CN103184241B - 一种薯类原料的预处理方法以及乙醇的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薯类原料的预处理方法以及乙醇的制备方法，所述薯类原料为干薯类原料；其中，所述预处理方法包括：除去所述薯类原料中的杂物，然后将所述经过除杂的薯类原料进行预粉碎，得到预粉碎产物，并将所述预粉碎产物进行旋风分离。采用本发明的预处理方法对薯类原料进行预处理后，能够使薯类原料更加均质化，便于后续工序的输送和供料稳定。由于在预处理时除去了薯类原料中的各种杂物，还能够减小对后续工序的设备磨损，并降低了物耗、电耗等费用，提高了后续工序设备的处理能力，便于大型化的乙醇连续化生产。

Description

一种薯类原料的预处理方法以及乙醇的制备方法
技术领域
本发明涉及一种薯类原料的预处理方法以及乙醇的制备方法。
背景技术
在采用玉米原料制备乙醇时，由于玉米原料比较规整，因此，原料的预处理比较简单，通常只需要除去原料中的小石子后直接粉碎即可。而采用薯类原料，特别是干薯类原料，例如干木薯制备乙醇时，由于干木薯的外形极不规整，有片状、块状、条状、丝状等，干木薯的长度一般在2毫米至150毫米不等，而且，所述干木薯原料中还混有砂子、石块、铁器以及编织物等杂物，这给原料输送和粉碎带来了很大困难，如果不进行有效的预处理会造成设备的磨损严重、原料浆液浓度降低，物耗、能耗升高的问题，而影响生产的稳定性。因此，薯类原料的有效预处理对非粮原料——薯类原料的乙醇生产起到至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够实现对薯类原料进行有效预处理，以规整、均质化薯类原料并能够有效除去薯类原料中的杂物的薯类原料的预处理方法，以及一种乙醇的制备方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种薯类原料的预处理方法，所述薯类原料为干薯类原料；其中，所述预处理方法包括：除去所述薯类原料中的杂物，然后将所述经过除杂的薯类原料进行预粉碎，得到预粉碎产物，并将所述预粉碎产物进行旋风分离。
本发明还提供了一种乙醇的制备方法，该方法包括将薯类原料粉碎，并将粉碎产物与酶混合、酶解，得到酶解产物，发酵得到的酶解产物，其中，该方法还包括在将薯类原料粉碎前，将薯类原料进行预处理，所述预处理的方法为本发明提供的预处理方法。
采用本发明的预处理方法对薯类原料进行预处理后，能够使薯类原料更加均质化，便于后续工序的输送和供料稳定。由于在预处理时除去了薯类原料中的各种杂物，还能够减小对后续工序的设备磨损，并降低了物耗、电耗等费用，提高了后续工序设备的处理能力，便于大型化的乙醇连续化生产。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的薯类原料预处理的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
按照本发明提供的薯类原料的预处理方法，其中，所述薯类原料为干薯类原料；所述预处理方法包括：除去所述薯类原料中的杂物，然后将所述经过除杂的薯类原料进行预粉碎，得到预粉碎产物，并将所述预粉碎产物进行旋风分离。
按照本发明，由于薯类原料中会含有泥土、砂石杂质以及铁杂质，因此，在对薯类原料进行预粉碎之前，需要先除去所述薯类原料中的砂石、铁器等杂物。所述除去薯类原料中的杂物的方法可以为各种方法，优选情况下，为了更有效并快速地除去薯类原料中的杂物，所述除去薯类原料中的杂物的方法包括：除去所述薯类原料中的砂石，将经过除砂的薯类原料进行风选以除去石块和铁器，并通过磁铁吸引将经过风选的薯类原料中的细小含铁杂质除去。由于砂石的颗粒体积较小，通常所述砂石的颗粒直径为2毫米以下，因此，可以先通过过筛的方法，优选采用振动分级筛进行筛选的方法将颗粒体积较小的砂石除去，以更加便于后续体积较大的杂物去除的顺利进行。然后将经过除砂的薯类原料进行风选风送，通过利用较大的石块(通常石块的体积为8立方毫米至0.008立方米)和铁器等杂物的比重大于薯类原料的比重，而将较大体积的杂物除去。其中，所述风选的方法为本领域技术人员所公知。尽管采用风选的方法能够出去薯类原料中体积较大的石块和铁器等杂物，但是风选的方法可能无法将一些细小的铁屑、铁钉等含铁杂质完全分离，因此，优选再通过磁铁吸引的方法将经过风选的薯类原料中的细小含铁杂质除去。所述采用磁铁吸引出去薯类原料中细小含铁杂质的方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行，例如，将所述薯类原料通过除铁器，如永磁筒，以利用永磁筒的筒壁吸附薯类原料中的细小含铁杂质。
按照本发明，将所述经过除杂的薯类原料进行预粉碎的方法可以采用本领域技术人员公知的方法进行，例如，可以使用常规的各种粉碎设备进行粉碎。优选情况下，为了便于后续工序的旋风分离，得到的预粉碎产物的颗粒直径为5-10毫米。
按照本发明，将所述预粉碎产物送入旋风分离器中进行旋风分离，颗粒较大的物料从旋风分离器底部的物料出口排出，并收集经过旋风分离后的粉碎产物，含尘气体从旋风分离器的上部气体出口排出。其中，所述旋风分离器可以为一级也可以为多级，优选情况下，为了既能够避免预粉碎产物的损失，又能够除去大部分粉尘，所述旋风分离器为串联的多级旋风分离器，例如，2-4个串联的旋风分离器。将所述预粉碎产物送入一级旋风分离器中进行旋风分离，颗粒较大的物料从一级旋风分离器的物料出口排出，颗粒较小的粉料随风从一级旋风分离器的气体出口排出后进入二级旋风分离器中再次进行旋风分离，大部分粉料从二级旋风分离器底部的物料出口排出，含尘气体从二级旋风分离器的上部气体出口排出，并收集经过一级旋风分离和二级旋风分离后的粉碎产物，经过旋风分离后的物料的更加均质化更好，更利于后续制备乙醇工艺中粉碎、酶解时原料中淀粉的充分析出。此外，从除尘器中排出的粉料也可以收集起来用于后续工序，也避免薯类原料的损失。
优选情况下，为了净化含尘气体，并减少对环境的污染，该方法还包括将含尘气体进行除尘，例如，可以将从旋风分离器排出的含尘气体送入除尘器中进行净化除尘，净化后的气体排出系统。其中，所述除尘器可以为本领域技术人员公知的各种除尘器，例如，常规使用的布袋除尘器。
由于，在收集的薯类原料中，除了含有石块、铁器等杂物外，还可能混入编织物，为了能够有效地除去原料中的编织物，并能够进一步净化粉碎产物，该方法还包括将经过旋风分离的粉碎产物再次进行杂物去除，以除去所述粉碎产物中的编织物。所述除去编织物的方法可以采用各种方法，例如，人工挑拣，或者利用滚筒筛去除，所述滚筒筛的筒壁上具有孔，设置孔直径的大小，可以使预粉碎产物通过滚筒后从孔中漏出，而将编织物等杂物截留在滚筒中，以将编织物除去。
按照本发明，所述薯类原料可以为各种薯类原料，如红薯、马铃薯、木薯等，本发明的具体实施方案中采用的薯类原料为木薯。
本发明的改进在于对薯类原料的预处理工艺，因此，对于采用薯类原料制备乙醇的方法中，将薯类原料粉碎、酶解，并发酵酶解产物得到乙醇的步骤中的条件和方法均可以采用本领域技术人员公知的方法进行，例如，将薯类原料进行粉碎后得到的粉碎产物中，薯类原料的平均颗粒直径可以为1毫米至小于2.5毫米。所述酶解使用的酶通常为淀粉酶，所述淀粉酶为α-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶和异淀粉酶中的一种或几种。以每克粉碎产物的干重计，所述淀粉酶的用量为4-50酶活力单位；所述酶解的温度可以为50-90℃，所述酶解的时间可以为20-240分钟，所述酶解的pH值可以为5-7；所述酶的酶活力单位的定义为：在pH值为6.0、温度为70℃的条件下，1分钟将1毫克淀粉转化为葡萄糖所需的酶量为一个酶活力单位。以每克酶解产物计，所述发酵所使用的酵母菌的接种量可以为1-2亿个菌，所述发酵的温度可以为30-36℃，发酵的时间可以为50-75小时。所述菌的个数的定义为将稀释后的一定量的发酵液通过浇注或涂布的方法，让其内的微生物单细胞一一分散在培养基平板上，待培养后，每一活细胞就形成一个菌落。即每毫升发酵液中含有的单细胞的数目。可以用血球计数板计数活菌的数目。
下面结合图1对本发明的所述薯类原料的预处理流程进行详细描述。
将干木薯原料用筛进行筛选，将小砂石筛下，将过筛后的木薯原料送入料斗，料斗底部安装有振动喂料器，并通过向吸咀内进行喂料，控制喂料器的频率以控制进料量的大小，在负压的作用下，并由于石块、铁器、木块等杂物的比重较大因而从木薯原料中分离出来，从吸咀进风口落下，干木薯原料继续被送入除铁器中，通过磁铁吸引将经过风选的薯类原料中的细小含铁杂质除去，然后进入到粉碎机中进行预粉碎，得到颗粒直径为5-10毫米的粉碎产物，将粉碎产物提料到一级旋风分离器中进行旋风分离，颗粒较大的物料从一级旋风分离器底部的关风机排出，粉料从一级旋风分离器气体出口排出并随风进入到二级旋风分离器中进行进一步旋风分离，大部分粉料从二级旋风分离器底部的关风机排出，粉尘从二级旋风分离器气体出口排出后送入布袋除尘器中进行除尘，粉料从布袋除尘器底部排出，为了不造成浪费，优选将从布袋除尘器底部排出的粉料与从上述关风机排出的粉料混合，一并进入后续的工序中，净化后的气体排出系统，从一级旋风分离器和二级旋风分离器的关风机引出的粉料(优选还包括从布袋除尘器底部排出的粉料一起)送入滚筒筛中进行编织物的去除，而后经过斗提机由皮带斗提系统输送到后续的乙醇制备的单元中。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的薯类原料的预处理方法。
将干木薯原料用振动分级筛(购自江苏五龙机械有限公司，筛孔直径为2毫米)进行筛选，将砂石(颗粒直径为2毫米以下)筛下，然后将过筛后的木薯原料送入料斗，料斗底部安装有振动喂料器，并通过吸咀进行喂料，控制喂料器的频率(通过电流(0-10安培)调节控制喂料器的频率(0-50Hz))以控制进料量(进料量通常为15-20吨/小时)，在负压的作用下，并由于石块、铁器、木块等杂物的比重较大因而从木薯原料中分离出来，从吸咀进风口落下，并将物料通入除铁器(购自江苏五龙机械有限公司，永磁电机，型号为D7800)中，通过磁铁吸引将经过风选的薯类原料中的细小含铁杂质除去，将得到的干木薯原料送入到粉碎机(购自江苏五龙机械有限公司，锤式粉碎机，型号为JFS-2000-65)中进行预粉碎，得到颗粒直径为8-10毫米的预粉碎产物(采用美国PPS公司的Accu Sizer TM 780光学粒径检测仪测定粉碎产物的颗粒直径)，将所述预粉碎产物提料到一级旋风分离器中进行旋风分离，较大的物料从一级旋风分离器底部的关风机排出，粉料从一级旋风分离器气体出口排出并随风进入到二级旋风分离器中进行进一步旋风分离，大部分粉料从二级旋风分离器底部的关风机排出，粉尘从二级旋风分离器气体出口排出后送入布袋除尘器中进行除尘，粉尘从布袋除尘器底部排出，净化后的气体排出系统，从一级旋风分离器和二级旋风分离器的关风机引出的粉料以及从布袋除尘器底部排出的粉料一并送入滚筒筛(购自国家粮食储备局科学技术研究院，滚筒直径为1米，筛孔直径为10毫米)中进行编织物的去除，而后经过斗提机由皮带斗提系统输送到后续的单元中。
应用例1
本应用例用于说明乙醇的制备。
(1)木薯原料的粉碎
使用SFSP系列锤片式粉碎机将木薯片(含水量为14重量％)进行粉碎，得到100千克粉碎产物(该粉碎产物中木薯原料的平均颗粒直径为1毫米)(采用美国PPS公司的Accu Sizer TM 780光学粒径检测仪测定粉碎产物的颗粒直径)。
(2)酶解
将步骤(1)的粉碎产物与170千克水混合，调节pH值至5.2，加热至70℃后，以每克粉碎产物的干重计，加入20酶活力单位的α-淀粉酶(诺维信公司购得)，先在60℃下加入α-淀粉酶总量的1/3的酶保温酶解20分钟，再在85℃下加入α-淀粉酶总量的2/3的酶保温酶解40分钟后得到酶解产物。
(3)发酵
使酶解产物的温度降至33℃，接种酒精酵母，以每克酶解产物的重量计，酒精酵母的接种量为1.3亿个菌的酒精酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得混合物在33℃下于发酵罐中搅拌培养72小时，在100℃蒸馏所得发酵产物，所得蒸馏馏分在78.3℃下二次蒸馏可得乙醇35.15千克。
对比应用例1
本对比应用例用于说明现有技术的乙醇的制备。
按照应用例1的方法制备乙醇，不同的是，手工挑拣木薯原料中的杂物，并将同样重量的木薯原料按照应用例1步骤(1)的方法粉碎、按照应用例1步骤(2)的方法进行酶解以及按照应用例1步骤(3)的方法进行发酵，得到乙醇34.25千克。
由上述结果可以看出，由于本发明的方法能够更有效地以除去薯类原料中的各种杂物，并规整和均质化薯类原料，因此，采用经本发明的方法预处理后的木薯原料制备得到的乙醇产率明显高于采用经过简单的手工挑拣进行预处理后的木薯原料制备得到的乙醇产率，因此说明，采用本发明的方法对薯类原料进行预处理更利于提高后续工序设备的处理能力，便于大型化的乙醇连续化生产。

Claims (9)

1.一种薯类原料的预处理方法，所述薯类原料为干薯类原料；其特征在于，所述预处理方法包括：除去所述薯类原料中的杂物，然后将所述经过除杂的薯类原料进行预粉碎，得到预粉碎产物，并将所述预粉碎产物进行旋风分离，其中，所述预粉碎产物的颗粒直径为5-10毫米。
2.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，所述除去薯类原料中的杂物的方法包括：除去所述薯类原料中的砂石，将经过除砂的薯类原料进行风选以除去石块和铁器，并通过磁铁吸引将经过风选的薯类原料中的细小含铁杂质除去。
3.根据权利要求2所述的预处理方法，其中，所述砂石的颗粒直径为2毫米以下；所述石块的体积为8立方毫米至0.008立方米。
4.根据权利要求1所述的预处理方法，其中，将所述预粉碎产物进行旋风分离的方法包括：将所述预粉碎产物送入旋风分离器中进行旋风分离，从旋风分离器的物料出口收集经过旋风分离后的预粉碎产物，并排出含尘气体。
5.根据权利要求1或4所述的预处理方法，其中，所述旋风分离器为多级串联的旋风分离器。
6.根据权利要求4所述的预处理方法，其中，该方法还包括将含尘气体进行除尘。
7.根据权利要求1或4所述的预处理方法，其中，该方法还包括将经过旋风分离的预粉碎产物再次进行杂物去除，以除去所述预粉碎产物中的编织物。
8.根据权利要求1或2所述的预处理方法，其中，所述薯类原料选自木薯、马铃薯和红薯中的一种或多种。
9.一种乙醇的制备方法，该方法包括将薯类原料粉碎，并将粉碎产物与酶混合、酶解，得到酶解产物，发酵得到的酶解产物，其特征在于，该方法还包括在将薯类原料粉碎前，将薯类原料进行预处理，所述预处理的方法为权利要求1-8中任意一项所述的预处理方法。
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