本发明专利技术公开了一种玉米秸秆固液并行制取燃料乙醇的装置及工艺方法，包括秸秆制取燃料乙醇液态发酵与蒸馏混合装置，用于完成液态发酵与蒸馏过程，还包括玉米秸秆制取燃料乙醇固态发酵集成装置，用于完成固态发酵与蒸馏过程；采用液态发酵和蒸馏合二为一的新型混合装置，优化了生产方式，实现了液态发酵的连续化；采用玉米秸秆制取燃料乙醇固态发酵集成装置，集物料的混合、灭菌、冷却、接种以及固态发酵五步工序为一体，并与蒸馏结合，连续发酵，改变了传统的生产途径。与现有技术相比，本发明专利技术具有可发酵糖利用率高、生产工艺环节紧凑、集成、高效、生产周期短、乙醇产率高等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用纤维素秸杆微生物发酵生产燃料乙醇的
，具体为一种生产燃料乙醇的工艺及装置，特别是一种玉米秸杆固液并行发酵制取燃料的工艺方法及装置。技术背景在石油资源日益枯竭，环境保护意识加强的形式下，人们更看重资源、能源和经济一体化协调考虑的社会可持续发展模式。正是在这一形势下，寻找开发新能源尤为重要。我国的农产品发展日益处迅猛，现如今甚至有余。时至今日我国的粮食总产量达5亿吨，各项指标均为世界之首。目前大约仅2亿吨能被用于造纸、建筑、纺织行业，其余的对于农民生活已经不能发挥出作用了。囤积的农产品和过剩的秸杆等资源成为国家财政的沉重包袱，严重影响到了农民收入的增加、农村市场的繁荣、阻碍了国民经济的发展而且成为现代农业发展的“瓶颈“制约问题。燃料乙醇是一种重要的工业用料，应用广泛而且可以替代汽油，具有诸多优点。作为可再生绿色能源燃料，燃烧期间不产生有毒气体(一氧化碳)，污染程度远低于其他燃料；生产人员通过微生物发酵进行大规模生产，降低成本。秸杆是一种丰富的可再生资源，它的成分主要有纤维素、半纤维素、木质素，采用预处理、水解、发酵等一系列的方法可生产酒精。我国有着丰富的纤维素类资源，过剩的秸杆等资源成为了发展新能源的重大契机。目前，利用秸杆类纤维素资源生产成燃料乙醇主要有生物转换的途径。乙醇的生物转化及发酵生产具有目标产物得率高、品质好等优点。玉米秸杆生产燃料乙醇主要有液态和固态发酵两种方式。液态发酵是将玉米秸杆榨取汁或者预处理得到可溶性发酵糖，再对其进行发酵，但残留的废渣或者固相物质仍含有一定量的糖分，却遭到遗弃，造成了乙醇产率降低；固态发酵是将秸杆粉碎后，直接进行发酵，没有充分地预处理，大量生产时，具有产能问题，培养时间长，乙醇得率低，并且容易产生副产品。因此，如何提高秸杆纤维素资源的利用程度，更加优化生产工艺，缩短生产周期成为发展生物质发酵制取燃料乙醇工业的关键。本专利技术提供的固液并行同步发酵生产乙醇的工艺，将原料进行预处理，得到分别适合固态发酵和液态发酵的两部分，利用两套新型的设备，同时并列进行固态同步糖化发酵、液态发酵，提高了利用率、优化集成了生产工艺、缩短了生产周期。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前以纤维素类资源制取燃料乙醇工艺中普遍存在的只使用单一形态的一步发酵生产工艺造成了可发酵糖的利用率低、转化率低与综合利用率低、连续化生产困难等不足，提供了一种固液并行同步糖化发酵制取燃料乙醇的工艺及装置。本专利技术实现上述目的的技术方案如下:—种玉米秸杆固液并行制取燃料乙醇的装置，包括秸杆制取燃料乙醇液态发酵与蒸馏混合装置，用于完成液态发酵与蒸馏过程，还包括玉米秸杆制取燃料乙醇固态发酵集成装置，用于完成固态发酵与蒸馏过程；所述玉米秸杆制取燃料乙醇固态发酵集成装置包括密闭发酵罐体、乙醇蒸馏管道以及乙醇收集罐，所述密闭发酵罐体和乙醇收集罐之间用乙醇蒸馏管道相连通；所述乙醇蒸馏管道上装有冷凝器和单向阀，所述乙醇收集罐的底部装有截止阀；所述密闭发酵罐体的上部开有进料口，进料口的两侧分别设有排气口和菌液喷淋口，所述密闭发酵罐体的底部设有冷凝水出口和出口、蒸汽进口 ；所述密闭发酵罐体的四周装有夹套；所述密闭发酵罐体的内部设有螺旋式搅拌器；所述螺旋式搅拌器包括内螺旋式搅拌器、外螺旋式搅拌器和空心搅拌桨，所述内螺旋式搅拌器、外螺旋式搅拌器通过固定杆固定在空心搅拌桨上，所述空心搅拌桨上分布多个空心桨叶气孔；空心搅拌桨的两侧均伸出密闭发酵罐体，且一侧空心搅拌桨的端部设有空心搅拌桨进口，可通入高温蒸汽或无菌冷空气；另一侧空心搅拌桨的端部同变速机驱动装置的输出轴相连，用于驱动螺旋式搅拌器。进一步，所述密闭发酵罐体一侧夹套下端设有夹套下口，可以从夹套下口往夹套里通入不同温度的水，密闭发酵罐体另一侧夹套上端设有夹套上口，作为夹套里通入不同温度水的出口。进一步，所述乙醇蒸馏管道中，冷凝器靠近乙醇收集罐的一段向下倾斜一定角度。进一步，当空心搅拌桨转动时，所述内螺旋式搅拌器将物料向左推进，所述外螺旋式搅拌器将物料向右推进。进一步，所述变速机驱动装置驱动螺旋式搅拌器工作，转速在0.05?0.5rpm之间，以改变物料搅拌程度。本专利技术的方法的技术方案为:一种玉米秸杆固液并行制取燃料乙醇的装置的工艺方法，包括以下步骤:步骤1，原料的预处理:首先将玉米秸杆原料进行除杂，再用粉碎机对玉米秸杆进行破碎，破碎至10?20目，将其于一定浓度的H2S04中浸泡，过滤后，于一定气压的装置中进行热蒸汽爆破处理，将玉米原料预处理后，得到的固相和液相的两部分原料，分别采取固态发酵、液态发酵的方法，同时进行；步骤2，对预处理后的原料加入热水洗涤可溶性的水解物，加入0.lmol/L的0&(0!1)2进行脱毒，过滤，调节pH至4.5?5.5 ;步骤3，固液分离、过滤，得到水洗液和滤渣；将得到的脱毒的水洗液浓缩，调整至适宜发酵的状态；步骤4，根据经处理后的原料形态，采取固态发酵、液态发酵并行的方法；液态发酵:制备酵母种子液，将休哈塔假丝酵母菌种接入种子培养基，控制休哈塔假丝酵母种子液0D_值为0.8?1.0 ;将得到的脱毒浓缩的水洗液在液态发酵和蒸馏合二为一的新型混合装置中进行液态发酵，加入上述制备的酵母种子液，接种量为5 %，进行发酵，气泡搅拌，发酵温度为38°C，发酵时间96h;步骤5，将得到的滤渣进行固态发酵，在添加纤维素酶和发酵菌株，制备酵母种子液，酵母种子液制备，将酿酒酵母菌种接入种子培养基，控制酿酒酵母种子液0D_值为0.8?1.0，加入上述酵母种子液，接种量为10%，发酵环节在玉米秸杆制取燃料乙醇固态发酵集成装置中，进行同步糖化发酵，机械搅拌，发酵温度为32°C，发酵时间32h ;步骤6，蒸馏/精馏:液态发酵部分等发酵周期满后，先后进行蒸馏、精馏；固体发酵部分发酵周期结束后，进行固体蒸馏、精馏，废液和残渣可进一步利用；得到燃料乙醇。进一步，所述步骤1中H2S04浓度含量为0.9%，所述装置内气压为1.5?2.5MPa。进一步，所述步骤4，液态发酵中的种子培养基的主要成份为:木糖10?20g/L、酵母膏 2.0 ?5.0g/L、NH4Cl 1.0 ?2.0g/L、MgS04.7Η20 0.2 ?0.5g/L、KH2P04 0.5 ?1.0g/L ;于28°C?30°C培养16?24小时；所述步骤5，固态发酵中的种子培养基的主要成份为:葡萄糖10?20g/L、、酵母膏2.0 ?5.0g/L、NH4C1 1.0 ?2.0g/L、MgS04.7H20 0.2 ?0.5g/L、KH2P04 0.5 ?1.0g/L ;于28°C?30°C培养16?24小时。进一步，还包括，所述液态发酵部分剩下的废液和固态发酵部分剩下的残渣可收集，进一步发酵利用，生产scp饲料。该工艺步骤环节紧凑高效、生产连续、设备集成度高、杂菌污染低、生产周期短以及资源综合利用度高，提高了乙醇的得率和生产能力。本专利技术的具有如下的有益效果:(1)针对原料预处理后的形态特性，选择了适合的发酵工艺，充分利用了原料所含的可发酵糖，提高了乙醇产率，实现了玉米秸杆生物质资源的综合高效的利用。(2)在固液并行发酵过程中，平行的两种发酵工艺选择合适的发酵菌种，并都使用了同步糖化发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种玉米秸秆固液并行制取燃料乙醇的装置，包括秸秆制取燃料乙醇液态发酵与蒸馏混合装置，用于完成液态发酵与蒸馏过程，其特征在于：还包括玉米秸秆制取燃料乙醇固态发酵集成装置，用于完成固态发酵与蒸馏过程；所述玉米秸秆制取燃料乙醇固态发酵集成装置包括密闭发酵罐体(41)、乙醇蒸馏管道(47)以及乙醇收集罐(49)，所述密闭发酵罐体(41)和乙醇收集罐(49)之间用乙醇蒸馏管道(47)相连通；所述乙醇蒸馏管道(47)上装有冷凝器(48)和单向阀(F10)，所述乙醇收集罐(49)的底部装有截止阀(F11)；所述密闭发酵罐体(41)的上部开有进料口(31)，进料口(31)的两侧分别设有排气口(32)和菌液喷淋口(33)，所述密闭发酵罐体(41)的底部设有冷凝水出口(38)和出口、蒸汽进口(39)；所述密闭发酵罐体(41)的四周装有夹套(35)；所述密闭发酵罐体(41)的内部设有螺旋式搅拌器(40)；所述螺旋式搅拌器(40)包括内螺旋式搅拌器(43)、外螺旋式搅拌器(44)和空心搅拌桨(36)，所述内螺旋式搅拌器(43)、外螺旋式搅拌器(44)通过固定杆(45)固定在空心搅拌桨(36)上，所述空心搅拌桨(36)上分布多个空心桨叶气孔(37)；空心搅拌桨(36)的两侧均伸出密闭发酵罐体(41)，且一侧空心搅拌桨的端部设有空心搅拌桨进口，可通入高温蒸汽或无菌冷空气；另一侧空心搅拌桨的端部同变速机驱动装置(46)的输出轴相连，用于驱动螺旋式搅拌器(40)。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱湘临，华天争，岳海东，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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