CN102168009A - 一种采用薯类原料制备乙醇的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用薯类原料制备乙醇的系统，该系统包括薯类去皮装置(1)、粉碎装置(2)、制浆装置(3)、酶解装置(4)和发酵装置(5)。所述粉碎装置(2)为薯类去皮装置(1)的后续加工装置，经过粉碎装置(2)粉碎后的物料依次进入制浆装置(3)、酶解装置(4)和发酵装置(5)中分别进行制浆、酶解和发酵，其中，所述薯类去皮装置(1)包括薯类去皮设备(21)和壳体(22)。由于所述制备乙醇的系统中薯类去皮装置包括壳体(22)，因而既可用于加工干的薯类原料，也可用于加工新鲜的薯类原料，从而有效地提高了设备利用率。

Description

一种采用薯类原料制备乙醇的系统

技术领域

本发明涉及一种采用薯类原料制备乙醇的系统。

背景技术

薯类，例如红薯、马铃薯、木薯等，富含淀粉，因此广泛用于发酵制乙醇、淀粉等领域中。

在现有技术的采用薯类原料制备乙醇的系统中，针对干的薯类原料和新鲜的薯类原料，在进入粉碎装置之前分别设置有一套输送装置。以木薯的加工过程为例，在采用新鲜木薯原料制备乙醇的系统中，在粉碎装置之前设置有具有去皮功能的去皮设备(如在CN 101288500A中公开的薯类去皮设备)；在采用干木薯原料制备乙醇的系统中，在粉碎装置之前仅设置有普通的进料装置。然而，在实际生产中，干木薯原料的加工量远大于新鲜木薯原料，更具体地说，采用新鲜木薯原料制备乙醇的系统每年只用到2-3个月。而且，因为通常采购的干木薯原料不带皮，且带有很多细粒状的木薯，因而若直接用具有去皮功能的去皮设备输送干的木薯原料，则必然会导致大部分细粒状的木薯从所述去皮设备的滚筒中漏出，因此，现有的采用新鲜木薯原料制备乙醇的系统不能用于加工干的木薯原料。因此，在剩余的时间中采用新鲜木薯原料制备乙醇的系统得不到充分利用，从而造成设备的利用率很低。同时，在干木薯原料的加工量较大或者部分采用干木薯原料制备乙醇的系统出现故障时，由于现有的采用新鲜木薯原料制备乙醇的系统不能用于加工干木薯原料，因而造成所有或部分的采用干木薯原料制备乙醇的系统超负荷运行，从而由于加速了设备老化而导致经济效益降低。

发明内容

本发明为了克服现有的采用新鲜薯类原料制备乙醇的系统不能用于加工干的薯类原料，并导致采用新鲜薯类原料制备乙醇的系统的设备利用率较低的缺陷，提供了一种能够使采用新鲜薯类原料制备乙醇的系统用于加工干的薯类原料，提高采用新鲜薯类原料制备乙醇的系统的设备利用率的方法。

本发明提供了一种采用薯类原料制备乙醇的系统，该系统包括薯类去皮装置、粉碎装置、制浆装置、酶解装置和发酵装置，所述薯类去皮装置向粉碎装置供料，经过粉碎装置粉碎后的物料进入制浆装置中，制浆后的浆料注入酶解装置中进行酶解，酶解后的产物进入发酵装置中进行发酵，其中，所述薯类去皮装置包括薯类去皮设备和壳体，该去皮设备包括机座、滚筒、螺旋式进给器和驱动装置，滚筒可转动地安装在机座上，所述螺旋式进给器位于滚筒中并与滚筒的内壁固定连接，所述驱动装置用于驱动滚筒和螺旋式进给器一起转动，且所述壳体可拆卸地安装在滚筒内，并且所述螺旋式进给器位于所述壳体和滚筒之间。

本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统在使用过程中，当所述壳体安装在所述薯类去皮设备中时，该系统便可直接用于加工干的薯类原料；当所述壳体从所述薯类去皮设备中拆卸下来时，该系统便可直接用于加工新鲜薯类原料。因此，本发明的采用薯类原料制备乙醇的系统使采用新鲜薯类原料制备乙醇的系统得到了充分利用，从而有效地提高了设备利用率。

附图说明

图1表示本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统的结构示意图，其中箭头方向表示物料流向；

图2表示本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统中薯类去皮装置在安装有壳体时的横剖视图；

图3表示本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统中薯类去皮装置的正视图；

图4表示本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统中薯类去皮装置在壳体拆卸下来时的纵剖视图。

具体实施方式

下面结合附图更详细地描述本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统。

如图1-4所示，本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统包括薯类去皮装置1、粉碎装置2、制浆装置3、酶解装置4和发酵装置5。所述薯类去皮装置1向粉碎装置2供料，经过粉碎装置2粉碎后的物料进入制浆装置3中，制浆后的浆料注入酶解装置4中进行酶解，酶解后的产物进入发酵装置5中进行发酵，其中，所述薯类去皮装置1包括薯类去皮设备21和壳体22，该去皮设备包括机座23、滚筒24、螺旋式进给器25和驱动装置，滚筒24可转动地安装在机座23上，所述螺旋式进给器25位于滚筒24中并与滚筒的内壁固定连接，所述驱动装置用于驱动滚筒24和螺旋式进给器25一起转动，且所述壳体22可拆卸地安装在滚筒24内，并且所述螺旋式进给器25位于所述壳体22和滚筒24之间。本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统适用于加工各种薯类原料，例如，红薯、马铃薯、木薯，尤其适用于木薯。

在所述薯类粉碎系统中，当所述薯类去皮设备21中安装有壳体22时，所述薯类粉碎系统用于粉碎干的薯类原料；当所述壳体22从薯类去皮设备21中拆卸下来时，所述薯类粉碎系统用于粉碎新鲜的薯类原料。

在所述薯类去皮装置1中，所述壳体22的轴线与滚筒24的轴线平行或重叠，将所述壳体22安装在滚筒24内的方法没有特别地限定，能够保证所述壳体22从所述薯类去皮装置中拆卸下来的各种常规的安装方式都适用于此，例如，可以使所述壳体22的两端分别与滚筒24的两端可拆卸地连接，也可以使所述壳体22的中间部位与螺旋式进给器25可拆卸地连接，所述可拆卸地连接的方式可以通过螺栓连接来实现，在本发明的一种优选实施方式中，分别通过螺栓将所述壳体22的两端安装于滚筒24的两端(即进料端和出料端)。

采用上述优选的连接方式，可以保证所述壳体22能够简易地从所述薯类去皮装置中拆卸下来和安装在所述薯类去皮装置中。

所述壳体22可以恰好与所述薯类去皮设备21的内壁贴在一起，也可以使所述壳体22与所述薯类去皮设备21的内壁存在一定的间距。为了保证所述壳体22能够简易地从所述薯类去皮装置中拆卸下来或安装在所述薯类去皮装置中，同时为了防止当所述壳体22与所述薯类去皮设备21的内壁恰好贴在一起时，安装或拆卸所述壳体22对其外壁的摩擦而带来的损伤，因此，优选所述壳体22的外壁与所述薯类去皮设备21的内侧之间的最小距离大于0，优选为0.1-3毫米，更优选为0.5-2毫米。所述壳体22的外壁与所述薯类去皮设备的内侧之间的最小距离是指所述薯类去皮设备的螺旋式进给器25与壳体22之间的距离。

所述壳体22可以由各种耐磨损材料制成，例如，碳钢、不锈钢、合金、橡胶或硬质塑料材料。本发明对所述壳体22的厚度没有特别的限定，在不浪费材料的基础上能够保证强度的各种厚度尺寸都适用于所述壳体中，优选情况下，所述壳体的厚度为1.5-3毫米。所述壳体22可以为能够安装到所述薯类去皮装置1中的各种形状，优选为圆筒。所述壳体22的长度不小于滚筒24的长度。

为了保证薯类物质能够顺利地通过所述薯类去皮装置，优选将所述薯类去皮装置1倾斜放置，且所述壳体22的轴线与水平面之间的夹角为2-8度。在将所述薯类去皮装置1倾斜放置的情况下，进料端的位置比出料端高，因此薯类原料可以借助自身的重力作用向下移动(即向前移动)。

在所述薯类去皮设备21中，所述滚筒24可以由各种耐磨损材料制成，例如，钢、橡胶或硬质塑料。所述滚筒24中可以设置有喷淋装置，喷淋装置可以固定安装在滚筒24的内壁上，并且位于靠近滚筒的进料口的位置。所述喷淋装置可以为常规的各种喷淋装置，可用于在对新鲜的薯类原料进行加工时将水喷淋到薯类原料上，将需要去皮的新鲜薯类原料上的污物(如泥土、杂质等)去除掉。

在处理新鲜薯类原料的情况下，由于新鲜薯类原料需要去皮，因而为了达到更好的去皮效果，所述滚筒24的内壁上可以设置有摩擦结构。所述摩擦结构可以为各种表面粗糙的结构，优选为一条或多条带肋钢筋，更优选为多条带肋钢筋。带肋钢筋具有横肋，可以使用常规的各种规格的热轧带肋钢筋和冷轧带肋钢筋，如符合GB1499-1998规定的带肋钢筋。带肋钢筋的公称直径可以为6-25毫米，优选为8-20毫米；横肋间距可以为3-16毫米，优选为4-12毫米。带肋钢筋的牌号包括但不限于HRB335、HRB400和HRB500。所述带肋钢筋与滚筒24的内壁固定连接，在滚筒转动过程中，带肋钢筋可以对新鲜薯类原料起到摩擦作用。为了便于在滚筒24的内壁上固定连接带肋钢筋，带肋钢筋优选与滚筒24的中心轴线平行。

在本发明中，所述滚筒24的内直径没有特别的限定，可以根据需要进行去皮处理的薯类原料的量来选择合适的滚筒内直径，一般情况下，滚筒内直径可以为1-2米。

所述螺旋式进给器25可以为机械领域常规的各种螺旋式进给器。所述螺旋式进给器25可以通过常规的各种固定连接方式连接在滚筒24的内壁上，例如，通过紧固件固定连接在滚筒24的内壁上。为了使处理新鲜薯类原料时能够获得更好的去皮效果，所述螺旋式进给器25的螺距优选为0.3-0.8米，螺纹高度优选为0.1-0.4米。所述螺旋式进给器25可以由各种耐磨损材料制成，例如，钢、橡胶、尼龙。

本发明对所述驱动装置没有特别限定，只要能驱动滚筒24和螺旋式进给器25一起转动即可。例如，所述驱动装置可以包括驱动源、传动链和链轮27。如图4所示，链轮27固定在滚筒24外表面，优选将链轮27安装在滚筒24的中间部位。由于滚筒24可转动地安装在机座23上，因此传动链将驱动源的动力传递给链轮27时，链轮27能够带动滚筒转动。所述滚筒24可转动地安装在机座23上，可转动的安装方式可以为常规的各种方法，例如，可以使用支撑辊或支撑架将滚筒架设在机座上，使滚筒可以绕中心轴转动。驱动源可以为各种能够产生动力的装置，如电动机。

为了便于进料，在本发明的采用薯类原料制备乙醇的系统中所述薯类去皮装置1还可以包括风车进给器26。如图4所示，风车进给器26安装于滚筒的进料端，对所述滚筒24或壳体22供料。风车进给器26可以为机械领域常规的各种风车进给器。

在本发明中所述粉碎装置2没有特别的限定，可以为能够将薯类原料粉碎至3.5毫米以下的各种粉碎装置。例如，所述粉碎装置2可以为辊式破碎机，所述辊式破碎机包括两个对置的辊，在所述两个对置的辊表面形成很多凸起，通过一边在辊之间加压一边使辊转动，破碎通过此之间的原料；所述粉碎装置2还可以为锤式破碎机，所述锤式破碎机包括锤尖和筛网，通过使所述锤尖高速旋转对原料进行反复锤碎，直到通过锤尖外围的筛网的网孔；所述粉碎装置2还可以为颚式破碎机，所述颚式破碎机包括呈V型开口的钳口和振动颚，把原料放在向上呈V型开口的钳口和振动颚之间，通过加压使原料破碎；所述粉碎装置2还可以为销式破碎机，所述销式破碎机设置垂直方向上有很多针的圆盘形的回转盘和面对此回转圆盘的面上有很多销的固定圆盘，把原料加到回转盘的中心后，利用离心力进入装在回转盘和固定盘上的销的间隙，受到销造成的冲击和反弹的作用，从而使原料破碎；所述粉碎装置2还可以为球式破碎机。在本发明的一种实施方式中，所述粉碎装置2为锤片式粉碎机，优选型号为JFS-2000-72的锤片式粉碎机，该锤片式粉碎机包括转子、锤片、筛板、驱动系统和控制系统，在运行过程中，通过控制系统控制锤片高速旋转，使锤片与物料进行摩擦，从而将物料粉碎至要求的颗粒尺寸范围。另外，在本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统中，所述粉碎装置2的数量没有特别地限定，可以根据后续加工中对经粉碎的薯类原料颗粒尺寸的要求而确定，通常粉碎装置的数量越多，经粉碎的薯类原料颗粒尺寸越小，然而加工过程中耗能也越多。因此，综合考虑生产工艺中对薯类原料颗粒尺寸的要求和能耗因素，通常所述采用薯类原料制备乙醇的系统中设置有两个粉碎装置，且经过粉碎装置粉碎后的产物的平均颗粒直径为1.0-2.5毫米。

在所述薯类粉碎系统中，所述薯类去皮装置1可以直接对粉碎装置2供料，所述薯类去皮装置1与粉碎装置2之间也可以设置有输送装置，从而将将来自所述薯类去皮装置1的原料输送到所述粉碎装置2中进行粉碎。所述输送装置可以为各种常规的输送装置，例如，刮板输送机、皮带输送机。

在本发明的采用薯类原料制备乙醇的系统中，所述制浆装置3用于对粉碎后的薯类原料进行制浆。所述制浆装置3在运行时，通过边搅拌边加入水，从而使粉碎后的物料成为浆状物。向制浆装置3中加入水的量可以根据加入的物料而不同，当所述制备乙醇的系统加工干的薯类原料时，经过粉碎装置2粉碎后得到的产物为干的粉末状，因此，在制浆过程中需要加入的水量较大；当所述制备乙醇的系统加工新鲜的薯类原料时，经过粉碎装置2粉碎后得到的产物本身含有一定水份，因此，在制浆过程中需要加入的水量较小。在本发明中，所述制浆装置3没有特别的限定，可以为本领域技术人员公知的各种制浆装置。

所述酶解装置4用于对制浆装置3制得的浆状物进行酶解。所述酶解可以通过本领域常用的方法完成，比如向粉碎产物中添加产酶微生物和/或酶，在产酶微生物的生长温度和/或酶有活力的温度下保温完成。所述产酶微生物为能够分泌淀粉酶的产酶微生物。所述酶包括淀粉酶。所述酶解的条件为本领域技术人员所公知，例如，所述酶解条件包括酶解的温度为50-110℃，所述酶解的时间为20-240分钟，所述酶解的pH值为3-7；所述淀粉酶的用量以每克粉碎产物的干重计为4-50酶活力单位(u/ml)；所述淀粉酶为α-淀粉酶、糖化酶、转移葡萄糖苷酶和磷酸酯酶中的一种或几种。在本发明中所述酶解装置没有特别的限定，通常选用酶解罐。所述酶解罐可以为本领域常规的各种酶解罐，例如碳钢材质250立方米的带搅拌装置的容器。为了监控酶解温度，所述酶解罐上也可以设置有温度测试单元。

所述发酵装置5用于对酶解后的产物进行发酵。所述发酵可以通过本领域常用的方法完成，比如向酶解后的产物中加入酵母，并使酵母在其适合生长的温度下保温完成。本发明发酵所使用的酵母可以为商购酵母固体制剂(比如干酵母粉)或酵母菌种，比如拉斯2号(Rasse II)酵母，又名德国二号酵母、拉斯12号(Rasse XII)酵母，又名德国12号酵母、K字酵母、南阳五号酵母(1300)和南阳混合酵母(1308)。所述酵母可以采用常规的方法接种，例如向酶解产物中加入5-15体积％的种子液。所述种子液可以为干酵母的水溶液或培养基溶液，也可以为干酵母或商购菌种的活化种子液。所述发酵的温度可以为任何适于酵母生长的温度，优选为30-36℃，更优选为30-33℃。pH值为4-6，优选为4-4.5。所述发酵的时间可以为从接种开始至酵母生长的衰亡期出现(即发酵时间为迟滞期、对数期加上稳定期)的时间，优选发酵的时间为55-70小时，更优选60-70小时。在本发明中，所述发酵装置没有特别的限定，通常选用发酵罐，所述发酵罐可以为本领域常规的各种发酵罐。

物料经过发酵后便可以得到发酵产物乙醇，根据不同工业产品的要求(比如燃料酒精要求乙醇的纯度达99％以上)，可以采用不同的方法提取乙醇，例如蒸馏、浓缩、除水。

下面结合图1-4介绍本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统的工作原理。

在所述采用薯类原料制备乙醇的系统加工新鲜的薯类原料的情况下，所述壳体22从所述薯类去皮设备21中拆卸下来。启动驱动装置，使所述滚筒24和螺旋式进给器25绕中心轴转动；通过风车进给器26的将新鲜的薯类原料加到滚筒24中，由于所述薯类去皮装置的进料端高于出料端，因此，新鲜的薯类原料在向下的重力和离心力的作用下，并且在螺旋式进给器25的推动作用下，新鲜的薯类原料不断向前移动；同时新鲜的薯类原料随所述滚筒24和螺旋式进给器25一起转动，在转动的过程中，新鲜的薯类原料之间发生摩擦，新鲜的薯类原料与滚筒壁和螺旋式进给器25之间也发生摩擦，从而将新鲜的薯类的表皮除掉。将去皮后的薯类原料输送到粉碎装置2中进行粉碎，将粉碎后的薯类原料加到制浆装置3中，边加入水边搅拌，从而制成浆状物。然后，将所得浆状物注入酶解装置中进行酶解，并将酶解后的产物转移到发酵装置中进行发酵，从而产生乙醇。

在所述采用薯类原料制备乙醇的系统加工干的薯类原料的情况下，所述薯类去皮设备21中安装有壳体22。通过风车进给器26将干的薯类原料加到壳体22中，并且由于所述薯类去皮装置的进料端高于出料端，因此，干的薯类原料不断向前移动，并输送到粉碎装置2中进行粉碎，将粉碎后的薯类原料加到制浆装置3中，边加入水边搅拌，从而制成浆状物。然后，将所得浆状物注入酶解装置中进行酶解，并将酶解后的产物转移到发酵装置中进行发酵，从而产生乙醇。

由此可见，本发明提供的采用薯类原料制备乙醇的系统既适用于加工干的薯类原料，也适用于加工新鲜的薯类原料，实现了一套系统的干湿两用，大大提高了制备乙醇的系统的利用率，从而降低了设备成本。

Claims (10)

1.一种采用薯类原料制备乙醇的系统，该系统包括薯类去皮装置(1)、粉碎装置(2)、制浆装置(3)、酶解装置(4)和发酵装置(5)，所述薯类去皮装置(1)向粉碎装置(2)供料，经过粉碎装置(2)粉碎后的物料依次进入制浆装置(3)、酶解装置(4)和发酵装置(5)中分别进行制浆、酶解和发酵，其特征在于，所述薯类去皮装置(1)包括薯类去皮设备(21)和壳体(22)，该去皮设备包括机座(23)、滚筒(24)、螺旋式进给器(25)和驱动装置，滚筒(24)可转动地安装在机座(23)上，所述螺旋式进给器(25)位于滚筒(24)中并与滚筒的内壁固定连接，所述驱动装置用于驱动滚筒(24)和螺旋式进给器(25)一起转动，且所述壳体(22)可拆卸地安装在滚筒(24)内，并且所述螺旋式进给器(25)位于所述壳体(22)和滚筒(24)之间。

2.根据权利要求1所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)为圆筒。

3.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的轴线与滚筒(24)的轴线平行或重叠。

4.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的两端分别与滚筒(24)的两端可拆卸地连接。

5.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的长度不小于滚筒(24)的长度。

6.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的外壁与所述薯类去皮设备的内侧之间的最小距离大于0。

7.根据权利要求6所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的外壁与所述薯类去皮设备的内侧之间的最小距离为0.1-3毫米。

8.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的厚度为1.5-3毫米。

9.根据权利要求1或2所述的制备乙醇的系统，其中，所述壳体(22)的轴线与水平面之间的夹角为2-8度。

10.根据权利要求1所述的制备乙醇的系统，其中，所述薯类去皮装置还包括风车进给器(26)，该风车进给器(26)对所述滚筒(24)或壳体(22)供料。

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