CN101676380B - 巨型酒精发酵罐 - Google Patents

Abstract

巨型酒精发酵罐，目前中国酒精行业在发酵技术和发酵罐容积、大小、形状等方面的研究还需要不断提高。巨型酒精发酵罐，其组成包括：置于地基(1)上的罐体(2)，所述的罐体外覆降温水层(3)，所述的降温水层外覆保温层(4)，所述的罐体中央具有降温水柱(5)，所述的罐体的无氧专用发酵罐顶(10)具有醪液入口(6)，二氧化碳出口(7)，醪液出口(8)，所述的罐体下部具有出口(9)，所述的罐顶连接管路原位自动清洗装置(11)。本发明用于酒精的发酵。

Description

巨型酒精发酵罐

技术领域：

本发明涉及一种巨型酒精发酵罐。

背景技术：

用发酵法生产乙醇是生物工程最早面向社会实际的应用项目，酒精发酵是特殊的厌氧发酵。现在玉米酒精发酵周期约55～60h，巴西用甘蔗和糖蜜酿制酒精发酵周期很多企业已达8～10h，甚至更短，这充分说明酵母数量大幅增加，可使实际发酵过程和理论发酵时间很相近。玉米酒精发酵周期相对较长，这就要求酵母菌浓度、淀粉酶活力要充分达标，当这两项关键指标未有很大进展时，就扩大发酵容器的容积是不实际的。我们希望三者都达到理想为好，这可能还需要一个实际的等待时间。

酒精发酵罐的容积从不足1m³甚至更小开始，到目前已达4200m³，可以说酒精发酵罐经过300多年的发展，从微型、小型、中型、大型发展到超大型。现在国内酒精发酵罐多为1500～3000m³，其历史是从1900年开始在哈尔滨出现1m³的发酵罐，到1979年安徽省宿州市从法国引进一套优质酒精生产设备和技术，其发酵罐容积约400m³，再到2006年我国自主设计的大型酒精发酵罐容积达3000m³，这是20多年快速发展的结果。目前中国酒精行业在发酵技术和发酵罐容积、大小、形状等方面的研究能力和实践能力虽然还有需要不断提高的地方，但有一些具体方面已经达到国际水平，走在世界前列。

燃料乙醇是可再生能源，在巴西有30多年的发展历史。在已探明的全球石油储量仅够用40～50年的前提下，开发可再生能源——生产燃料乙醇可以缓解能源紧张局面，但这一方面要受到粮食数量制约，一方面也要假以时日。因为我们的实际需求太大了。所以在现在的生产中尽可能地减少能源消耗至关重要。

酒精发酵罐的径高比：径高比是发酵罐直径与高之比，在发酵罐容积约100m³的时代，专家认为径高比1:3为最适值。现在发酵罐容积国内达到3000m³，美国已达4200m³，径高比也随之发生了极大的变化。.

发明内容：

本发明的目的是提供一种巨型酒精发酵罐，通过降温水层、保温层、降温水柱、罐顶、径高比的结构设计使发酵罐运行更稳定。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

巨型酒精发酵罐，其组成包括：置于地基上的罐体，所述的罐体外覆降温水层，所述的降温水层外覆保温层，所述的罐体中央具有降温水柱，所述的罐体的无氧专用发酵罐顶具有醪液入口，二氧化碳出口，醪液出口，所述的罐体下部具有出口，所述的罐顶连接管路原位自动清洗装置。

所述的巨型酒精发酵罐，所述的管路原位自动清洗装置具有喷头。

所述的巨型酒精发酵罐，所述的罐体的直径与高度的比为1：0.33-0.57。

本发明的有益效果：

1.本发明的容积可增至5000～7000m³，在发酵罐中央可设一直径为1.2～2.5m的降温水柱，罐顶的新封闭设计使发酵罐填充系数由0.9增加到1.0，更有利于提高利用率、节能以及防止好氧性杂菌进入。按照本发明的结构设计，发酵罐容积从现在的3000m³增大至5000～7000m³，不仅使其造价大幅降低，还可大幅降低发酵辅助设施薄板换热器循环所消耗的电能。综合计算后所节约的电能将是一个大数目，这将再一次推动酒精产业向科学化发展。

2.过去酒精发酵罐的罐顶有一个过渡区，空间较大，横截面积可达400m²以上。本发明采用特定的长径比，把这个空间去掉，好氧性杂菌则难以生存，这不但增加10％的发酵罐利用空间，而且乙酸菌和乙酸生成的环境被去掉了。由于乙酸菌很难生存，就可以节约很多乙酸菌消耗的粮食，并大幅提高优质酒精质量，是发酵罐基本设计突破性的技术进步。

附图说明：

附图1是本产品的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1：

巨型酒精发酵罐，其组成包括：置于地基1上的罐体2，所述的罐体外覆降温水层3，所述的降温水层外覆保温层4，所述的罐体中央具有降温水柱5，所述的罐体的无氧专用发酵罐顶10具有醪液入口6，二氧化碳出口7，醪液出口8，所述的罐体下部具有出口9，所述的罐顶连接管路原位自动清洗装置11。将降温水层和保温层的厚度设计为150～200mm，这是安全保险的降温系统，为巨型发酵罐正常运行所必需。该降温系统要正常运行才能避免对发酵的不利。150～200mm厚的保温层，可以减缓夏热冬冷的影响，并且可以保证降温系统中32℃温水的可利用性。

实施例2：

上述的巨型酒精发酵罐，所述的管路原位自动清洗装置具有喷头12。

实施例3：

上述的巨型酒精发酵罐，所述的罐体的直径与高度的比为1：0.33-0.57。

实施例4：

所述的巨型酒精发酵罐容积为5000～7000m³，在发酵罐罐体周围设有200mm降温水层，在降温水层外有200mm保温层；发酵罐罐顶设计为无氧专用发酵罐罐顶，使发酵罐的填装系数从0.9增至1.0。用本产品可使酒精向乙酸转化的关键环节受到抑制。为使运行更稳定，罐中央设立一个直径为1.2～2.5m的降温水柱，有了这样的降温水柱，可使发酵罐中心温度非常平稳，在解决好发酵罐的中心温度的同时，所产生的32℃温水还可充分利用；根据酒精发酵为厌氧发酵，发酵罐罐顶有新的更科学的封闭设计，这样发酵罐径高比可以趋近于1:0.33—0.57，这是极大的技术性进步，表1为本发明直径、降温水柱直径及发酵罐的径高比的对应表，从表1中我们可以看到最大的发酵罐径高比已接近1:0.33的水平，是早期设计的1/8～1/9。

酒精发酵罐的容积被设计为7000m³，这应是一个极限。在我国，玉米酒精企业的年生产能力为15～40万吨，大量玉米原料的超远距离运输可能会造成大的负面问题，这是非常实际的问题。

表1

说明：^＊发酵罐高10.0m，^＊＊发酵罐高12.0m。

酵母扩培系统：

在酵母菌扩大培养阶段原始酵母菌数量一定要非常充足，才能为下一步继续扩大培养打下数量基础。期间一定要注意扩培液的营养和供氧的数量，因为酵母菌在扩大培养时需要较多的氧气，需要严格控制供氧量和在供氧过程中的无菌水平。随着酒精发酵生产能力的不断扩大，我们认为供应无菌纯氧比供应无菌空气效率要高很多，因为无菌空气仅约有20％的氧气，其余80％对发酵没有帮助，而这80％的空气要进行无菌处理是需要能量的，这种能量消耗是浪费的。

酵母菌的扩大培养一定要在酵母扩培罐中进行，不宜在厌氧的发酵罐进行，酵母菌种扩培罐和发酵罐设备专一化以后，这是一种非常重要的新认识。

酵母菌回用发酵技术：

在巴西用甘蔗和糖蜜进行发酵制备酒精，目前很多酒精发酵企业实现了酵母菌回用发酵技术，发酵周期仅8～10h，这样的发酵时间与理论发酵时间很相近，这是酵母菌应用的极大进步。酵母菌回用技术要分析酵母菌寿命。据研究，酵母菌寿命约160h，根据发酵周期，酵母菌不回用是一种浪费，而且酵母菌数量充足不仅发酵速度快同时还可将保证发酵水平。

美国和中国均是以玉米为主原料发酵生产酒精，目前在发酵生产上由于工艺限制还未实现酵母回用技术，如果采用清糖液发酵生产酒精，将很快实现酵母菌回用。实现这一技术的好处是减少扩大培养酵母菌所需粮食，发酵时间明显缩短。如果酵母菌回用技术应用的好，在生产上固定化酵母可能完全不用或应用数量少。

根据新型发酵罐容积7000m³，酵母菌扩培罐设计为700m³，罐体直径15m，罐体高度10m，发酵罐的径高比1:0.33。

我们相信巨型玉米酒精发酵罐很快会成为现实的，届时对发展燃料乙醇，降低生产乙醇的能源消耗作用将是很大的。新型酒精发酵罐将进一步提高酒精发酵的实现过程。

Claims (2)

1.一种巨型酒精发酵罐，其组成包括：置于地基上的罐体，其特征是：所述的罐体外覆降温水层，所述的降温水层外覆保温层，所述的罐体中央具有降温水柱，所述的降温水柱的直径为1.2～2.5m，所述的罐体的无氧专用发酵罐顶具有醪液入口，二氧化碳出口，醪液出口，所述的罐体下部具有出口，所述的罐顶连接管路原位自动清洗装置，所述的罐体的直径与高度的比为1：0.33–0.57，所述的罐体的容积为5000～7000m ³ 。

2.根据权利要求1所述的巨型酒精发酵罐，其特征是：所述的管路原位自动清洗装置具有喷头。

Images