CN103627621B - 固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物发酵和蒸馏的技术领域,具体涉及一种固态立式厌氧（好氧）发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置及方法。采用包括固态立式发酵罐、洗涤塔、洗涤泵、气柜、循环气体冷却器、循环风机、过滤器、蒸馏产品冷却器，所述的固态立式发酵罐由罐体、设置在罐底的搅拌装置、出料装置、进料口、蒸馏产品气体出口、生化反应气体出口、人孔、出料耙、蒸馏蒸汽入口、循环气体冷却进风口组成的技术方案，第一次采用高填充率固态立式发酵罐，做到自动出料、生产效率高、温度可控，同时适用于厌氧和好氧固态发酵，在发酵结束时，对于需要蒸馏的物料，可利用该设备进行蒸馏，在减少物料搬运的同时减少了蒸馏产品运输途中挥发产生的损失。

Description

固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置及方法
技术领域
本发明属于生物发酵和蒸馏的技术领域,具体涉及一种固态立式厌氧（好氧）发酵，自循环冷却、蒸馏一体化装置及方法。
背景技术
我国的固态发酵技术历史悠久，在我国的酒类、醋类、调味品和食用菌的生产中一直占有十分重要的地位。传统固态发酵采用堆积发酵、地窖发酵、酿缸发酵、水泥池或不锈钢槽发酵，现代常用的固态发酵反应器有填料床反应器、浅盘式反应器、转鼓式反应器等反应器。这些固态发酵设备及技术普遍存在发酵设备利用率低、易染菌、工人劳动强度大、后续的蒸馏需要人工二次搬运等缺点。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种固态立式厌氧（好氧）发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置及方法。采用包括固态立式发酵罐、洗涤塔、洗涤泵、气柜、循环气体冷却器、循环风机、过滤器、蒸馏产品冷却器，所述的固态立式发酵罐由罐体、设置在罐底的搅拌装置、出料装置、进料口、蒸馏产品气体出口、生化反应气体出口、人孔、出料耙、蒸馏蒸汽入口、循环气体冷却进风口组成的技术方案，第一次采用高填充率固态立式发酵罐，做到自动出料、生产效率高、温度可控，同时适用于厌氧和好氧固态发酵，在发酵结束时，对于需要蒸馏的物料，可利用该设备进行蒸馏，减少了物料搬运的同时减少了蒸馏产品运输途中挥发产生的损失。
本发明的技术方案为：
一种固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置，包括固态立式发酵罐、洗涤塔、洗涤泵、气柜、循环气体冷却器、循环风机、过滤器、蒸馏产品冷却器，其特征在于，所述的固态立式发酵罐由罐体、设置在罐底的搅拌装置、出料装置、进料口、蒸馏产品气体出口、生化反应气体出口、人孔、出料耙、蒸馏蒸汽入口、循环气体冷却进风口组成。
本发明技术方案的特点还有：
所述的搅拌装置包括搅拌电机、减速机以及与减速机连接的搅拌轴，所述的搅拌轴上端固定支架，在支架上设置耕刀，在支架靠近罐底的一端连接出料耙；在罐底一侧设置有与出料耙相配合的出料装置。
所述的出料装置包括依次与出料耙相邻的筛板、出料翻板、出料螺旋；所述的出料螺旋由电机驱动。
在罐体的底部设置蒸馏蒸汽入口。
所述的固态立式发酵罐的生化反应气体出口通过管道依次与洗涤塔、气柜、循环气体冷却器、循环风机相连接，该循环风机出口连接循环气体冷却进风口，在循环风机与循环气体冷却器之间的管道上设有支路管道，该支路管道连接过滤器，所述的支路管道上设置阀门，构成了对系统的循环冷却补充空气，在好氧发酵时兼具补充氧气的作用；关闭过滤器支路上的阀门，可对发酵过程进行冷却。
所述的洗涤塔洗涤液出口依次连接洗涤液暂存罐、洗涤泵，该洗涤泵通过管道连接洗涤液进口；可以对生化反应生成的气体进行洗涤以回收发酵气体中带走的发酵产品并对发酵气体进行初步降温冷却。
所述的固态立式发酵罐的蒸馏产品气体出口通过管道依次连接蒸馏产品冷却器Ⅰ、蒸馏产品冷却器Ⅱ，可以对需要蒸馏发酵产品进行直接蒸馏，蒸馏后的固态物料直接排出罐外。
一种固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化的方法，其步骤如下：固态发酵原料经加酶培菌后由进料口进入固态立式发酵罐，在固态立式发酵罐中进行发酵，发酵过程中生化反应产生的气体由生化反应气体出口通过管道进入洗涤塔对生化反应气体进行洗涤，经过洗涤的气体进入气柜经进一步冷却，由循环风机鼓入固态立式发酵罐，对生化反应物料进行冷却降温；好氧发酵需要补充空气时打开过滤器与支路管道上的阀门，生化反应需要的氧气经过滤器由管道进入固态立式发酵罐；厌氧发酵时过滤器支路的阀门关闭，使用循环风对发酵罐中的物料进行冷却降温；发酵结束后若发酵产品不需要蒸馏，启动罐底排料螺旋和搅拌装置，固态物料经由罐底排料螺旋排出罐外；发酵结束后如果发酵产品需要蒸馏，启动搅拌装置，由耕刀对发酵物料进行疏松，然后打开蒸汽阀门对发酵产品进行蒸馏，蒸馏产生的汽体经由蒸馏产品冷却器Ⅰ和蒸馏产品冷却器Ⅱ对发酵产品冷却，作为产品取出。
本发明的有益效果为：
本发明的装置的采用立式发酵罐设计，发酵物料层厚度高，设备填充率高，在立式固态发酵罐上首次采用搅拌装置和螺旋出料装置，实现了发酵过程物料松散并实现了机械化出料，极大地降低了工人的劳动强度，提高了生产效率；发酵罐在厌氧发酵时系统利用物料自身发酵生物反应气体对生化反应物料进行冷却，发酵罐在好氧发酵时可根据生化反应的需要适时补充氧气，即做到补充氧气的时间和浓度可控调又完成了对系统生化反应物料的冷却，同时适用于厌氧发酵和好氧发酵，在发酵过程中减少了发酵产品的挥发等损失及对环境造成的污染。对于需要蒸馏的固态发酵产品，系统实现了发酵和蒸馏生产的一体化，在同一个装置内实现了发酵和蒸馏的连续化生产，无需搬运就可以在罐内直接蒸馏出初级产品，蒸馏后的固态物料，经由罐底螺旋出料器排出罐外。系统还实现了对固态发酵生产气体带走的产品的回收，同时使固态发酵生化反应生成气体的回收成为可能。
另外，本发明的方法与装置相结合，实现了固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化的方法。
综上所述，本发明的技术方案具备突出的实质性特点和显著地进步，具有创造性。
附图说明
图1为本发明的固态立式发酵罐的结构示意图。
图2为本发明的固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置的结构示意图。
1-出料螺旋，2-出料翻板，3-筛板，4-出料耙，5-耕刀，6-搅拌轴，7-人孔，8-进料口，9-生化反应气体出口，10-蒸馏产品气体出口，11—罐体，12-蒸馏蒸汽入口，13-洗涤液出口，14-循环气体冷却进风口，15-洗涤泵,16-搅拌电机，17-减速机,18-支架，20-洗涤塔，21-洗涤液进口，22-洗涤液暂存罐，23-固态立式发酵罐，24-蒸馏产品冷却器Ⅰ，25-蒸馏产品冷却器Ⅱ，26-气柜，27-循环气体冷却器，28-循环风机，29-过滤器,30-阀门。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式来对本发明作更进一步的说明，以便本领域的技术人员更了解本发明，但并不以此限制本发明。
一种固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置，包括固态立式发酵罐23、洗涤塔20、洗涤泵15、气柜26、循环气体冷却器27、循环风机28、过滤器29、蒸馏产品冷却器24、蒸馏产品冷却器25，所述的固态立式发酵罐由罐体11、设置在罐底的搅拌装置、出料装置、进料口8、蒸馏产品气体出口10、生化反应气体出口9、人孔7、出料耙4、蒸馏蒸汽入口12、循环气体冷却进风口14组成。
本发明技术方案的特点还有：
所述的搅拌装置包括搅拌电机16、减速机17以及与减速机连接的搅拌轴6，所述的搅拌轴上端固定支架18，在支架上设置耕刀5，在支架靠近罐底的一端连接出料耙4；在罐底一侧设置有与出料耙4相配合的出料装置。
所述的出料装置包括依次与出料耙相邻的筛板3、出料翻板2、出料螺旋1；所述的出料螺旋1由电机驱动。
在罐体的底部设置蒸馏蒸汽入口12。
所述的固态立式发酵罐的生化反应气体出口9通过管道依次与洗涤塔20、气柜26、循环气体冷却器27、循环风机28相连接，该循环风机28出口连接循环气体冷却进风口14，在循环风机28与循环气体冷却器27之间的管道上设有支路管道，该支路管道连接过滤器29，所述的支路管道上设置阀门30，构成了对系统的循环冷却，在好氧发酵时兼具补充氧气的作用；关闭过滤器支路上的阀门，可对发酵过程进行冷却。
所述的洗涤塔洗涤液出口19依次连接洗涤液暂存罐22、洗涤泵15，该洗涤泵15通过管道连接洗涤液进口21；可以对生化反应生成的气体进行洗涤以回收发酵气体中带走的发酵产品并对发酵气体进行初步降温冷却。
所述的固态立式发酵罐的蒸馏产品气体出口通过管道依次连接蒸馏产品冷却器Ⅰ24、蒸馏产品冷却器Ⅱ25，可以对需要蒸馏发酵产品进行直接蒸馏，蒸馏后的固态物料直接排出罐外。
一种固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化的方法，其步骤如下：固态发酵原料经加酶培菌后由进料口进入固态立式发酵罐，在固态立式发酵罐中进行发酵，发酵过程中生化反应产生的气体由生化反应气体出口通过管道进入洗涤塔对生化反应气体进行洗涤，经过洗涤的气体进入气柜经进一步冷却，由循环风机鼓入固态立式发酵罐，对生化反应物料进行冷却降温；好氧发酵需要补充空气时打开过滤器与支路管道上的阀门，生化反应需要的氧气经过滤器由管道进入固态立式发酵罐；厌氧发酵时过滤器支路的阀门关闭，使用循环风对发酵罐中的物料进行冷却降温；发酵结束后若发酵产品不需要蒸馏，启动罐底排料螺旋和搅拌装置，固态物料经由罐底排料螺旋排出罐外；发酵结束后如果发酵产品需要蒸馏，启动搅拌装置，由耕刀对发酵物料进行疏松，然后打开蒸汽阀门对发酵产品进行蒸馏，蒸馏产生的汽体经由蒸馏产品冷却器Ⅰ和蒸馏产品冷却器Ⅱ对发酵产品冷却，作为产品取出。
本发明在固态发酵领域第一次采用高填充率固态立式发酵罐，做到自动出料、生产效率高、温度可控；本发明同时适用于厌氧和好氧固态发酵；本发明在发酵结束时，对于需要蒸馏的物料，可利用该设备进行蒸馏，减少了物料搬运的同时减少了蒸馏产品运输途中挥发产生的损失。
本装置可以在室外露天建设，极大地减少了土建投资。
一种固态立式发酵，自循环冷却、蒸馏一体方法，该方法包括以下步骤：
固态发酵原料经加酶培菌后由进料口进入固态立式发酵罐，在固态立式发酵罐中进行发酵，发酵过程中生化反应会产生大量的气体（例如二氧化碳等），这些气体会带走一定量可气化的发酵产品，造成不必要的损失；同时生化反应会产生大量的生化反应热，实际生产中我们将生化反应的温度控制在一定的范围内，本装置利用洗涤塔、洗涤液暂存罐、洗涤泵对生化反应气体进行洗涤，及带走了一部分的生化反应热，同时回收了可溶入洗涤液的发酵产品。经过洗涤的气体进入气柜，经进一步冷却，由风机鼓入发酵罐，对生化反应物料进行冷却降温；好氧发酵时需要补充的空气时打开过滤器支路的阀门，生化反应需要的氧气经过滤器由循环风管道进入发酵罐；厌氧发酵时过滤器至循环风管道之间的阀门关闭，仅使用循环风对发酵罐中的物料进行冷却和降温。发酵结束后如果发酵产品不需要蒸馏，启动罐底排料螺旋和搅拌电机及减速机，固态物料经由罐底排料螺旋排出罐外；发酵结束后如果发酵产品需要蒸馏，启动搅拌电机及减速机，由耕刀对发酵物料进行疏松，然后打开蒸汽阀门对发酵产品进行蒸馏，蒸馏产生的汽体经由发酵产品冷凝器冷凝冷却，作为产品取出。

Claims (6)

1.固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置，包括固态立式发酵罐、洗涤塔、洗涤泵、气柜、循环气体冷却器、循环风机、过滤器、蒸馏产品冷却器，其特征在于，所述的固态立式发酵罐由罐体、设置在罐底的搅拌装置、出料装置、进料口、蒸馏产品气体出口、生化反应气体出口、人孔、出料耙、蒸馏蒸汽入口、循环气体冷却进风口组成；所述的搅拌装置包括搅拌电机、减速机以及与减速机连接的搅拌轴，所述的搅拌轴上端固定支架，在支架上设置耕刀，在支架靠近罐底的一端连接出料耙；在罐底一侧设置有与出料耙相配合的出料装置；所述的立式发酵罐的生化反应气体出口通过管道依次与洗涤塔、气柜、循环气体冷却器、循环风机相连接，该循环风机出口连接循环气体冷却进风口，在循环风机与循环气体冷却器之间的管道上设有支路管道，该支路管道连接过滤器，所述的支路管道上设置阀门，构成了对系统的循环冷却空气补充，在好氧发酵时兼具补充氧气的作用；关闭过滤器支路上的阀门，对发酵过程进行冷却。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的出料装置包括依次与出料耙相邻的筛板、出料翻板、出料螺旋；所述的出料螺旋由电机驱动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，罐体的底部设置蒸馏蒸汽入口。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的洗涤塔洗涤液出口依次连接洗涤液暂存罐、洗涤泵，该洗涤泵通过管道连接洗涤液进口；对生化反应生成的气体进行洗涤以回收发酵气体中带走的发酵产品并对发酵气体进行初步降温冷却。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的固态立式发酵罐的蒸馏产品气体出口通过管道依次连接蒸馏产品冷却器Ⅰ、蒸馏产品冷却器Ⅱ，对需要蒸馏发酵产品进行直接蒸馏，蒸馏后的固态物料直接排出罐外。
6.一种固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化的方法，采用如权利要求1所述的固态立式发酵、自循环冷却、蒸馏一体化装置，其步骤如下：固态发酵原料经加酶培菌后由进料口进入固态立式发酵罐，在固态立式发酵罐中进行发酵，发酵过程中生化反应产生的气体由生化反应气体出口通过管道进入洗涤塔对生化反应气体进行洗涤，经过洗涤的气体进入气柜经进一步冷却，由循环风机鼓入固态立式发酵罐，对生化反应物料进行冷却降温；好氧发酵需要补充空气时打开过滤器与支路管道上的阀门，生化反应需要的氧气经过滤器由管道进入固态立式发酵罐；厌氧发酵时过滤器支路的阀门关闭，使用循环风对发酵罐中的物料进行冷却降温；发酵结束后若发酵产品不需要蒸馏，启动罐底排料螺旋和搅拌装置，固态物料经由罐底排料螺旋排出罐外；发酵结束后如果发酵产品需要蒸馏，启动搅拌装置，由耕刀对发酵物料进行疏松，然后打开蒸汽阀门对发酵产品进行蒸馏，蒸馏产生的汽体经由蒸馏产品冷却器Ⅰ和蒸馏产品冷却器Ⅱ对发酵产品冷却，作为产品取出。
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