制備乙醇的系統的制作方法

專利名稱：制備乙醇的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制備乙醇的系統。
背景技術：
使用薯類(例如木薯)原料制備乙醇時，由于薯類原料的塊根較大，因而需要進行粉碎處理，以破壞薯類原料的組織結構，從而使微小的淀粉顆粒能夠從大的薯塊中解體、分離出來，然后才能用于制備乙醇。但薯類塊通常攜帶有沙粒，如果使用帶有沙粒的薯類原料進行后續生產(例如發酵)，會嚴重影響制備乙醇的生產效率，而且需要頻繁清潔生產設備。現有技術中，為實現除沙目的，粉碎設備中通常包括旋流除沙機以進行除沙，這需要使用渦流式沉沙池、產生離心力的電機和變速箱等多個復雜部件，使得旋流除沙機的結構復雜。為保證除沙過程的離心力并使漿液在一定壓力下流入除沙機，旋流除沙機通常在封閉條件下工作，從而不能進行連續的除沙工作，也不能實時監控除沙情況，而且旋流除沙機復雜的結構大大限制了每次工作能夠處理的漿液的量，影響了乙醇的連續生產。另外，發酵單元一般包括酶解罐和發酵罐，物料的酶解一般在酶解罐中進行，然后將得到的酶解產物在發酵罐中進行發酵，例如，將待酶解物料與產酶微生物和/或酶在酶解罐中混合進行酶解，然后將酶解產物送至發酵罐中進行發酵。所述酶解的條件包括酶解溫度、時間和PH值，其中，酶解溫度一般為使產酶微生物生長的溫度和/或酶有活力的溫度，因此，在酶解過程中，通常需要對酶解罐進行加熱以達到酶解溫度。最常見的酶解罐底部設置有保溫加熱器，在酶解前先啟動保溫加熱器對酶解罐進行預熱，達到酶解溫度后，將待酶解物料與產酶微生物和/或酶加入到酶解罐中進行酶解。在采用現有的酶解裝置進行酶解時，待酶解物料很容易將管道堵塞，同樣影響乙醇的連續生產。

發明內容
本發明提供一種適于連續生產的制備乙醇的系統。本發明的制備乙醇的系統包括薯類粉碎單元、制漿單元和發酵單元，所述制漿單元使用由薯類粉碎單元提供的粉碎產物制備漿料并將該漿料提供給所述發酵單元，其中， 所述薯類粉碎單元包括第一輸送裝置、顆粒分級裝置、第二輸送裝置、粉碎裝置、第三輸送裝置、集料裝置和沉沙槽，所述顆粒分級裝置用于對來自第一輸送裝置的薯類原料進行分級，并將分級后得到的薯類大顆粒和包括薯類小顆粒與沙粒的小顆粒混合物分別通過第二輸送裝置和第三輸送裝置供給至粉碎裝置和集料裝置，集料裝置連接所述沉沙槽，所述沉沙槽包括槽體、入口和出口，所述集料裝置排出的小顆粒混合物或其與水形成的漿液通過所述沉沙槽的入口進入所述沉沙槽的槽體內，所述槽體包括側壁和底部，所述出口設置在所述側壁上，所述底部具有至少一個凸起部分和/或至少一個凹陷部分，所述粉碎裝置和所述沉沙槽的出口與所述制漿單元連接以提供所述粉碎產物；所述發酵單元包括閃蒸塔、 熱源、酶解罐、物料源、真空泵和發酵罐，所述閃蒸塔包括第一接口、第二接口、第三接口和出料口，所述制漿單元與物料源連接以提供漿料，物料源通過第一接口與閃蒸塔連通，酶解罐與閃蒸塔的出料口連通，真空泵與閃蒸塔的第二接口連通，發酵罐與酶解罐連通，熱源通過連通器與閃蒸塔的第三接口連通，且所述連通器的頂端高于閃蒸塔中待酶解物料的液本發明的制備乙醇的系統可以通過薯類粉碎單元在粉碎薯類塊時進行連續除沙處理，并可以通過發酵單元避免管道阻塞的問題并大大提高酶解效率和發酵效率，從而保證制備乙醇的生產連續進行。


圖1是本發明的制備乙醇的系統的流程示意圖；圖2是本發明的制備乙醇的系統的薯類粉碎單元的結構示意圖；圖3是本發明的制備乙醇的系統的薯類粉碎單元的沉沙槽的一種實施方式的截面視圖；圖4是本發明的制備乙醇的系統的薯類粉碎單元的沉沙槽的另一種實施方式的截面視圖；圖5是沉沙槽的噴射管的一種實施方式的示意圖；圖6是本發明的制備乙醇的系統的發酵單元的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1、圖2和圖6所示，本發明的制備乙醇的系統包括薯類粉碎單元、制漿單元和發酵單元，所述制漿單元使用由薯類粉碎單元提供的粉碎產物制備漿料并將該漿料提供給所述發酵單元，其中，所述薯類粉碎單元包括第一輸送裝置110、顆粒分級裝置120、第二輸送裝置130、粉碎裝置140、第三輸送裝置150、集料裝置160和沉沙槽170，所述顆粒分級裝置120用于對來自第一輸送裝置110的薯類原料進行分級，并將分級后得到的薯類大顆粒和包括薯類小顆粒與沙粒的小顆粒混合物分別通過第二輸送裝置130和第三輸送裝置150 供給至粉碎裝置140和集料裝置160，集料裝置160連接所述沉沙槽170，所述沉沙槽170 包括槽體171、入口 172和出口 173，所述集料裝置160排出的小顆粒混合物或其與水形成的漿液通過所述沉沙槽170的入口 172進入所述沉沙槽170的槽體171內，所述槽體171 包括側壁174和底部175，所述出口 173設置在所述側壁174上，所述底部175具有至少一個凸起部分176和/或至少一個凹陷部分177，所述粉碎裝置140和所述沉沙槽170的出口 173與所述制漿單元連接以提供所述粉碎產物(混有薯類小顆粒的漿液和粉碎后的薯類大顆粒)；所述發酵單元包括閃蒸塔210、熱源220、酶解罐230、物料源M0、真空泵250和發酵罐沈0，所述閃蒸塔210包括第一接口 211、第二接口 212、第三接口 213和出料口 214，所述制漿單元與物料源240連接以提供漿料，物料源240通過第一接口 211與閃蒸塔210連通， 酶解罐230與閃蒸塔210的出料口 214連通，真空泵250與閃蒸塔210的第二接口 212連通，發酵罐260與酶解罐230連通，熱源220通過連通器270與閃蒸塔210的第三接口 213 連通，且所述連通器270的頂端高于閃蒸塔210中待酶解物料的液面。下面分別說明薯類粉碎單元和發酵單元以及制備乙醇的系統的工作流程。所述薯類粉碎單元中，第一輸送裝置110將薯類原料即各種粒徑的薯類(例如木薯)顆粒和沙粒的混合物輸送提供到顆粒分級裝置120。其中，可以首先對薯類原料進行切片和/或清洗以得到薯類顆粒和沙粒的混合物。第一輸送裝置110可以為刮板輸送機，所述刮板輸送機包括傳動裝置、溜槽和封閉刮板鏈，薯類顆粒和沙粒的混合物放在溜槽內，在傳動裝置的帶動下，封閉刮板鏈圍繞傳動裝置運行，從而將放置在溜槽內的薯類顆粒和沙粒的混合物沿著刮板鏈的運行方向輸送到后續加工設備即顆粒分級裝置120中。輸送到顆粒分級裝置120內的薯類顆粒包括粒度大于沙粒的粒度的薯類大顆粒和粒度小于或等于沙粒的粒度的薯類小顆粒。顆粒分級裝置120能夠根據顆粒的大小使輸送到其中的薯類大顆粒和薯類小顆粒分離，從而將輸送到顆粒分級裝置120內的薯類顆粒與沙粒的混合物分為兩部分，一部分是薯類大顆粒，另一部分是包括薯類小顆粒與沙粒的小顆粒混合物。顆粒分級裝置120可以是各種類型的分級裝置，優選為振動分級篩，從而選擇網眼孔徑不同的篩網以得到粒徑不同的兩部分薯類顆粒。由于薯類塊的粒徑較大，沙粒的粒徑較小，可以選用直徑在2mm以下的網眼的篩網，從而使得薯類大顆粒的粒徑大于 2mm,小顆粒混合物的粒徑小于2mm。其中，薯類大顆粒是基本上不含沙粒的薯類塊并通過第二輸送裝置130提供到粉碎裝置140 (如圖2中單箭頭所示)；小顆粒混合物是沙粒和粒徑較小的薯類粉的混合物并通過第三輸送裝置150提供到集料裝置160和沉沙槽170以進行除沙操作(如圖2中雙箭頭所示)。第二輸送裝置130和第三輸送裝置150可以是能夠輸送固體顆粒的各種裝置。優選地，第二輸送裝置130是傳送帶輸送裝置，用于將顆粒分級裝置120得到薯類大顆粒輸送到粉碎裝置140內進行粉碎。粉碎裝置140可以為具有粉碎薯類功能的各種粉碎裝置，例如，粉碎裝置140可以是包括兩個對置的輥以通過一邊在輥之間加壓一邊使輥轉動來破碎通過此之間的原料的輥式破碎機；或者是包括錘尖和篩網并通過使所述錘尖高速旋轉對原料進行反復錘碎直到通過錘尖外圍的篩網的網孔錘式破碎機；或者是包括呈V型開口的鉗口和振動顎的顎式破碎機；或者是銷式破碎機以及球式破碎機。在一種實施方式中，粉碎裝置140為錘片式粉碎機，優選型號為JFS-2000-72的錘片式粉碎機，該錘片式粉碎機包括轉子、錘片、篩板、驅動設備和控制設備，在運行過程中，通過控制設備控制錘片高速旋轉，使錘片與物料進行摩擦，從而將物料粉碎至要求的顆粒尺寸范圍。所述薯類粉碎單元的粉碎裝置140優選能夠提供粒徑為1.8-2. 5毫米的薯類粉。優選地，可以在粉碎過程中加水，從而便于粉碎并得到薯類粉漿液。第三輸送裝置150優選為斗式提升機，該斗式提升機可以為能夠將物料從較低位置筆直提升至較高位置的各種常規的斗式提升機。例如所述斗式提升機包括傳動鏈輪、料斗和驅動輥，料斗安裝在傳動鏈輪上且所述料斗的載料面與傳動鏈輪運動的線性方向垂直，傳動鏈輪繞過驅動輥首尾相連，形成運送物料的閉合環路。由顆粒分級裝置120得到的小顆粒混合物供給到所述料斗上，并利用傳動鏈輪的連續運動輸送到集料裝置160內。所述集料裝置160可以是各種盛放物料的料斗，也可以是具有攪拌功能的螺旋輸送機。集料裝置160可以直接向沉沙槽170提供小顆粒混合物，并使該小顆粒混合物在沉沙槽170中隨由其它裝置提供的攪拌水流動，以實現除沙。但這種方式不利于控制小顆粒混合物與攪拌水的比例，使形成的流體流動性不一致。因此，優選情況下，集料裝置160是具有攪拌功能的螺旋輸送機，從而便于將小顆粒混合物與水混合的漿液輸送到沉沙槽170。 具體地，在集料裝置160內，加入水以充分攪拌所述小顆粒混合物并使其形成漿液180，該漿液180能夠繼而流動到沉沙槽170中進行除沙。其中，對水的用量和攪拌時間沒有特別限定，只要能得到流動性較好、粘稠度適中的漿液180即可。本發明的發明人發現，當水的質量約為薯類小顆粒和沙粒(即來自第三輸送裝置150的物料)的總質量的20-100倍，攪拌時間為0. 5-2h時，可以得到流動性較好、粘稠度適中的漿液180，因此，本發明優選上述條件。本發明中，第一輸送裝置110與顆粒分級裝置120之間，顆粒分級裝置120與第二輸送裝置130之間，第二輸送裝置130與粉碎裝置140之間，粉碎裝置140與第三輸送裝置 150之間，第三輸送裝置150與集料裝置160之間，以及集料裝置160與沉沙槽170之間，各自可以通過管道連接或者不連接。例如，如圖2所述，斗式提升機的進料口位于顆粒分級裝置120的小顆粒混合物的出料口的正下方，斗式提升機的出料口位于集料裝置160進料口的正上方。沉沙槽170包括槽體171、入口 172和出口 173，集料裝置160連接入口 172以向沉沙槽170提供漿液180，槽體171包括側壁174和底部175，所述出口 173設置在側壁174 上，其中，底部175具有至少一個凸起部分176和/或至少一個凹陷部分177。如圖2所示，在沉沙槽170中，混合了薯類小顆粒、沙粒和水的漿液180在流動過程中，由于沙粒的密度相對于薯類小顆粒和水的密度較大而首先沉淀，在沉沙槽170的底部175上形成沙粒層182，而薯類小顆粒的密度較輕而懸浮在水中并隨水流動。通過使攜帶有薯類小顆粒的水從出口 173流出使得薯類小顆粒與沙粒分離，實現除沙。其中所述槽體171可以是各種形狀和結構，只要具有一定的容積且底部具有至少一個凸起部分176和/或至少一個凹陷部分177即可。例如，所述槽體171的外圍截面(即平行于底部的截面)形狀可以是矩形、圓形或橢圓形。所述沉沙槽各個外圍截面的大小可以相同也可以不同，優選各個外圍截面的大小相同或者沿朝向底部的方向，所述外圍截面的大小逐漸減小，形成沿垂直于底部方向的截面(即圖3中截面)的形狀為敞口梯形的形狀。沉沙槽170中，入口 172可以設置在任意能夠使漿液180流入槽體171的位置，所述入口 172可以是位于槽體171側壁上的開口(如圖3所示)，也可以是放置在槽體171側壁上或深入槽體內部的管道。為了不對沉積的沙粒層182造成干擾，進一步提高沉沙效果， 優選所述入口 172設置在槽體171的中上部或上方，進一步優選所述入口 172的最上端與底部175之間的距離(本發明中所述的“與底部175之間的距離”均指與底部175的最下端之間的垂直距離)為槽體171該側壁(設置有入口 172的側壁)的垂直高度的80-100%。 進一步優選地，為了便于漿液180的流動，也為了有效提高除沙槽的沉沙效果，所述入口 172和出口 173分別設置在兩個相對的側壁174上，特別是當所述沉沙槽的截面(圖3和圖4所示的截面)為矩形或梯形時，進一步優選所述入口 172和出口 173分別設置在距離較遠的兩個相對的側壁174上，這樣，在其它條件如沉沙槽170的大小相同、漿液180流速相同的情況下可以獲得較長的沉沙分離時間，從而有效提高除沙效果。所述入口 172和出口 173的大小可以根據實際需要來確定。所述出口 173可以設置在任意能夠使漿液180流出槽體171的位置，優選如上所述，所述出口 173設置在與入口 172所在側壁相對的側壁上。為了有效使沉積的沙粒層182 留在槽體171內，進一步提高沉沙效果，優選所述出口 173設置在槽體171的中上部或上方，進一步優選所述出口 173的最下端與底部175之間的距離為槽體171該側壁(設置有出口 173的側壁)的垂直高度的50-95%。進一步優選情況下，所述出口 173的最上端與底部175之間的距離小于所述入口 172的最下端與底部175之間的距離，這樣出口 173形成類似于溢流堰的形式。優選地，出口 173可以包括擋板，并通過擋板調節出口 173的位置和大小。具體地， 通過用擋板遮蓋出口 173的下部，可以調節出口 173的最下端與底部175之間的距離，還可以調節出口 173的大小。顯然，也可以在出口 173所在的側壁174上形成從側壁174的頂部向下貫穿到側壁174的底部的開口，使用多個擋板遮蔽該開口的一部分可以形成出口 173， 通過調節多個擋板的位置，可以自由調節出口 173的位置和大小。出口 173與底部175之間的距離可調節，一方面，在沙粒較多而在出口 173所在的側壁174堆積時，調高出口 173的位置能夠防止沙粒溢出；另一方面，當薯類小顆粒也因自身密度大而發生沉淀時，根據漿液180的流速不同，薯類小顆粒隨水流動到出口 173所在的側壁174時，薯類小顆粒在槽體171中的高度不同，由于沉沙槽170只能允許出口 173所在的高度以上的水和薯類小顆粒流出，通過減小出口 173與底部175之間的距離，可以允許盡可能多的薯類小顆粒隨水流出。本發明中，為了防止沙粒沉積形成的沙粒層182在其上方流動的水流的影響下發生沿流動方向的移動，從而積聚在出口 173所在的側壁174上，或者在堆積過多時從出口 173溢出，如圖3和圖4所示，沉沙槽170的槽體171的底部175具有至少一個凸起部分176 和/或至少一個凹陷部分177。優選地，底部175具有多個凸起部分176和/或多個凹陷部分177，該多個凸起部分176和/或多個凹陷部分177沿從入口 172到出口 173的方向排列，即沿漿液180的流動方向排列。沙粒層182沉積在槽體171的底部上，當沙粒層182受到其上方的水流的影響而沿流動方向移動時，沙粒會移動到凹陷部分177中或被凸起部分176阻擋而不能繼續沿流動方向移動。即使沙粒一開始沉積在凸起部分176的最上端，這部分沙粒也會隨其上方的水流移動，繼而沉積在凹陷部分177的最下端。因此，沙粒層182基本上不會移動到出口 173所在的側壁174，從而防止沙粒堆積到出口 173并從出口 173溢出。如圖3所示，為了進一步防止沙粒層182受到上方的水流的流動影響，在圖3所示的截面上，即縱向截面(平行于從入口 172到出口 173的方向并垂直于水平面的截面)，凸起部分176和凹陷部分177形成為梯形。當然，凸起部分176和凹陷部分177還可以形成為任意能夠有助于阻擋沙粒層182沿流動方向移動的形狀，例如波浪形、三角形等。優選地，凸起部分176和凹陷部分177形成為具有與水平面呈30-60°的斜面，從而有利于阻擋沙粒沿流動方向移動。當然，沉沙槽170的底部175也可以具有一個凹陷部分177 (如圖4所示)，或者具有一個凸起部分176。底部175具有一個凸起部分176或一個凹陷部分177時，可以適當增大凸起部分176和凹陷部分177的尺寸。如圖4所示，凹陷部分177中能夠容納的沙粒的量相當于圖3中各個凹陷部分177能夠容納的沙粒的量的總和。為了能夠有效地容納沙粒并防止沙粒自由移動，優選地，凸起部分176和/或凹陷部分177沿流動方向設置在底部175的中后部。當所述底部175具有多個凸起部分176 和/或凹陷部分177，且該多個凸起部分176和/或凹陷部分177沿流動方向排列設置在底部175的中后部。其中，凸起部分176和凹陷部分177所占的底部175的面積百分比為 40-60%。所述凸起部分176的最上端與底部175之間的距離不大于出口 173的最下端與底部175之間的距離，進一步優選底部175的高度起伏(底部175的最上端與最下端之間的垂直距離)與出口 173所在的側壁174的高度之比為1 5-1 3。所述凸起部分176 可以與槽體底部175 —體形成，也可以為固定在底部175的擋板。所述凹陷部分177可以與槽體底部175 —體形成，也可以是多個凸起部分176之間的凹槽。當薯類小顆粒完全漂浮在水面上時，該薯類小顆粒基本上能夠通過流出出口 173 而得到收集，但也會有一部分薯類小顆粒受到沙粒的阻礙而隨沙粒沉淀到沙粒層182。此外，因為薯類小顆粒的密度較大，薯類顆小粒在水中也會下沉。在這種情況下，如果流速不夠，水流動到出口 173所在的側壁174時，一些薯類小顆粒可能也沉淀到出口 173的位置下方，不能從出口 173流出，并進而沉積到沙粒層182的表層，從而造成浪費。為解決該問題，優選地，沉沙槽170包括能夠噴射氣流和/或水流的噴射裝置。該噴射裝置設置在沙粒層182的上方并可以朝沙粒層182的表層噴射氣流和/或水流，從而驅動沉積到沙粒層182的表層的薯類小顆粒重新懸浮在水中，并隨沙粒層182上方的水流出出口 173。在該過程中，噴射裝置可以噴射適當強度的氣流和/或水流，使得沙粒層182 的表層中的薯類小顆粒漂浮到遠離沙粒層182的位置，雖然這可能會使沙粒層182中的一些沙粒也漂浮起來，但沙粒會因為密度大而迅速下沉，因此基本上不會被水流帶走。具體地，如圖3所示，噴射裝置包括至少一個噴射管178。每個噴射管178各自包括管體和位于管體上的多個孔P，氣流和/或水流通過孔P噴射。顯然，可以使用各種泵或抽吸裝置使孔P噴射氣流和/或水流。每個噴射管178可以設置為橫跨沉沙槽170的兩個相對的側壁，例如，可以沿沉沙槽170的橫向平行設置，或者如圖3所示的一種實施方式那樣沿沉沙槽170的縱向平行設置，也可以沿與橫向和縱向呈預定的角度平行設置。當然，噴射管178也可以交叉設置。每個噴射管178上可以設置多個孔P，根據噴射管178的布置，每米的管體上優選具有10個孔，孔的直徑可以為3-6mm。由于除砂操作的連續性，沉砂槽170內沉積的砂粒層182的厚度可能不同，為使噴射管178始終設置在砂粒層182的上方，優選地，噴射管178的管體與底部175之間的距離可調節。例如，可以在噴射管178橫跨的兩個側壁中的至少一個上設置滑道，噴射管178的至少一個端部可以設置在該滑道內并沿該滑道滑動，從而能夠沿所述兩個側壁的垂直高度方向調節噴射管178與底部175之間的距離。優選地，孔P設置為對準凹陷部分177和/或凸起部分176與入口 172和/或出口 173所在的側壁之間形成的凹槽。也就是，當底部175具有凹陷部分177(包括與底部175 一體形成的凹陷和兩個凸起部分176之間形成的凹槽)時，孔P對準凹陷部分177 ；當底部只具有一個凸起部分176時，孔P對準凸起部分176與入口 172和/或出口 173之間的凹槽。噴射管178的孔P優選設置為朝向沙粒層182的表層噴射，因此，孔P優選設置為朝向底部175噴射。更優選地，孔P設置為沿與漿液180的流動方向或水平面呈角度A向下噴射，即孔P的軸線與水平面呈角度A向下噴射，角度A優選為30-60°，從而在沙粒層 182的較大范圍內驅動薯類小顆粒，同時避免使沙粒也漂浮起來。如圖3和圖5所示，噴射管178沿沉沙槽170的橫向(圖5中實心箭頭所示為流動方向，流動方向為縱向)設置，孔 P設置為傾斜于水平方向向下45° (圖5中空心箭頭所示)噴射。將噴射管178設置在出口 173附近有利于薯類小顆粒被噴射的氣流和/或水流吹動并迅速被水流帶走，但設置在出口 173附近的噴射管178噴射的氣流或水流的速度要控制在適當范圍，避免將沙粒也吹動帶走，例如lm/s。此外，還可以在遠離出口 173的位置設置噴射管178，在這種情況下，噴射管178可以提供較大強度的氣流和/或水流，例如3m/s。在本發明的實施方式中，為了實現連續的除沙操作，可以采用各種方法使漿液180 或水流動，例如可以使用泵或其它抽吸裝置或利用漿液180的勢能使漿液180從入口 172 流入，并繼而使水攜帶薯類小顆粒從出口 173流出。優選地，可以通過泵控制漿液180的流動速度，通過加快流速可以進一步防止薯類小顆粒發生沉淀。由于沉沙槽170的上部相對“開放”，因此便于監控，以調節得到最佳的流速和出口 173的高度。顯然，所述沉沙槽170也可以實現封閉式的除沙操作。但封閉式操作僅限于分離出能夠完全漂浮在水中的薯類小顆粒。在封閉式除沙操作時，可以使漿液180在沉沙槽170 內靜置預定的時間以使沙粒完全沉淀到底部175，然后使漂浮在水中的薯類小顆粒隨水流導出沉沙槽170，類似地，在封閉式除沙操作時，也可以在沉沙槽170中設置噴射裝置，從而避免薯類小顆粒受到沙粒的阻礙而沉積到沙粒層182，造成浪費。本發明的薯類粉碎單元，不僅能夠使薯類粉碎為所需的顆粒尺寸，而且具有結構簡單的除沙設備并能夠實現連續式除沙操作，而且操作過程相對開放便于監控。當所述沉沙槽170用于分離薯類和沙粒時，所述漿液180中，水的重量優選為薯類和沙粒的總重量的20-100倍。所述沉沙槽170的槽體為長方體，所述沉沙槽170的垂直高度優選為0. 8-0. 9m,所述底部175的凸起部分176和凹陷部分177的高度優選為0. 1-0. 3m, 所述凸起部分176和凹陷部分177優選占所述底部175面積的40-60%。所述沉沙槽170的入口 172與出口 173所在側壁174之間的距離優選為5-7m，所述出口 173與底部之間的距離優選為0. 4-0. 85m，所述入口 172與底部之間的距離優選為0. 3-0. 5m，且所述入口 172貫通到所述入口所在側壁的頂部，從而使所述漿液180通過所述入口 172和所述出口 173之間的落差以3-lOm/s的流速自然流動。所述噴射裝置噴射的氣流或水流的流速優選為2-4m/ s。使用所述沉沙槽170進行多次重復的除沙操作可以得到更好的除沙效果，使用所述沉沙槽170分離薯類和沙粒時，使漿液180在沉沙槽170內重復流動3-5次可以除去95%的沙粒，因而所述粉碎產物中不再摻雜有沙粒。通過沉沙槽170得到的薯類小顆粒和通過粉碎裝置140得到的薯類粉的粒度相當，粉碎產物包括從沉沙槽170和粉碎裝置140的出口導出的產物，即通過沉沙槽170得到的包括薯類小顆粒的漿液和通過粉碎裝置140得到的薯類粉或薯類粉漿液。根據本發明， 用于制備乙醇的漿料是通過使所述粉碎產物與適當比例的水混合而形成，所述發酵單元使用該漿料制備乙醇。因此，為了向所述發酵單元提供所述粉碎產物，可以采用如下方式通過在粉碎裝置140中加水粉碎，從而得到薯類粉漿液，然后收集該薯類粉漿液和通過沉沙槽170得到的包括薯類小顆粒和水的漿液(即粉碎產物)并使該兩部分漿液在適當的制備漿液的設備中加水攪拌，從而得到適于提供到所述發酵單元中的漿料。具體地，可以使粉碎裝置140和沉沙槽170的出口與所述制漿單元連接以供料。所述制漿單元將制得的漿料提供給所述發酵單元以進行后續制備乙醇的操作。所述制漿單元可以使用各種本領域技術人員公知的混合攪拌設備，薯類顆粒和水的混合比例也是本領域公知的。所述薯類原料可以為各種薯類原料，如紅薯、馬鈴薯、木薯等，本發明的具體實施方案中采用的薯類原料為木薯。由于薯類原料中可能會含有泥土、沙石雜質以及鐵雜質，會對去皮設備造成損害，因此，按照本發明的方法，還可以包括去皮之前對薯類原料進行預處理的常規操作，所述預處理的步驟一般包括除去雜質和清洗的步驟。如，在鮮木薯采收后， 除去木薯上的泥土、根、須及木質部分以及砂石等雜質。并對木薯進行清洗，所述清洗的方法和設備為本領域技術人員所公知。如果采用鮮木薯，在粉碎前可以將鮮木薯(經顆粒分級裝置120分級處理后的薯類大顆粒)與水混合，也可以不與水混合而直接粉碎；如果采用干木薯，通常需要在粉碎前將干木薯(經顆粒分級裝置120分級處理后的薯類大顆粒)與水混合，所述水的用量只要保證將干木薯粉碎后能夠得到淀粉漿液即可，一般情況下，所述木薯與水的重量比可以為1 0.2-5，優選為1 0.5-2。所述薯類原料也可以為鮮木薯與干木薯的混合物。所述干木薯與鮮木薯的重量沒有特別限定，通常情況下，所述干木薯與鮮木薯的重量比可以為1 1.5-2. 5，優選為1 1.5-2。所述發酵單元中，所述酶解罐230與閃蒸塔210的出料口 214連通，真空泵250與閃蒸塔210的第二接口 212連通，發酵罐沈0與酶解罐230連通，熱源220通過連通器270 與閃蒸塔210的第三接口 213連通。熱源220中的熱介質的溫度可以達到130°C左右。將待酶解物料(即通過所述制漿單元制得的漿液)從物料源240輸送至閃蒸塔210中之前、 同時或之后啟動真空泵250，將閃蒸塔210抽真空，當閃蒸塔210中達到一定真空度時熱介質可以被從熱源220中吸入閃蒸塔210中，待酶解物料通過第一接口 211從物料源240中被輸送至閃蒸塔210中，使待酶解物料與熱介質在閃蒸塔210中接觸并進行熱交換，起到使待酶解物料加溫的作用，當待酶解物料達到酶解溫度時，物料被直接通入酶解罐230中進行酶解，酶解結束后將酶解產物直接通入發酵罐260中進行發酵。由于真空泵250在工作過程中的不穩定性或者在不規范地操作真空泵的情況下， 當閃蒸塔210中的真空度不能達到吸入熱介質的條件時，閃蒸塔210中的待酶解物料有被倒吸入連通器270中的趨勢，如果連通器270的頂端低于或者與閃蒸塔210中的待酶解物料的液面齊平，則閃蒸塔210中的待酶解物料會被倒吸入連通器270中，從而造成管路堵塞。而根據所述發酵單元提供的酶解裝置，由于連通器270的頂端高于閃蒸塔210中待酶解物料的液面，且閃蒸塔210中的壓力小于熱源220中的壓力，使得閃蒸塔210中的壓力不足以將待酶解物料倒吸入閃蒸塔210與熱源220連通的管道中，而由于物料自身的重力作用，被倒吸入連通器270中的待酶解物料還未能到達連通器的頂端就會重新回流到閃蒸塔 210中，從而避免了物料被倒吸入管道，產生使管道阻塞的問題。優選情況下，為了便于使用，所述連通器270的頂端高于閃蒸塔210的頂端，所述連通器270的頂端與閃蒸塔210的頂端之間的高度差可以為1-2. 5米，更優選為1. 5-2米。由于彎形管連通器不容易產生死角，而且能夠使物料流動的更順暢，優選情況下，所述連通器270為彎形管，例如，所述彎形管的形狀可以為倒置的U形管或者蛇形管。考慮到生產成本，根據一種具體實施方案，所述連通器270進一步優選為倒置的U形管，所述倒置的U形管的頂端與閃蒸塔210的頂端的高度差可以為1-2. 5米，優選為1. 5-2米。
所述連通器270的材質可以由各種具有一定強度以及耐熱的材料制成，例如，鐵、 不銹鋼等材料。為了更有利于熱蒸汽對待酶解物料的加溫作用，優選使熱源220中的熱介質與待酶解物料在閃蒸塔210中逆流接觸，即，使通入待酶解物料的第一接口 211的位置低于通過連通器270將熱源220與閃蒸塔210連通的第三接口 213的位置。為了便于控制與待酶解物料接觸的熱蒸汽的量以控制待酶解物料的溫度以及便于控制待酶解物料的通入量以控制閃蒸塔210中待酶解物料的液位，連通器270與閃蒸塔 210的第三接口 213之間、連通器270與熱源220之間以及物料源240與第一接口 211之間的任意一處或幾處還設置有閥門。為了便于控制酶解產物的通入量，發酵罐260與酶解罐230之間還可以設置有閥門。所述閃蒸塔210可以為本領域常規的各種閃蒸塔，例如，可以為各種常用的填料塔或篩板塔。所述閃蒸塔210的塔板數或理論塔板數取決于希望達到的熱交換程度。通常， 在其它條件相同的情況下，塔板數或理論塔板數越高，熱交換的程度越高，也就是說熱介質的熱量越能充分傳遞給待酶解物料。本發明的發明人研究發現，對于待酶解物料為30-40°C 的淀粉漿液，熱介質為100-170°C的水蒸氣時，閃蒸塔210的塔板數或理論塔板數優選為 2-6塊，在該條件下即可使從閃蒸塔210排出的待酶解物料的溫度在50-90°C，滿足酶解要求。所述填料塔裝填有拉西環、鮑爾環、階梯環、鞍型環、弧鞍型、矩鞍型、θ網環、壓延孔環、板波紋與網波紋規整填料中的一種或幾種。所述篩板塔的篩板優選還具有溢流堰，這樣，熱介質從篩板塔的底部穿過篩板上的篩孔向上流動，待酶解物料在篩板上停留至超過溢流堰的高度時向下流動，進入下一個篩板。為了進一步提高熱交換效率，第一接口 211的位置設置在填料塔或篩板塔的第0塊或第1塊塔板處，第三接口 213的位置設置在填料塔或篩板塔的最后一塊塔板處或更靠塔底的位置。另外，閃蒸塔210上還可以設置有溫度測試單元，以隨時監測待酶解物料在閃蒸塔210中的溫度，當閃蒸塔210中待酶解物料的溫度達到酶解條件時，便可以將它輸送至酶解罐230中進行酶解。此外，閃蒸塔210上還可以設置有液位測試單元，以監測疏送至閃蒸塔210中待酶的解物料的液位。所述閃蒸塔210的表壓可以為-0.3至-0.01兆帕，優選為-0. 1至-0.05兆帕；在閃蒸塔210中接觸的待酶解物料與熱介質的重量比可以為15-30 1;接觸的時間只要保證待酶解物料能夠達到酶解溫度即可，一般情況下，所述接觸時間可以為5-10分鐘。所述熱源220可以提供水蒸汽、熱水等各種熱介質，例如，所述熱源220可以為輸送各種熱介質的管道，也可以為儲存各種熱介質的容器。為了節省能源、使能源能夠被循環重復利用，所述熱源220優選為其它工段產生的熱介質，如從精餾工段中排出的廢蒸汽、熱水等。在將熱源220中的熱介質與待酶解物料在閃蒸塔210中接觸時，為了保證熱介質的用量，所述熱源220優選為可以儲存各種熱介質的容器，以在接觸前將熱介質暫時保存在容器中，所述熱介質的溫度一般為100-170°C。所述酶解罐230可以為本領域常規的各種酶解罐，例如碳鋼材質250立方米的帶攪拌裝置的容器。為了監控酶解溫度，所述酶解罐230上也可以設置有溫度測試單元。所述發酵罐260可以為本領域常規的各種發酵罐。為了監控發酵溫度，所述發酵罐260上也可以設置有溫度測試單元。所述真空泵250的個數可以為一個也可以為并聯連接的多個，只要能夠滿足能夠使閃蒸塔210達到真空度的要求即可。對使真空泵250與閃蒸塔210連通的第二接口 212 的位置也沒有特別限定，可以位于閃蒸塔210的任何位置，優選在閃蒸塔210的中部或中上部。所述熱源220提供的熱介質在閃蒸塔210中以蒸氣的形式與待酶解物料進行熱交換后，可以直接將剩余的熱蒸汽從閃蒸塔210中排出塔外，為了達到環保要求，該裝置還可以包括冷凝器觀0，所述冷凝器280可以與閃蒸塔210的上部連通，使與待酶解物料接觸后的閃蒸塔210中的蒸汽被輸送至冷凝器280中，冷凝成水，以便于在其它工段中應用。因此， 當所述酶解裝置還包括冷凝器280且所用熱介質為熱的水蒸氣或熱水時，所述酶解裝置進行酶解時在實現酶解的同時還能副產蒸餾水。優選情況下，為了便于操作，所述冷凝器觀0 與閃蒸塔210的頂部連通。所述冷凝器280可以為本領域常規的各種冷凝器，例如列管式冷凝器。下面將參考圖6對所述發酵單元進行進一步詳細描述。實施例1本實施例用于說明本發明的發酵單元及其使用方法。使用圖6所示的發酵單元制備乙醇。所述發酵單元包括閃蒸塔210、熱源220、酶解罐230、物料源M0、真空泵250、發酵罐260和冷凝器觀0，所述閃蒸塔210包括第一接口 211、第二接口 212、第三接口 213和出料口 214，物料源240通過第一接口 211與閃蒸塔 210連通，酶解罐230與閃蒸塔210的出料口 214連通，真空泵250與閃蒸塔210的第二接口 212連通，發酵罐260與酶解罐230連通，冷凝器280與閃蒸塔210的頂部連通，熱源220 通過倒置的U形管與閃蒸塔210的第三接口 213連通，所述倒置的U形管的頂端高于閃蒸塔210的頂端，倒置的U形管與閃蒸塔210的頂端的高度差為2. 5米。閃蒸塔210的塔板數為6塊，從上往下，第一接口 211和第三接口 213分別位于閃蒸塔210的第1塊和第6塊塔板處。開啟真空泵250將閃蒸塔210抽真空，使得閃蒸塔210的表壓為_0. 1兆帕，開啟熱源220與閃蒸塔210之間的閥門，使熱源220中的溫度為150°C的水蒸汽被吸入閃蒸塔 210中，同時開啟物料源240的閥門，使通過第一接口 211將溫度為30°C淀粉漿液從物料源 240輸送至閃蒸塔210中，并使淀粉漿液與水蒸汽在閃蒸塔210中接觸，水蒸汽與淀粉漿液的重量比為25 1，接觸的時間為5分鐘，此時通過閃蒸塔210上設置的溫度監控設備監測淀粉漿液的溫度升高至^°C，將95千克淀粉漿(淀粉含量為26. 6千克)液通過出料口 214輸送至酶解罐230中與淀粉酶混合進行酶解，酶解的時間為60分鐘，所述酶解的pH值為5 ；以每克淀粉漿液的干重計，加入20酶活力單位的α -淀粉酶(諾維信公司購得)；開啟冷凝器觀0的電源將閃蒸塔210中剩余的水蒸汽抽出并冷凝成水；酶解結束后，將酶解產物通入發酵罐中進行發酵，發酵溫度為33°C，以每克酶解產物的重量計，接種IO5菌落形成單位的酒精酵母(安琪超級釀酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得混合物在 33°C下于發酵罐中攪拌培養65小時，在100°C蒸餾所得發酵產物，得到乙醇14. 05千克。可以參考CN 101289674A公開的方法測定乙醇的產率。
權利要求
1.一種制備乙醇的系統，該制備乙醇的系統包括薯類粉碎單元、制漿單元和發酵單元， 其特征在于，所述薯類粉碎單元包括第一輸送裝置(110)、顆粒分級裝置(120)、第二輸送裝置(130)、粉碎裝置(140)、第三輸送裝置(150)、集料裝置(160)和沉沙槽(170)，所述顆粒分級裝置(120)用于對來自第一輸送裝置(110)的薯類原料進行分級，并將分級后得到的薯類大顆粒和包括薯類小顆粒與沙粒的小顆粒混合物分別通過第二輸送裝置(130) 和第三輸送裝置(150)供給至粉碎裝置(140)和集料裝置(160)，集料裝置(160)連接所述沉沙槽(170)，所述沉沙槽(170)包括槽體(171)、入口(17 和出口(173)，所述集料裝置(160)排出的小顆粒混合物或其與水形成的漿液(180)通過所述沉沙槽(170)的入口(172)進入所述沉沙槽(170)的槽體(171)內，所述槽體(171)包括側壁(174)和底部(175)，所述出口(17 設置在所述側壁(174)上，所述底部(17 具有至少一個凸起部分(176)和/或至少一個凹陷部分(177)，所述粉碎裝置(140)和所述沉沙槽(170)的出口 (173)與所述制漿單元連接；所述發酵單元包括閃蒸塔(210)、熱源(220)、酶解罐(230)、物料源040)、真空泵(250)和發酵罐060)，所述閃蒸塔(210)包括第一接口 011)、第二接口 012)、第三接口(21 和出料口 014)，所述制漿單元與物料源(MO)連接以提供漿料， 物料源(MO)通過第一接口(211)與閃蒸塔O10)連通，酶解罐Q30)與閃蒸塔O10)的出料口(214)連通，真空泵Q50)與閃蒸塔O10)的第二接口(212)連通，發酵罐Q60)與酶解罐(230)連通，熱源(220)通過連通器(270)與閃蒸塔QlO)的第三接口(21 連通， 且所述連通器O70)的頂端高于閃蒸塔O10)中待酶解物料的液面。
2.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述沉沙槽(170)的入口(17 和所述出口(17 設置在相對的兩個所述側壁(174)上。
3.根據權利要求2所述的制備乙醇的系統，其中，所述沉沙槽(170)的底部(17 具有多個凸起部分(176)和/或多個凹陷部分(177)，且該多個凸起部分(176)和/或多個凹陷部分(177)沿從所述入口(172)到所述出口(173)的方向排列。
4.根據權利要求2或3所述的制備乙醇的系統，其中，所述凸起部分(176)和/或多個凹陷部分(177)的縱向截面為三角形或梯形，所述縱向截面平行于從所述入口(17 到所述出口(173)的方向并垂直于水平面。
5.根據權利要求1-3中任意一項所述的制備乙醇的系統，其中，所述沉沙槽(170)還包括擋板，通過該擋板能夠調節所述出口(17 的大小和所述出口(17 與所述底部(175) 之間的距離。
6.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述沉沙槽(170)還包括噴射裝置。
7.根據權利要求6所述的制備乙醇的系統，其中，所述噴射裝置包括至少一個噴射管 (178)，每個噴射管(178)各自包括管體和位于管體上的多個孔。
8.根據權利要求7所述的制備乙醇的系統，其中，各個所述噴射管(178)為多個，各自設置在所述沉沙槽(170)的槽體(171)內，并橫跨所述沉沙槽(170)的相對的兩個所述側壁(174)。
9.根據權利要求7或8所述的制備乙醇的系統，其中，所述噴射管(178)的管體與所述底部(175)之間的距離可調節。
10.根據權利要求7所述的制備乙醇的系統，其中，所述孔對準所述凸起部分(176)和 /或設置在所述凹陷部分(177)與所述入口(172)和/或出口(173)所在的側壁之間形成的凹槽內。
11.根據權利要求7所述的制備乙醇的系統，其中，所述孔朝向底部，且孔的軸線與水平面呈30-60度角。
12.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述顆粒分級裝置(120)為分級篩， 所述分級篩的篩網的網眼直徑為2mm。
13.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述第一輸送裝置(110)為刮板輸送機，所述第二輸送裝置(130)為輸送皮帶，所述第三輸送裝置(150)為斗式提升機。
14.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述粉碎裝置(140)能夠提供顆粒直徑為1. 8-2. 5mm的顆粒。
15.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述集料裝置(160)為具有攪拌功能的螺旋輸送機。
16.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述連通器O70)的頂端高于閃蒸塔O10)的頂端。
17.根據權利要求16所述的制備乙醇的系統，其中，所述連通器(270)的頂端與閃蒸塔 (210)的頂端之間的高度差為1-2. 5米。
18.根據權利要求1、16或17所述的制備乙醇的系統，其中，所述連通器(270)為彎形管。
19.根據權利要求17所述的制備乙醇的系統，其中，所述彎形管為倒置的U形管或蛇形管。
20.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，第一接口011)的位置高于第三接口 013)的位置。
21.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，下述任意一個或幾個位置還設置有閥門連通器O70)與閃蒸塔O10)的第三接口(213)之間、連通器Q70)與熱源(220)之間、物料源(240)與第一接口 (211)之間以及酶解罐(230)與發酵罐(260)之間。
22.根據權利要求1、17或21所述的制備乙醇的系統，其中，所述閃蒸塔(210)為填料塔或篩板塔。
23.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述酶解罐(230)和發酵罐(沈0) 為帶攪拌裝置的容器。
24.根據權利要求1所述的制備乙醇的系統，其中，所述制備乙醇的裝置還包括冷凝器 080)，所述冷凝器Q80)與閃蒸塔O10)的上部連通。
25.根據權利要求對所述的制備乙醇的系統，其中，所述冷凝器(觀0)與閃蒸塔(210) 的頂部連通。
全文摘要
本發明提供一種制備乙醇的系統，該制備乙醇的系統包括薯類粉碎單元、制漿單元和發酵單元，所述制漿單元使用由薯類粉碎單元提供的粉碎產物制備漿料并將該漿料提供給所述發酵單元，其中，所述薯類粉碎單元包括粉碎裝置和沉沙槽，所述粉碎裝置和所述沉沙槽與所述制漿單元連接以提供薯類小顆粒，所述發酵單元包括與閃蒸塔的接口連通的連通器。本發明的制備乙醇的系統可以通過薯類粉碎單元在粉碎薯類塊時進行連續除沙處理，并可以通過發酵單元避免管道阻塞的問題并大大提高酶解效率和發酵效率，從而保證制備乙醇的生產連續進行。
文檔編號C12M1/00GK102220221SQ20101015078
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月16日 優先權日2010年4月16日
發明者岳國君, 崔師泰, 柳樹海, 王利, 鄧立康, 郝慧英, 黃加軍 申請人:中糧集團有限公司, 廣西中糧生物質能源有限公司