发酵燃料反应器以及生产发酵燃料的方法
【专利摘要】本发明公开了一种发酵燃料反应器以及生产发酵燃料的方法，涉及微生物发酵设备【技术领域】。解决了现有技术存在纤维素酶和酿酒酵母浪费严重，导致发酵燃料的生产成本较高的技术问题。该发酵燃料反应器，包括发酵罐、滤网、流体加压输送装置、大小分子分离装置以及酒精蒸馏塔，大小分子分离装置包括大分子出口以及小分子出口，大分子出口与发酵罐的回料口相连通，小分子出口与酒精蒸馏塔的原料入口相连通；大小分子分离装置能将流体加压输送装置输入的发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液由大分子出口输出并将发酵流体中其余的包含乙醇的滤液由小分子出口输出。本发明用于重复、循环利用纤维素酶、木聚糖酶以降低发酵燃料的生产成本。
【专利说明】发酵燃料反应器以及生产发酵燃料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微生物发酵设备【技术领域】，涉及一种以秸杆为原料，采用同步酶解发酵工艺，能重复利用含有纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体生产燃料乙醇的发酵燃料反应器以及生产发酵燃料的方法。
【背景技术】
[0002]以可再生的秸杆废弃物为原料，采用微生物发酵技术生产燃料乙醇，已经成为缓解我国能源危机，综合利用秸杆废弃物，保障能源安全的重要战略措施，但目前还没有形成大规模、工业化生产，主要的原因就是生产的成本过高。
[0003]以玉米为代表的秸杆纤维素转化为乙醇一般包括预处理、酶解和发酵三个阶段，其中酶解阶段主要将纤维素和半纤维素分解成糖，再经过发酵阶段转化成酒精。目前，秸杆原料的酶解在整个生产燃料乙醇成本中占60%左右，为简化设备，缩短生产周期，常采用同步酶解发酵(3%)工艺方法，该方法是将纤维素酶和合适的酿酒酵母放在同一容器中连续进行纤维素的糖化和发酵，在这一工艺过程中，纤维素酶解后产生的六碳糖可以被不断地被酿酒酵母发酵成酒精，因而在很大程度上减少了高浓度葡萄糖对纤维素酶的活性抑制，又不妨碍纤维素糖化的继续进行，还可明显提高酒精得率和生产效率，如何提高纤维素酶和酿酒酵母的利用率，提高同步酶解发酵的效率和乙醇的产量，减少纤维素酶和酿酒酵母的用量，降低乙醇生产成本，研发合适的反应器(现有技术中发明专利21200680034205.5，将纤维素材料转化为乙醇的方法和设备，提到反应器的重要性),为秸杆类原料生产燃料乙醇工业化推进做出积极探索是该【技术领域】科研人员的课题之一。
[0004]现有技术至少存在以下技术问题:
[0005]现有技术中同步酶解发酵反应器大多采用机械搅拌式反应器，纤维素酶和酿酒酵母一次投放后到酶解和发酵的后期，残余纤维素酶和酿酒酵母随着发酵残渣一起放出，造成了部分纤维素酶和酿酒酵母的浪费，没有充分发挥酶和酿酒酵母的效率，而纤维素酶的用量成本占到酶解发酵成本的70%以上，纤维素酶和酿酒酵母的浪费，增大了发酵燃料的生产成本，导致发酵燃料的生产成本较高的技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种发酵燃料反应器以及生产发酵燃料的方法，解决了现有技术存在纤维素酶和酿酒酵母浪费严重，导致发酵燃料的生产成本较高的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案:
[0008]本发明实施例提供的发酵燃料反应器，包括发酵罐、滤网、流体加压输送装置、大小分子分离装置以及酒精蒸馏塔，其中:
[0009]所述滤网设置在所述发酵罐的排液口处，所述流体加压输送装置的流体进口通过管道以及所述滤网与所述发酵罐的排液口相连通；
[0010]所述流体加压输送装置的流体出口与所述大小分子分离装置的流体进口相连通；所述流体加压输送装置能将经过所述滤网的发酵流体加压后输入所述大小分子分离装置；
[0011]所述大小分子分离装置包括大分子出口以及小分子出口，所述大分子出口与所述发酵罐的回料口相连通，所述小分子出口与所述酒精蒸馏塔的原料入口相连通；所述大小分子分离装置能将所述流体加压输送装置输入的发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液由所述大分子出口输出并将发酵流体中其余的包含乙醇的滤液由所述小分子出口输出。
[0012]在一个优选或可选地实施例中，所述流体加压输送装置为加压泵，和/或，所述大小分子分离装置为膜超滤分离装置。
[0013]在一个优选或可选地实施例中，所述发酵燃料反应器还包括空气净化系统，所述空气净化系统包括无油空气压缩机、空气净化装置以及设置在所述发酵罐上的排气口，其中:
[0014]所述无油空气压缩机的进气口与外界大气相连通，所述无油空气压缩机的出气口与所述空气净化装置的气流入口相连通，所述空气净化装置的气流出口通过管道与所述发酵罐上的进气口相连通；
[0015]所述发酵罐上的排气口与所述发酵罐上的进气口两者为同一端口，或者，所述发酵罐上的排气口与所述发酵罐上的进气口两者为不同的两个端口。
[0016]在一个优选或可选地实施例中，所述发酵燃料反应器还包括蒸汽产生系统，所述蒸汽产生系统包括第一冷却水输入管以及蒸汽发生器，所述第一冷却水输入管与所述蒸汽发生器的进水口相连通，所述蒸汽发生器的净化蒸汽出口通过管道与所述发酵罐的净化蒸汽入口相连通。
[0017]在一个优选或可选地实施例中，所述发酵燃料反应器还包括温水冷水系统，所述温水冷水系统包括加热水箱、水流加压输送装置以及第二冷却水输入管，其中:
[0018]所述第一冷却水输入管通过管道与所述加热水箱相连通，所述发酵罐的回水口与所述加热水箱通过管道相连通，且所述发酵罐的回水口的位置高度高于所述加热水箱；
[0019]所述加热水箱的出水口通过管道与所述水流加压输送装置的进水口相连通，所述水流加压输送装置的出水口通过管道与所述发酵罐底部的温水入口相连通；
[0020]所述第二冷却水输入管通过管道与所述发酵罐的冷水入口相连通。
[0021〕 在一个优选或可选地实施例中，所述发酵燃料反应器还包括调速器、搅拌电机以及搅拌叶片，其中:
[0022]所述搅拌叶片与所述搅拌电机的主轴固定连接，且所述搅拌叶片位于所述发酵罐内；
[0023]所述调速器与所述搅拌电机电连接，且所述调速器能控制所述搅拌电机主轴的转速；
[0024]所述发酵罐的罐壁上还设置有夹套，所述夹套能调节所述发酵罐的罐壁的温度；
[0025]所述管道上设置有阀门，所述阀门能调节其所在的所述管道的导通面积。
[0026]在一个优选或可选地实施例中，所述发酵罐的进料口、加碱口以及消泡剂加料口均设置在所述发酵罐的顶盖上；
[0027]所述发酵燃料反应器还包括第一蠕动泵以及第二蠕动泵，所述第一蠕动泵的进料口与碱存放容器相连通，所述第一蠕动泵的出料口与所述加碱口相连通，所述第二蠕动泵的进料口与消泡剂存放容器相连通，所述第二蠕动泵的出料口与所述消泡剂加料口相连通。
[0028]在一个优选或可选地实施例中，所述发酵燃料反应器还包括传感器仪表系统、上位机监控系统以及与所述上位机监控系统电连接的下位机控制系统；
[0029]所述传感器仪表系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、邱电极、00电极、邱变送器以及00变送器，其中:
[0030]所述第一温度传感器的探头位于所述发酵罐内，所述第二温度传感器的探头设置在所述发酵罐的罐壁上，所述压力传感器的探头位于所述发酵罐内，所述邱电极以及所述00电极均位于所述发酵罐内，且所述邱电极与所述邱变送器电连接，所述00电极与所述00变送器电连接；
[0031]所述上位机监控系统包括显示设备以及输入设备，所述调速器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述压力传感器、所述邱变送器、所述00变送器、所述第一蠕动泵以及所述第二蠕动泵各自分别与所述下位机控制系统电连接，所述下位机控制系统能从所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述压力传感器、所述邱变送器以及所述00变送器获取检测结果，并将检测结果处理后通过所述显示设备显示，所述下位机控制系统还能接收所述输入设备输入的控制指令并根据控制指令控制所述第一蠕动泵、所述第二蠕动泵或所述调速器。
[0032]本发明实施例提供的生产发酵燃料的方法，包括以下步骤:
[0033]第一次双酶酶解、发酵:从发酵罐顶部向下对发酵罐内的秸杆粉喷淋纤维素酶、木聚糖酶、酿酒酵母以及水的混合溶液；
[0034]发酵流体排除:从发酵罐顶部通入无菌压缩空气，将含有纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体从发酵罐底部的排液口中排出；
[0035]膜超滤分离:将从发酵罐排液口排出的发酵流体进行分离，使发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的滤液回流到发酵罐中，并将发酵流体中包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔。
[0036]在一个优选或可选地实施例中，所述第一次双酶酶解、发酵的步骤之前还包括步骤:
[0037]粉碎:将新鲜的玉米或水稻的秸杆清洗后，粉碎成长度尺寸为20111111-40111111的秸杆粉，将秸杆粉含水率控制在50% -90%之间；
[0038]生物法预处理:通过白腐真菌将秸杆粉进行木质素降解处理；
[0039]灭菌:将秸杆粉在发酵罐内进行高温灭菌处理，高温灭菌处理的温度控制在100。。-1211，时间控制在 20111111-30111111 ；
[0040]所述第一次双酶酶解、发酵的步骤中:
[0041]所述纤维素酶的活性为10001^/8，且活性为1000几4的纤维素酶的加入量为秸杆粉重量的1%-2%，所述酿酒酵母的活性为60亿/8-80亿4，且活性为60亿4-80亿丨免的酿酒酵母加入量为秸杆粉重量的0.8-1%，所述水的加入量为秸杆粉重量的2.5-3倍，酶解、发酵温度为32-381，邱值为4.0 — 4.5，搅拌转速控制在101^111-5011)111，酶解发酵总时间3-4天；
[0042]所述膜超滤分离的步骤之后还包括以下步骤:
[0043]补料双酶糖化、发酵:从发酵罐进料口补加秸杆粉，在富含纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体的作用下，培养基继续酶解成还原糖，发酵成酒精；
[0044]蒸馏:使包含乙醇的滤液流入酒精蒸馏塔内，将酒精蒸馏塔的温度升高到85-901，对包含乙醇的滤液进行蒸馏以得到酒精；
[0045]再次实施发酵流体排除、膜超滤分离:补料双酶糖化、发酵的步骤实施3-4天后，再次使发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液回流到发酵罐中，并将包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔；
[0046]排渣:将发酵渣经由发酵罐底部的出料口排出。
[0047]基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果:
[0048]由于本发明实施例中，可以对双酶酶解、发酵后从发酵罐排液口排出的发酵流体进行分离，使发酵流体中的纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母回流到发酵罐中，并将发酵流体中包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔，由此可以将发酵流体中的纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母重复、循环利用，避免了发酵流体中的纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的浪费，节省了纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母耗费的成本，由此解决了现有技术存在纤维素酶和酿酒酵母浪费严重，导致发酵燃料的生产成本较高的技术问题。
[0049]本发明优选实施例提供的发酵燃料反应器至少可以产生如下优点:
[0050](1)该反应器集灭菌、酶解和发酵于一体，既可用于秸杆同步酶解发酵燃料乙醇的生产，也可用于秸杆分步酶解、发酵工艺生产燃料乙醇，大大提高了设备利用率。
[0051](2)该反应器采用了膜超滤分离装置，能实现纤维素酶、酿酒酵母的反复循环利用，大大减少酶和酿酒酵母的用量，节约生产成本，提高生产效率。
[0052](3)该反应器不仅可以用于秸杆酶解发酵燃料乙醇的生产，而且还可用于抗生素、氨基酸、酶等生物制品的发酵生产。
[0053]由于本发明优选实施例提供的发酵燃料反应器具备上述优点，所以该本发明发酵燃料反应器也可以称为:膜过滤与发酵罐偶联发酵燃料乙醇一体化反应器。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0055]图1为本发明实施例的优选实施方式所提供的发酵燃料反应器的主要组成部分之间连接关系的不意图；
[0056]图2为本发明实施例的优选实施方式所提供的生产发酵燃料的方法的流程示意图；
[0057]附图标记:1、发酵罐；2、滤网；3、流体加压输送装置；4、大小分子分离装置；5、力口热水箱；6、压力传感器；7、搅拌叶片；8、夹套；91、第一蠕动泵；92、第二蠕动泵。
【具体实施方式】
[0058]下面可以参照附图图1?图2以及文字内容理解本发明的内容以及本发明与现有技术之间的区别点。下文通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。需要说明的是:本实施例中的任何技术特征、任何技术方案均是多种可选的技术特征或可选的技术方案中的一种或几种，为了描述简洁的需要本文件中无法穷举本发明的所有可替代的技术特征以及可替代的技术方案，也不便于每个技术特征的实施方式均强调其为可选的多种实施方式之一，所以本领域技术人员应该知晓:可以将本发明提供的任一技术手段进行替换或将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到新的技术方案。本实施例内的任何技术特征以及任何技术方案均不限制本发明的保护范围，本发明的保护范围应该包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案以及本领域技术人员将本发明提供的任意两个或更多个技术手段或技术特征互相进行组合而得到的新的技术方案。
[0059]本发明实施例提供了一种可以重复、循环利用纤维素酶和酿酒酵母的发酵燃料反应器以及一种可以使用该发酵燃料反应器的生产发酵燃料的方法。
[0060]下面结合图1?图2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
[0061]如图1?图2所示，本发明实施例所提供的发酵燃料反应器包括发酵罐1、滤网2、流体加压输送装置(优选为加压泵?3、大小分子分离装置(优选为膜超滤分离装置)4以及酒精蒸馏塔，其中:
[0062]滤网2设置在发酵罐1的排液口处，流体加压输送装置3的流体进口通过管道以及滤网2与发酵罐1的排液口相连通。
[0063]流体加压输送装置3的流体出口与大小分子分离装置4的流体进口相连通。流体加压输送装置3能将经过滤网2的发酵流体加压后输入大小分子分离装置4。
[0064]大小分子分离装置4包括大分子出口以及小分子出口，大分子出口与发酵罐1的回料口相连通，小分子出口与酒精蒸馏塔的原料入口相连通。大小分子分离装置4能将流体加压输送装置3输入的发酵流体(或称:发酵液)中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液由大分子出口输出并将发酵流体中其余的包含乙醇的滤液由小分子出口输出。
[0065]滤网2可以将发酵渣以及发酵流体分离开，大小分子分离装置4可以将大分子(例如:纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母)与小分子(例如:乙醇)分离开。酒精蒸馏塔可以采用蒸馏的方式来提取出发酵燃料即酒精。
[0066]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵燃料反应器还包括空气净化系统，空气净化系统包括无油空气压缩机、空气净化装置以及设置在发酵罐1上的排气口，其中:
[0067]无油空气压缩机的进气口与外界大气相连通，无油空气压缩机的出气口与空气净化装置的气流入口相连通，空气净化装置的气流出口通过管道与发酵罐1的进气口相连通。
[0068]发酵罐1上的排气口与发酵罐1上的进气口可以为同一端口，也可以为不同的两个端口。
[0069]空气净化系统不仅可以净化发酵罐1内的空气，而且也可以通过输入空气的量改变发酵罐1内的气压。发酵罐1的排气口也可以与发酵罐1的进气口为同一端口。
[0070]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵燃料反应器还包括蒸汽产生系统，蒸汽产生系统包括第一冷却水输入管以及蒸汽发生器，第一冷却水输入管与蒸汽发生器的进水口相连通，蒸汽发生器的净化蒸汽出口通过管道与发酵罐1的净化蒸汽入口相连通。
[0071]蒸汽产生系统可以通过喷射热蒸汽的方式为发酵罐1进行高温灭菌，也可以调整发酵罐1内的湿度。
[0072]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵燃料反应器还包括温水冷水系统，温水冷水系统包括加热水箱5、水流加压输送装置(优选为水泵)以及第二冷却水输入管，其中:
[0073]第一冷却水输入管通过管道与加热水箱5相连通，加热水箱5的水箱5通过管道与发酵罐1的回水口相连通，且发酵罐1的回水口的位置高度高于加热水箱5。
[0074]加热水箱5的出水口通过管道与水流加压输送装置的进水口相连通，水流加压输送装置的出水口通过管道与发酵罐1底部的温水入口相连通。
[0075]第二冷却水输入管通过管道与发酵罐1的冷水入口相连通。
[0076]加热水箱5可以将冷水加热为所需的温度。温水冷水系统可以及时为发酵罐1增加温水或冷水。
[0077]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵燃料反应器还包括调速器、搅拌电机以及搅拌叶片7，其中:
[0078]搅拌叶片7与搅拌电机的主轴固定连接，且搅拌叶片7位于发酵罐1内。调速器与搅拌电机电连接，且调速器能控制搅拌电机主轴的转速。管道上设置有阀门，阀门能调节其所在管道的导通面积。
[0079]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵罐1的罐壁上还设置有夹套8，夹套8能调节、维持发酵罐1的罐壁的温度。夹套8内可以填充水等液体，通过控制其内填充的水等液体的温度达到调节、维持发酵罐1的温度的目的。
[0080]搅拌电机可以带动搅拌叶片7，使发酵罐1内的秸杆粉与纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母充分发生反应。阀门可以根据需要调节通过管道的物质的量。
[0081]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵罐1的进料口、加碱口以及消泡剂加料口均设置在发酵罐1的顶盖上。
[0082]发酵燃料反应器还包括第一蠕动泵91以及第二蠕动泵92，第一蠕动泵91的进料口与碱存放容器相连通，第一蠕动泵91的出料口与加碱口相连通，第二蠕动泵92的进料口与消泡剂存放容器相连通，第二蠕动泵92的出料口与消泡剂加料口相连通。
[0083]第一蠕动泵91可以为发酵罐1增加碱，第二蠕动泵92可以为发酵罐1增加消泡剂。
[0084]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中发酵燃料反应器还包括传感器仪表系统、上位机监控系统以及与上位机监控系统电连接(优选为通过83232或83485总线电连接)的下位机控制系统。
[0085]传感器仪表系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器6、邱电极、00电极、邱变送器以及00变送器，其中:
[0086]第一温度传感器(优选为采用钼热电阻即91100)的探头位于发酵罐1内。第一温度传感器可以检测发酵罐1内的温度。第二温度传感器的探头设置在发酵罐1的罐壁上。第二温度传感器(优选为采用钼热电阻即91100)可以检测发酵罐1的罐壁的温度。压力传感器6的探头位于发酵罐1内。压力传感器6可以检测发酵罐1内的压力。邱电极以及00电极均位于发酵罐1内。且邱电极与邱变送器电连接。00电极与00变送器电连接。邱电极可以检测发酵罐1内溶液的邱值。00电极可以检测发酵罐1内溶液中的溶解氧。
[0087]上位机监控系统包括显示设备(优选为显示器)以及输入设备(优选为键盘X调速器、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器6、邱变送器、00变送器、第一蠕动泵91以及第二蠕动泵92各自分别与下位机控制系统电连接，下位机控制系统能从第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器6、邱变送器以及00变送器获取检测结果，并将检测结果处理后通过显示设备显示，下位机控制系统还能接收输入设备输入的控制指令并根据控制指令控制第一蠕动泵91、第二蠕动泵92以及调速器。
[0088]当然，显示设备与输入设备也可以集成在一起，例如:触摸屏。
[0089]本发明实施例提供的生产发酵燃料的方法，包括以下步骤:
[0090]第一次双酶酶解、发酵:从发酵罐1顶部向下对发酵罐1内的秸杆粉喷淋纤维素酶、木聚糖酶、酿酒酵母以及水的混合溶液。
[0091]作为一种优选的实施方式，本实施例中第一次双酶酶解、发酵的步骤中纤维素酶的活性为10001^/8，且活性为10001^/8的纤维素酶的加入量为秸杆粉重量的1%-2%，酿酒酵母的活性为60亿/8-80亿4，且活性为60亿/8-80亿丨免的酿酒酵母加入量为秸杆粉重量的0.8-1%，水的加入量为秸杆粉重量的2.5-3倍，酶解、发酵温度为32-381，邱值为4.0 — 4.5，搅拌转速控制在1011)111-5011)111，酶解发酵总时间3-4天。
[0092]发酵流体排除:从发酵罐1顶部通入无菌压缩空气，将含有纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体从发酵罐1底部的排液口中排出。
[0093]膜超滤分离:将从发酵罐1排液口排出的发酵流体进行分离，使发酵流体中的纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母回流到发酵罐1中，并将发酵流体中包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔。
[0094]从发酵罐1底部排出的发酵液经过压力泵，打入装有0.1 9 111膜的膜超滤分离装置4的管道，经过大分子和小分子的分离，小分子乙醇经过陶瓷超滤膜内部和侧边的微孔，通过膜分离装置4的下出口排到酒精蒸馏塔中，没有利用完的大分子纤维素酶、木聚糖酶和酵母回流到发酵罐1中。
[0095]上述方法可以充分的循环、重复利用纤维素酶、木聚糖酶、酿酒酵母。当然，秸杆也可以使用其他植物的叶子或茎来取代。
[0096]本发明实施例提供的生产发酵燃料的方法优选为使用本发明实施例任一技术方案提供的发酵燃料反应器来实施。当然，使用其他设备实施该方法的技术方案也在本发明的保护范围之内。
[0097]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中第一次双酶酶解、发酵的步骤之前还包括步骤:
[0098]粉碎:将新鲜的玉米或水稻的秸杆清洗后，粉碎成长度尺寸为20111111-40111111的秸杆粉，将秸杆粉含水率控制在50% -90%之间。
[0099]生物法预处理:通过白腐真菌将秸杆粉进行木质素降解处理。
[0100]灭菌:将秸杆粉在发酵罐1内进行高温灭菌处理，高温灭菌处理的温度控制在10000 -1211，时间控制在 20111111-30111111。
[0101]作为一种优选或可选地实施方式，本实施例中膜超滤分离的步骤之后还包括以下步骤:
[0102]补料双酶糖化、发酵:从发酵罐1进料口补加秸杆粉，在富含纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体的作用下，培养基继续酶解成还原糖，发酵成酒精。
[0103]蒸馏:包含乙醇的滤液流入酒精蒸馏塔，对酒精蒸馏塔升温(优选为使用夹套),温度升高到85-901，蒸馏以得到酒精。当然，将蒸馏的步骤与补料双酶糖化、发酵的步骤的先后顺序可以对调。
[0104]再次实施发酵流体排除、膜超滤分离:补料双酶糖化、发酵的步骤实施3-4天后，再次使发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液回流到发酵罐1中，并将包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔。
[0105]排潘:将发酵渣经由发酵罐1底部的出料口排出。排渣时可以打开或移走发酵罐1的排液口处的滤网2，也可以不打开或移走发酵罐1的排液口处的滤网2而是增加发酵罐1的气压，通过发酵罐1内的气压较大的气体将发酵渣挤压出出料口。当然，发酵罐1的出料口与排液口也可以分别设置在发酵罐1底部的不同位置处。此时，发酵罐1的出料口与排液口两者不会互相影响。
[0106]发酵流体排除、膜超滤分离的步骤可以根据需要实施更多次，本实施例中仅通过举例的方式说明发酵流体排除、膜超滤分离至少可以实施一次。
[0107]上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解:优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
[0108]如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓:“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明夕卜，上述词语并没有特殊的含义。
[0109]同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为:能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接),也可以理解为:不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外
[0110]另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
[0111]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【权利要求】
1.一种发酵燃料反应器，其特征在于，包括发酵罐、滤网、流体加压输送装置、大小分子分离装置以及酒精蒸馏塔，其中: 所述滤网设置在所述发酵罐的排液口处，所述流体加压输送装置的流体进口通过管道以及所述滤网与所述发酵罐的排液口相连通； 所述流体加压输送装置的流体出口与所述大小分子分离装置的流体进口相连通；所述流体加压输送装置能将经过所述滤网的发酵流体加压后输入所述大小分子分离装置； 所述大小分子分离装置包括大分子出口以及小分子出口，所述大分子出口与所述发酵罐的回料口相连通，所述小分子出口与所述酒精蒸馏塔的原料入口相连通；所述大小分子分离装置能将所述流体加压输送装置输入的发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液由所述大分子出口输出并将发酵流体中其余的包含乙醇的滤液由所述小分子出口输出。
2.根据权利要求1所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述流体加压输送装置为加压泵，和/或，所述大小分子分离装置为膜超滤分离装置。
3.根据权利要求1所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵燃料反应器还包括空气净化系统，所述空气净化系统包括无油空气压缩机、空气净化装置以及设置在所述发酵罐上的排气口，其中: 所述无油空气压缩机的进气口与外界大气相连通，所述无油空气压缩机的出气口与所述空气净化装置的气流入口相连通，所述空气净化装置的气流出口通过管道与所述发酵罐上的进气口相连通； 所述发酵罐上的排气口与所述发酵罐上的进气口两者为同一端口，或者，所述发酵罐上的排气口与所述发酵罐上的进气口两者为不同的两个端口。
4.根据权利要求1所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵燃料反应器还包括蒸汽产生系统，所述蒸汽产生系统包括第一冷却水输入管以及蒸汽发生器，所述第一冷却水输入管与所述蒸汽发生器的进水口相连通，所述蒸汽发生器的净化蒸汽出口通过管道与所述发酵罐的净化蒸汽入口相连通。
5.根据权利要求4所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵燃料反应器还包括温水冷水系统,所述温水冷水系统包括加热水箱、水流加压输送装置以及第二冷却水输入管，其中: 所述第一冷却水输入管通过管道与所述加热水箱相连通，所述发酵罐的回水口与所述加热水箱通过管道相连通，且所述发酵罐的回水口的位置高度高于所述加热水箱； 所述加热水箱的出水口通过管道与所述水流加压输送装置的进水口相连通，所述水流加压输送装置的出水口通过管道与所述发酵罐底部的温水入口相连通； 所述第二冷却水输入管通过管道与所述发酵罐的冷水入口相连通。
6.根据权利要求1一 5任一所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵燃料反应器还包括调速器、搅拌电机以及搅拌叶片，其中: 所述搅拌叶片与所述搅拌电机的主轴固定连接，且所述搅拌叶片位于所述发酵罐内； 所述调速器与所述搅拌电机电连接，且所述调速器能控制所述搅拌电机主轴的转速； 所述发酵罐的罐壁上还设置有夹套，所述夹套能调节所述发酵罐的罐壁的温度； 所述管道上设置有阀门，所述阀门能调节其所在的所述管道的导通面积。
7.根据权利要求6所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵罐的进料口、加碱口以及消泡剂加料口均设置在所述发酵罐的顶盖上； 所述发酵燃料反应器还包括第一蠕动泵以及第二蠕动泵，所述第一蠕动泵的进料口与碱存放容器相连通，所述第一蠕动泵的出料口与所述加碱口相连通，所述第二蠕动泵的进料口与消泡剂存放容器相连通，所述第二蠕动泵的出料口与所述消泡剂加料口相连通。
8.根据权利要求7所述的发酵燃料反应器，其特征在于，所述发酵燃料反应器还包括传感器仪表系统、上位机监控系统以及与所述上位机监控系统电连接的下位机控制系统； 所述传感器仪表系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、PH电极、DO电极、PH变送器以及DO变送器，其中: 所述第一温度传感器的探头位于所述发酵罐内，所述第二温度传感器的探头设置在所述发酵罐的罐壁上，所述压力传感器的探头位于所述发酵罐内，所述PH电极以及所述DO电极均位于所述发酵罐内，且所述PH电极与所述pH变送器电连接，所述DO电极与所述DO变送器电连接； 所述上位机监控系统包括显示设备以及输入设备，所述调速器、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述压力传感器、所述PH变送器、所述DO变送器、所述第一蠕动泵以及所述第二蠕动泵各自分别与所述下位机控制系统电连接，所述下位机控制系统能从所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述压力传感器、所述PH变送器以及所述DO变送器获取检测结果，并将检测结果处理后通过所述显示设备显示，所述下位机控制系统还能接收所述输入设备输入的控制指令并根据控制指令控制所述第一蠕动泵、所述第二蠕动泵或所述调速器。
9.一种生产发酵燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一次双酶酶解、发酵:从发酵罐顶部向下对发酵罐内的秸杆粉喷淋纤维素酶、木聚糖酶、酿酒酵母以及水的混合溶液； 发酵流体排除:从发酵罐顶部通入无菌压缩空气，将含有纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体从发酵罐底部的排液口中排出； 膜超滤分离:将从发酵罐排液口排出的发酵流体进行分离，使发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的滤液回流到发酵罐中，并将发酵流体中包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔。
10.根据权利要求9所述的生产发酵燃料的方法，其特征在于， 所述第一次双酶酶解、发酵的步骤之前还包括步骤: 粉碎:将新鲜的玉米或水稻的秸杆清洗后，粉碎成长度尺寸为20mm-40mm的秸杆粉，将秸杆粉含水率控制在50% -90%之间； 生物法预处理:通过白腐真菌将秸杆粉进行木质素降解处理； 灭菌:将秸杆粉在发酵罐内进行高温灭菌处理，高温灭菌处理的温度控制在100C -121 °C，时间控制在 20min-30min ； 所述第一次双酶酶解、发酵的步骤中: 所述纤维素酶的活性为ιοοοιυ/g，且活性为ιοοοιυ/g的纤维素酶的加入量为秸杆粉重量的1%-2%，所述酿酒酵母的活性为60亿/g-80亿/g，且活性为60亿/g-80亿/g的酿酒酵母加入量为秸杆粉重量的0.8-1%，所述水的加入量为秸杆粉重量的2.5-3倍，酶解、发酵温度为32-38°C，pH值为4.0 — 4.5，搅拌转速控制在10rpm-50rpm，酶解发酵总时间3-4天; 所述膜超滤分离的步骤之后还包括以下步骤: 补料双酶糖化、发酵:从发酵罐进料口补加秸杆粉，在富含纤维素酶、木聚糖酶和酿酒酵母的发酵流体的作用下，培养基继续酶解成还原糖，发酵成酒精； 蒸馏:使包含乙醇的滤液流入酒精蒸馏塔内，将酒精蒸馏塔的温度升高到85-90°C，对包含乙醇的滤液进行蒸馏以得到酒精； 再次实施发酵流体排除、膜超滤分离:补料双酶糖化、发酵的步骤实施3-4天后，再次使发酵流体中包含纤维素酶、木聚糖酶以及酿酒酵母的滤液回流到发酵罐中，并将包含乙醇的滤液输出到酒精蒸馏塔； 排渣:将发酵渣经由发酵罐底部的出料口排出。
【文档编号】C12M1/00GK104342358SQ201310340477
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】赵鹏翔, 赵承宇, 李强, 赵正凯 申请人:国家电网公司, 国网新源控股有限公司北京非粮醇电联产技术研发中心