CN207468644U - 一种燃料乙醇的生产设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料乙醇的生产设备，包括反应罐及其内部的发酵罐和酶解罐，酶解罐下方设有固液分离器，所述固液分离器的出液口与超滤膜组件的进液口连接。所述超滤膜组件清液出口连通发酵罐的进液口及流量计和循环泵，超滤膜组件的截留液出口通过管道与酶解罐上方连通。所述发酵罐的出液口与真空闪蒸器液体进口连接。所述真空闪蒸器的气体出口与冷却器的气体进口连接，冷却器的液体出口与乙醇罐连接，冷却器和乙醇罐连接的管道之间设有真空泵。本实用新型能为酶水解步骤和发酵步骤分别提供最适宜的反应温度，占地面积小，节约纤维素酶用量，降低纤维素酶成本，能将纤维素原料充分酶解成糖类，提高原料的转换率，增加经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及乙醇发酵生产技术领域，具体涉及一种燃料乙醇的生产设备。
背景技术
随着石油、煤炭等不在再生资源的消耗，利用生物质资源生产可再生的替代能源正引起全世界的关注。其中，燃料乙醇越来越受到关注，其巨大的市场需求，良好的经济效益，友好的环境关系，政府的政策支持等等，为乙醇技术的开发与研究提供了良好的环境。随着燃料乙醇的研究领域和应用范围不断扩展，燃料乙醇在可再生燃料市场中占据着重要的地位，发展前景广阔。
利用木质纤维素发酵乙醇其降解方式有酸水解和酶水解两种不同的技术路线，而发酵技术有分步水解和发酵(SHF)、同时水解和发酵(SSF)、直接微生物转化(DMC)三种。对于SHF，酶解温度为45到50摄氏度，乙醇发酵温度为30到35摄氏度，各步需要在其最适合的温度下进行反应才能达到最大的效益，该方法的缺点是酶解出的糖抑制酶的活性。SSF主要问题是水解与发酵所需的最佳温度不能匹配，较难将温度控制在适宜的范围内。
因此，当采用水解和发酵同时进行的反应罐时，其反应温度很难把控，经济效益不高；当采用SHF方式发酵，利用酶解罐和发酵罐分别进行酶解反应和发酵反应，此时设备占地面积很大，增大投资成本，且传统的生产工艺流程是将酶水解得到的含糖酶解液直接排进发酵罐中，然后加热使得纤维素酶的活性失活，最后再加入发酵菌种进行发酵，这种方式将会消耗大量价格昂贵的纤维素酶，使得纤维素酶的成本加大。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述问题，提供了一种燃料乙醇的生产设备，能为水解步骤和发酵步骤分别提供最适宜的反应温度，占地面积小，节约纤维素酶用量，降低纤维素酶成本，能将纤维素原料充分酶解成糖类，提高原料的转换率，增加经济效益。
本实用新型采用如下技术方案：
一种燃料乙醇的生产设备，包括反应罐，其中，所述反应罐包括设置在上部的发酵罐和设置在下部的酶解罐，发酵罐和酶解罐之间设有隔热板，所述酶解罐上方设有进料口，酶解罐下方设有固液分离器，酶解罐的出口与固液分离器的进口连接，所述固液分离器的A出液口与超滤膜组件的B进液口连接，固液分离器A出液口与超滤膜组件B进液口连接的管道之间设有进液泵。所述超滤膜组件清液出口连通发酵罐的C进液口及流量计和循环泵，超滤膜组件的截留液出口通过管道与酶解罐上方连通。所述发酵罐的D出液口与真空闪蒸器液体进口连接。所述真空闪蒸器的气体出口与冷却器的气体进口连接，冷却器的液体出口与乙醇罐连接，冷却器和乙醇罐连接的管道之间设有真空泵。真空闪蒸器底部的液体出口通过回流管与发酵罐连接，所述回流管上设有回流泵。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述固液分离器的固体出口与酶解罐的进料口连接，可以将残渣中未被酶解的纤维素继续送进酶解罐中充分酶解，提高纤维素原料转化率。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述隔热板上设有连通管，可以将发酵罐中的纤维素残渣或沉淀物排进酶解罐中继续进行酶解。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述反应罐为双层壁结构，隔热板将反应罐内壁与外壁形成的空腔分隔成上空腔和下空腔，所述上空腔为发酵罐的冷却水层，上空腔下方设有冷却水进口，上空腔上方设有冷却水出口，冷却水在上空腔中流动将发酵罐冷却，所述下空腔为酶解罐的保温层，保温层内设有保温材料。
糖类物质发酵成乙醇过程中会释放出热量，而乙醇发酵的最适温度为30到35摄氏度，因此，冷却水可以将发酵过程产生的热量及时带走，保证发酵罐能够保持其最适反应温度。当温度为45到50摄氏度时，此时的纤维素酶的活性最大，酶解速度最快，保温层可以起到很好的保温作用，能够维持酶解罐保持其最适的酶解温度。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述上空腔的冷却水出口与冷却器的进水口连接，冷却器上方设有出水口，从上空腔出来的冷却水带有从发酵罐传来的一部分热量，再进入冷却器中冷却温度更高的闪蒸气体，最后从冷却器的出水口流出，将冷却水二次利用，最大限度地利用了冷却水，节约成本与资源。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述发酵罐内部设有温度感应器和气压计，酶解罐内部设有温度感应器，酶解罐外部设有糖度仪，温度感应器用来检测发酵罐和酶解罐内部的温度，气压计用来检测发酵罐内部的气压，糖度仪用来检测酶解罐内水解液中的含糖量。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型结构简单，能为酶水解步骤和发酵步骤分别提供最适宜的反应温度，将发酵罐和酶解罐设置在同一个反应罐中，缩小了设备的占地面积，采用超滤膜组件将纤维素酶回收利用，节约了纤维素酶用量，降低纤维素酶成本，将纤维素原料循环酶解，使其充分酶解成糖类，提高原料的转换率，还能充分利用冷却水，增加经济效益。
附图说明
图1为本实用新型主视图；
图中符号说明：
1：反应罐；2：发酵罐；3：酶解罐；4：隔热板；5：连通管；6：进料口；7：固液分离器；8：固体出口；9：A出液口；10：超滤膜组件；11：B进液口；12：进液泵；13：C进液口；14：流量计；15：循环泵；16：截留液出口；17：D出液口；18：真空闪蒸器；19：冷却器；20：乙醇罐；21：真空泵；22：回流泵；23：上空腔；24：下空腔；25：冷却水进口；26：冷却水出口；27：进水口；28：出水口。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型行进一步详细说明。
如图1所示，一种燃料乙醇的生产设备，包括反应罐1，其中，所述反应罐1包括设置在上部的发酵罐2和设置在下部的酶解罐3，发酵罐2和酶解罐3之间设有隔热板4，隔热板4上设有连通管5，可以将发酵罐2中的纤维素残渣或沉淀物排进酶解罐3中继续进行酶解。所述酶解罐3上方设有进料口6，酶解罐3下方设有固液分离器7，酶解罐3的出口与固液分离器7的进口连接，所述固液分离器7的固体出口8与酶解罐3的进料口6连接，可以将残渣中未被酶解的纤维素继续送进酶解罐3中充分酶解，提高纤维素原料转化率。固液分离器7的A出液口9与超滤膜组件10的B进液口11连接，固液分离器7的A出液口9与超滤膜组件10的B进液口11连接的管道之间设有进液泵12。所述超滤膜组件10清液出口连通发酵罐2的C进液口13及流量计14和循环泵15，超滤膜组件10的截留液出口16通过管道与酶解罐3上方连通。所述发酵罐2的D出液口17与真空闪蒸器18的液体进口连接。所述真空闪蒸器18的气体出口与冷却器19的气体进口连接，冷却器19的液体出口与乙醇罐20连接，冷却器19和乙醇罐20连接的管道之间设有真空泵21。真空闪蒸器18的底部液体出口通过回流管与发酵罐2连接，所述回流管上设有回流泵22。发酵罐2内部设有温度感应器和气压计，酶解罐3内部设有温度感应器，酶解罐3外部设有糖度仪，温度感应器用来检测发酵罐2和酶解罐3内部的温度，气压计来检测发酵罐2内部的气压，糖度仪用来检测酶解罐3内水解液中的含糖量。
所述反应罐1为双层壁结构，隔热板4将反应罐内壁与外壁形成的空腔分隔成上空腔23和下空腔24，所述上空腔23为发酵罐2的冷却水层，上空腔23下方设有冷却水进口25，上空腔23上方设有冷却水出口26，所述下空腔24为酶解罐3的保温层，保温层设有保温材料。糖类物质发酵成乙醇过程中会释放出热量，而乙醇发酵的最适温度为30到35摄氏度，因此，冷却水可以将发酵过程产生的热量及时带走，保证发酵罐能够保持其最适温度。当温度为45到50摄氏度时，此时的纤维素酶的活性最大，酶解速度最快，保温层可以起到很好的保温作用，能够维持酶解罐保持其最适的酶解温度。
所述上空腔23的冷却水出口26与冷却器19的进水口27连接，冷却器19上方设有出水口28。从上空腔23出来的冷却水带有从发酵罐2传来的一部分热量，再进入冷却器19中冷却温度更高的闪蒸气体，最后从冷却器19的出水口28流出，将冷却水二次利用，最大限度地利用了冷却水，节约成本与资源。
本实用新型工作时，首先将混合由纤维素酶的纤维素原料从进料口6投入酶解罐3中，原料在纤维素酶的作用下水解成糖类，糖度仪检测到水解液的含糖量达到抑制水解反应的浓度时，启动进液泵12和循环泵15，将混合水解液排进固液分离器7中，分离出的固体纤维素残渣从进料口6返回酶解罐3中继续酶解，分离出来的水解液进入超滤膜组件10，在循环泵15的作用下进入膜分离阶段，经过膜分离得到不含酶类物质的糖水混合液和含酶的截留液，糖水混合物进入发酵罐2中进行发酵，截留液通过管道回到酶解罐3中继续进行酶水解，这一过程可回收利用大部分的纤维素酶，节约纤维素酶的用量，进而节约成本。
当发酵罐2内部的乙醇浓度达到一定值时，启动真空闪蒸器18和真空泵21，发酵液在真空闪蒸器18中进行闪蒸分离，气化后的乙醇进入冷却器19冷却，最后收集在乙醇罐20中。真空闪蒸器18底部未气化的液体通过回流泵22返回发酵罐2中继续发酵，闪蒸结束后，关闭真空闪蒸器18和真空泵21。可依据发酵罐2内的乙醇浓度和酶解罐3内的糖含量来决定是否关闭进液泵12和循环泵15，当发酵罐的乙醇浓度超过设定值，则关闭进液泵12和循环泵15，不再向发酵罐2输送糖水混合液；当酶解罐3内的糖含量达到抑制浓度时，启动进液泵12和循环泵15，向发酵罐2输送糖水混合液，使得酶解罐3和发酵罐2都处在其各自最适宜的反应条件中。
最后应说明的是：这些实施方式仅用于说明本实用新型而不限制本实用新型的范围。此外，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种燃料乙醇生产设备，包括反应罐(1)，其特征在于：所述反应罐(1)包括设置在上部的发酵罐(2)和设置在下部的酶解罐(3)，发酵罐(2)和酶解罐(3)之间设有隔热板(4)，所述酶解罐(3)上方设有进料口(6)，酶解罐(3)下方设有固液分离器(7)，酶解罐(3)的出口与固液分离器(7)的进口连接，所述固液分离器(7)的A出液口(9)与超滤膜组件(10)的B进液口(11)连接，所述超滤膜组件(10)清液出口连通发酵罐(2)的C进液口(13)及流量计(14)和循环泵(15)，超滤膜组件(10)的截留液出口(16)通过管道与酶解罐(3)上方连通，所述发酵罐(2)的D出液口(17)与真空闪蒸器(18)的液体进口连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述真空闪蒸器(18)的气体出口与冷却器(19)的气体进口连接，冷却器(19)的液体出口与乙醇罐(20)连接，冷却器(19)和乙醇罐(20)连接的管道之间设有真空泵(21)。
3.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述真空闪蒸器(18)的底部液体出口通过回流管与发酵罐(2)连接，所述回流管上设有回流泵(22)。
4.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述固液分离器(7)的A出液口(9)与超滤膜组件(10)的B进液口(11)连接的管道之间设有进液泵(12)。
5.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述固液分离器(7)的固体出口(8)与酶解罐(3)的进料口(6)连接。
6.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述隔热板(4)上设有连通管(5)，发酵罐(2)中的纤维素残渣或沉淀物通过连通管(5)排入酶解罐(3)中。
7.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述反应罐(1)为双层壁结构，隔热板(4)将反应罐内壁与外壁形成的空腔分隔成上空腔(23)和下空腔(24)，所述上空腔(23)为发酵罐(2)的冷却水层，上空腔(23)下方设有冷却水进口(25)，上空腔(23)上方设有冷却水出口(26)，所述下空腔(24)为酶解罐(3)的保温层，保温层内设有保温材料。
8.根据权利要求7所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述上空腔(23)的冷却水出口(26)与冷却器(19)的进水口(27)连接，冷却器(19)上方设有出水口(28)。
9.根据权利要求1所述的一种燃料乙醇生产设备，其特征在于：所述发酵罐(2)内部设有温度感应器和气压计，酶解罐(3)内部设有温度感应器，酶解罐(3)外部设有糖度仪。
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|---|---|---|---|---|
| CN109355347A (zh) * | 2018-12-01 | 2019-02-19 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法 |
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| CN109355347B (zh) * | 2018-12-01 | 2020-12-01 | 浙江华康药业股份有限公司 | 一种同步糖化发酵制备纤维素乙醇的方法 |
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