工藝操作的特點，參考干 燥原理及其設(shè)備，提出了一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝及裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)所述固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝包括以下步驟
(a)將固態(tài)發(fā)酵料經(jīng)螺旋送料器送入連續(xù)蒸醇裝置入口，物料經(jīng)布料器后均勻分 布在最上層加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，加熱盤內(nèi)通入0. I-IMPa的飽和水蒸汽，發(fā)酵料經(jīng) 加熱盤間接加熱后從其下料口落入下一層加熱盤上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，依此連續(xù)流向裝置 出口，最后從出料口排出；(b)發(fā)酵料中的乙醇和水經(jīng)加熱后部分汽化形成蒸餾氣，蒸餾氣經(jīng)上方的排氣口 排出，排出的蒸餾氣中一部分經(jīng)冷凝后混入進料口中的發(fā)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(dǎo)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(xù)蒸醇裝置內(nèi)部的溫度保持在100°C及以上。本發(fā)明提供的固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)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(zhuǎn)軸以及與轉(zhuǎn)軸連接的驅(qū)動電機。所述螺旋物料輸入機的下方、外殼內(nèi)壁上設(shè)置布料柵 板在所述轉(zhuǎn)軸上串接多個加熱盤，該加熱盤是由兩個圓盤和側(cè)壁組成的中空體，腔體內(nèi)設(shè) 置蒸汽折擋板，并腔體內(nèi)通入水蒸汽；在加熱盤的側(cè)壁對稱開設(shè)蒸汽的進出口，并在加熱 盤上設(shè)置若干個供發(fā)酵料流動的扇形通孔；在每個加熱盤上分別設(shè)置轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?；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(shè)置氣液分離 器，將蒸汽和冷凝液分離；外殼的頂部設(shè)置蒸汽出口，并設(shè)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(nèi)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(shè)有密封裝置，進料口的密封采用發(fā)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(shè)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(zhuǎn)動?xùn)鸥褶D(zhuǎn)動反方向上錯動一個 扇形通孔大小的位置。所述外殼的外壁上使用保溫材料、采用夾套內(nèi)通入蒸汽或電加熱帶進行保溫，使 溫度保持在100°C及以上。所述布料柵板是由數(shù)塊柵格板組成的分料裝置，由螺旋物料輸入機輸入的發(fā)酵料 經(jīng)布料器分料后能夠均布在加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)。所述轉(zhuǎn)動?xùn)鸥袷怯蓛蓚€圓筒型柵板，其間用數(shù)個直柵板連接而成，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥竦闹?心固定在貫穿于所有加熱盤中心的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥耠S轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。本發(fā)明具有如下有益效果1.加熱盤的獨特設(shè)計及其與轉(zhuǎn)動?xùn)鸥竦那‘?dāng)工藝配合能夠?qū)崿F(xiàn)固態(tài)物料連續(xù)順 暢的流動，使得固態(tài)發(fā)酵料蒸醇工藝真正實現(xiàn)了連續(xù)化，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動 強度，達(dá)到了節(jié)能降耗和降低生產(chǎn)成本的目的。2.連續(xù)蒸醇工藝的實現(xiàn)使得蒸醇時間在較大的生產(chǎn)能力下縮短至半小時，大大提 高了生產(chǎn)效率。3.固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝及裝置能夠通過柵格的轉(zhuǎn)動速度將生 產(chǎn)能力調(diào)節(jié)在一定的范圍，實現(xiàn)了生產(chǎn)的可控可調(diào)性操作。4.通過調(diào)節(jié)回流比可以提高氣相中乙醇的濃度，而且連續(xù)化操作使得氣相中乙醇的濃度穩(wěn)定，為進一步精餾提供了方便，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提供了保障。5.蒸餾氣直接進入蒸餾塔進行精餾，省去了先冷凝再進入精餾塔的步驟，節(jié)約了 能源，提高了精餾效率。


圖1為本發(fā)明所述的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號1-驅(qū)動電機；2-冷凝液出口 ；3-氣液分離器；4-蒸汽出口 ；5-流出蒸汽總管； 6-蒸汽折流板；7-轉(zhuǎn)軸；8-布料柵板；9-發(fā)酵料入口 ； 10-螺旋物料輸入機；11-冷凝器； 12-裝置外殼；13-轉(zhuǎn)動?xùn)鸥瘢?4-加熱盤；15-加熱盤下料口 ；16-蒸汽入口 ；17-下料倉； 18-螺旋物料輸出機；19-雙層翻板閥；20-出料口。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝及裝置，下面結(jié)合附圖 和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。如圖1所示，該裝置主要包括外殼12、與外殼12入口連接的螺旋物料輸入機10、 與外殼12出口連接的下料倉17以及螺旋物料輸出機18、位于外殼12中心軸上的轉(zhuǎn)軸7以 及與轉(zhuǎn)軸7連接的驅(qū)動電機1。在螺旋物料輸入機10的下方、外殼12內(nèi)壁上設(shè)置布料柵板 8，該布料柵板8是由數(shù)塊柵格板組成的分料裝置，由螺旋物料輸入機10輸入的發(fā)酵料經(jīng)布 料器分料后能夠均布在加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)。在所述轉(zhuǎn)軸7上串接多個加熱盤14， 該加熱盤14是由兩個圓盤和側(cè)壁組成的中空體，腔體內(nèi)設(shè)置蒸汽折擋板6，并腔體內(nèi)通入 水蒸汽。在加熱盤14的側(cè)壁對稱開設(shè)蒸汽的進出口，并在加熱盤14上設(shè)置若干個供發(fā)酵 料流動的扇形通孔。加熱盤14內(nèi)保持密封，蒸汽僅能從加熱盤的進出口流入或流出。在每 個加熱盤14上分別設(shè)置轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?3，該轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?3是由兩個圓筒型柵板，其間用數(shù)個直 柵板連接而成，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥竦闹行墓潭ㄔ谪灤┯谒屑訜岜P中心的轉(zhuǎn)軸7上，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥耠S轉(zhuǎn) 軸一起轉(zhuǎn)動。加熱盤14上的扇形通孔在垂直方向上依次向轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?3轉(zhuǎn)動反方向上錯動 一個扇形通孔大小的位置。加熱盤14的蒸汽出口分別通過方形管道與流出蒸汽總管5相 連，并在流出蒸汽總管5的末端設(shè)置氣液分離器3，將蒸汽和冷凝液分離；外殼12的頂部設(shè) 置蒸汽出口，并設(shè)置冷凝器11，以及連接冷凝器11與螺旋物料輸入機10的回流液管道。外殼12的進料口和出料口均設(shè)有密封裝置，進料口的密封采用發(fā)酵料堆積密封， 出料口采用多層翻板閥19進行密封，整個設(shè)備保持密封。外殼12的外壁上使用保溫材料、 采用夾套內(nèi)通蒸汽或者電加熱帶進行保溫，使溫度保持在100°C及以上。固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝為(a)將秸稈類固態(tài)發(fā)酵料經(jīng)螺旋送料器10送入裝置頂部的布料柵板8，物料被均 布在裝置頂部第一層加熱盤14上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?3內(nèi)并隨其一起運動，運動至加熱盤下料口 15時下落至第二層加熱盤上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，依次類推直至裝置底部的下料倉17，然后，物 料經(jīng)螺旋輸出機18和雙層翻板閥19輸出，排出的糟渣進行干燥后燃燒或作為飼料處理。(b)與此同時，飽和水蒸汽由蒸汽入口 16進入裝置內(nèi)部并分散到各層加熱盤的 內(nèi)部空間，冷凝放熱后的冷凝水和未冷凝的蒸汽經(jīng)流出蒸汽總管5匯集后進入氣液分離器
613，未冷凝的蒸汽進行余熱利用，冷凝水匯集后與鍋爐輸水管并網(wǎng)輸入鍋爐。在熱量由蒸 汽向物料傳遞的同時，乙醇和水受熱汽化后形成蒸餾氣，蒸餾氣輸入冷凝器11進行部分冷 凝，冷凝液混入螺旋物料輸入機10中的固體發(fā)酵料形成回流，未冷凝的蒸餾氣直接進入精 餾塔進行精餾。實施例1向裝置內(nèi)的蒸汽管路通入0. 4MPa的水蒸汽，穩(wěn)定后，將甜高粱秸稈固態(tài)發(fā)酵料以 5t/h的速度輸入裝置，發(fā)酵料中乙醇含量為3 % (體積分?jǐn)?shù))，調(diào)整轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速使發(fā)酵料在 裝置內(nèi)的停留時間為15min，發(fā)酵料在加熱盤上的堆積高度維持在50 100mm，回流比調(diào) 節(jié)為0. 1。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，取蒸餾后的糟渣進行乙醇含量分析，結(jié)果表明，乙醇的回收率為 99. 3%。實施例2向裝置內(nèi)的蒸汽管路通入0. 4MPa的水蒸汽，穩(wěn)定后，將甜高粱秸稈固態(tài)發(fā)酵料以 3t/h的速度輸入裝置，發(fā)酵料中乙醇含量為5 % (體積分?jǐn)?shù))，調(diào)整轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速使發(fā)酵料在 裝置內(nèi)的停留時間為25min，發(fā)酵料在加熱盤上的堆積高度維持在50 100mm，回流比調(diào) 節(jié)為0. 3。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，取蒸餾后的糟渣進行乙醇含量分析，結(jié)果表明，乙醇的回收率為 99. 6%。實施例3向裝置內(nèi)的蒸汽管路通入0. 4MPa的水蒸汽，穩(wěn)定后，將甜高粱秸稈固態(tài)發(fā)酵料以 2t/h的速度輸入裝置，發(fā)酵料中乙醇含量為7 % (體積分?jǐn)?shù))，調(diào)整轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速使發(fā)酵料在 裝置內(nèi)的停留時間為35min，發(fā)酵料在加熱盤上的堆積高度維持在50 100mm，回流比調(diào) 節(jié)為0. 5。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，取蒸餾后的糟渣進行乙醇含量分析，結(jié)果表明，乙醇的回收率為 99. 1%。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離乙醇的工藝，其特征在于，包括以下步驟(a)將固態(tài)發(fā)酵料經(jīng)螺旋送料器送入連續(xù)蒸醇裝置入口，物料經(jīng)布料器后均勻分布在 最上層加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，加熱盤內(nèi)通入0. I-IMPa的飽和水蒸汽，發(fā)酵料經(jīng)加熱 盤間接加熱后由其下料口落入下一層加熱盤上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，依此連續(xù)流向裝置出 口，最后從出料口排出；(b)發(fā)酵料中的乙醇和水經(jīng)加熱后部分汽化形成蒸餾氣，蒸餾氣經(jīng)上方的排氣口排出， 排出的蒸餾氣一部分經(jīng)冷凝后混入進料口處的發(fā)酵料形成回流，另一部分則直接通入精餾 塔進行精餾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝，其特征在于， 所述步驟(a)中的飽和水蒸汽用高溫導(dǎo)熱油代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝，其特征在于， 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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的工藝，其特征在于， 所述連續(xù)蒸醇裝置內(nèi)部的溫度保持在100°C及以上。
5.一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，包括外殼(12)、與外殼(12)入口連接 的螺旋物料輸入機(10)、與外殼(12)出口連接的下料倉(17)以及螺旋物料輸出機(18)、 位于外殼(12)中心軸上的轉(zhuǎn)軸(7)以及與轉(zhuǎn)軸(7)連接的驅(qū)動電機(1)，其特征在于，所 述螺旋物料輸入機(10)的下方、外殼(12)內(nèi)壁上設(shè)置布料柵板⑶；在所述轉(zhuǎn)軸(7)上串 接多個加熱盤(14)，該加熱盤(14)是由兩個圓盤和側(cè)壁組成的中空體，腔體內(nèi)設(shè)置蒸汽折 擋板(6)，并腔體內(nèi)通入水蒸汽；在加熱盤(14)的側(cè)壁對稱開設(shè)蒸汽的進出口，并在加熱 盤(14)上設(shè)置若干個供發(fā)酵料流動的扇形通孔；在每個加熱盤(14)上分別設(shè)置轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?(13)；加熱盤(14)的蒸汽出口分別通過方形管道與流出蒸汽總管(5)相連，并在流出蒸汽 總管(5)的末端設(shè)置氣液分離器(3)，將蒸汽和冷凝液分離；外殼(12)的頂部設(shè)置蒸汽出 口，并設(shè)置冷凝器(11)，以及連接冷凝器(11)與螺旋物料輸入機(10)的回流液管道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，其特征在于， 所述加熱盤(14)內(nèi)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(12)的進 料口和出料口均設(shè)有密封裝置，進料口的密封采用發(fā)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(shè)備保持密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，其特征在于， 所述加熱盤(14)上的扇形通孔在垂直方向上依次向轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?13)轉(zhuǎn)動反方向上錯動一個 扇形通孔大小的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，其特征在于， 所述外殼(12)的外壁上使用保溫材料、采用夾套結(jié)構(gòu)或者電加熱帶進行保溫，使溫度保持 在100°C及以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，其特征在于， 所述布料柵板(8)是由數(shù)塊柵格板組成的分料裝置，由螺旋物料輸入機(10)輸入的發(fā)酵料 經(jīng)布料器分料后能夠均布在加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種固態(tài)發(fā)酵料中連續(xù)分離燃料乙醇的裝置，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動?xùn)鸥?13)是由兩個圓筒型柵板，其間由數(shù)個直柵板連接而成，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥竦闹行墓潭ㄔ谪灤┯谒屑訜岜P中心的轉(zhuǎn)軸(7)上，轉(zhuǎn)動?xùn)鸥耠S轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物質(zhì)能源的制造及后續(xù)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種固態(tài)發(fā)酵料中乙醇的提取工藝與裝置。將固態(tài)發(fā)酵料送入連續(xù)蒸醇裝置入口，物料經(jīng)布料器后均勻分布在最上層加熱盤表面上的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，加熱盤內(nèi)通入飽和水蒸汽，發(fā)酵料經(jīng)加熱盤間接加熱后落入下一層加熱盤上對應(yīng)的轉(zhuǎn)動?xùn)鸥駜?nèi)，依此連續(xù)流向裝置出口，最后從出料口排出；發(fā)酵料中的乙醇和水經(jīng)加熱后部分汽化形成蒸餾氣，蒸餾氣經(jīng)上方的排氣口排出，一部分經(jīng)冷凝后混入進料口中的發(fā)酵料形成回流，另一部分通入精餾塔進行精餾。能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)規(guī)模的連續(xù)化生產(chǎn)，乙醇的蒸出率高達(dá)99.6％，而且縮短了蒸醇時間，保持了乙醇蒸汽濃度的穩(wěn)定性，極大降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號C12P7/06GK102094045SQ20101055121
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者候文慧, 李光明, 李十中, 李天成 申請人:清華大學(xué)