專利名稱：一種采用薯類原料制備乙醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于乙醇的制備方法，更具體地是關(guān)于采用薯類原料制備乙醇 的方法。
背景技術(shù)：
薯類，例如紅薯、馬鈴薯、木薯等，富含淀粉，因此廣泛用于發(fā)酵制糖、 制淀粉等領(lǐng)域。
木薯是熱帶和亞熱帶多年生、溫帶一年生薯屬灌木，原產(chǎn)于南美洲，適
宜在平均溫度為25-29°C、年均降水量1000-1500毫米的低緯度地區(qū)生長。 大約在1820年前，木薯傳到中國南方，主要在廣東、廣西和海南種植，現(xiàn) 在逐漸擴大到云南、福建、貴州等省。木薯分為兩類苦味木薯(有毒木薯) 和甜味木薯(無毒木薯)。新鮮的木薯塊根的主要化學(xué)成分是水，其次是碳 水化合物，還有一些含量較少的蛋白質(zhì)、脂肪和果膠。鮮木薯淀粉含量達到 25-30重量％，干木薯淀粉含量為70重量％左右。
由于木薯的塊根較大，在采用木薯原料酶解、發(fā)酵制備乙醇之前通常需 要對木薯原料進行粉碎，以破壞木薯的組織結(jié)構(gòu)，從而使微小的淀粉顆粒能 夠從木薯塊根中解體、分離出來。為了提高糖分的抽提率，需要使木薯組織 的解體更充分、更細小，使淀粉顆粒的分離更徹底?，F(xiàn)有技術(shù)的采用木薯制 備乙醇的方法中，所述木薯的粉碎方法通常包括將木薯與水混合后進行粉碎 得到粉碎產(chǎn)物。采用現(xiàn)有的粉碎方法消耗水的量較大，為了保證得到的粉碎 產(chǎn)物中對木薯顆粒的粒度要求，采用現(xiàn)有的粉碎方法消耗的能量較大，設(shè)備 的利用率低。
由于薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液含有高濃度的有機物，目前絕大部分乙醇廠排放的薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液沒有經(jīng)過有效處理直接向外排 放，對當(dāng)?shù)睾拖掠蔚乃h(huán)境造成嚴(yán)重影響。
目前，薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液的處理方法有1、焚燒法，即將 薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液濃縮后進行焚燒，該方法的缺點為焚燒后容易 造成二次污染；2、用薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液發(fā)酵制備沼氣，該方法 的缺點為投資大和控制技術(shù)要求高。
因此，目前通常采用回收薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液中的固體殘渣作 為飼料來處理廢液的方法，該方法包括將廢液過濾去水，得到濾餅；之后對
濾餅進行烘干。該方法是一種投資少、容易操作并且對環(huán)境友好的薯類原料 發(fā)酵制備乙醇的廢液的處理方法，但是，采用該方法的能耗較大，并且該方 法過濾去除的水中雜質(zhì)較多對壓榨設(shè)備的磨損嚴(yán)重，增加了維護成本，并且
去除的水中化學(xué)需氧量值(COD值)較高，環(huán)境壓力很大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的采用薯類原料制備乙醇的方法中粉碎薯類 原料的方法消耗水的量較大，消耗的能量較大，設(shè)備的利用率低的缺陷以及 克服現(xiàn)有的從薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液中回收固體殘渣的方法存在能 耗大的缺點，提供一種粉碎薯類原料的消耗水的量較小，消耗的能量較小， 設(shè)備的利用率高的以及從薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液中回收固體殘渣的 能耗小的采用薯類原料制備乙醇的方法。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)的采用薯類原料制備燃料乙醇的方法中 對于粉碎薯類原料的方法，無論薯類原料是鮮木薯還是干木薯，均需在粉碎
前將木薯原料與水混合(木薯原料的鮮重與水的重量比通常為1:1)后進行 粉碎，粉碎過程中消耗水的量較大，因而，粉碎產(chǎn)物的量也相應(yīng)較多，粉碎 產(chǎn)物的儲存問題也較難解決。此外，現(xiàn)有技術(shù)的粉碎的方法通常為二次粉碎，
7即，在將薯類原料與水混合后先進行一次粉碎，將得到的一次粉碎產(chǎn)物再次進行二次粉碎，而得到最終的粉碎產(chǎn)物。在釆用現(xiàn)有的二次粉碎方法粉碎得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒徑大小不均勻，且顆粒粒度較大；若為了保證得到的粉碎產(chǎn)物中木薯顆粒的粒度能夠達到一定要求，則釆用現(xiàn)有的粉碎方法的粉碎時間會延長，因而消耗的能量較大，設(shè)備的利用率低。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人對現(xiàn)有的從薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液中回收固體殘渣的方法進行了細致的研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的方法中，廢液除水后得到的
濾餅的含水量通常高達75重量Q/^以上，并且現(xiàn)有的方法也無法進一步降低濾餅的含水量；從而使后續(xù)烘干過程中所需的能耗較高。
本發(fā)明提供了一種采用薯類原料制備乙醇的方法，該方法包括將去皮后的薯類原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與酶混合、酶解，得到酶解產(chǎn)物；發(fā)酵該酶解產(chǎn)物，從發(fā)酵產(chǎn)物中分離乙醇，然后從廢液中回收固體殘渣，其中，所述粉碎的方法包括先將去皮后的薯類原料進行一次粉碎，得到一次粉碎產(chǎn)物，將部分一次粉碎產(chǎn)物進行二次粉碎，得到二次粉碎產(chǎn)物，將剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后的未粉碎的薯類原料混合然后進行一次粉碎；所述從廢液中回收固體殘渣的方法包括去除廢液中的水，得到含水量小于60重量%的濾餅，然后對濾餅進行烘干，得到固體殘渣。
本發(fā)明提供的采用薯類原料制備乙醇的方法中，將去皮后的薯類原料粉碎的方法為二次粉碎的方法，與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，在粉碎薯類原料之前不需要將薯類原料與水混合，或者僅僅加入少量的水，而后將一次粉碎后的部分一次粉碎產(chǎn)物返回與經(jīng)過去皮的未經(jīng)過粉碎的薯類原料重新混合，然后再次進行一次粉碎，該返回的部分一次粉碎產(chǎn)物為薯類原料顆粒的淀粉漿液，該部分粉碎產(chǎn)物即能夠起到稀釋的作用，又能夠與經(jīng)過去皮的未經(jīng)過粉碎的薯類原料一起被再次粉碎。本發(fā)明的方法不但消耗水的量少，消耗的能量較少，設(shè)備的利用率高，粉碎效率高，同時采用本發(fā)明的二次粉碎的方法能夠
8很好的控制粉碎后的得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒徑，使最終得到的薯類原料顆粒的粒徑小且均勻，同時還解決了粉碎產(chǎn)物的儲存問題。此外，本發(fā)明的發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的薯類原料制備乙醇的方法得到的淀粉乙醇產(chǎn)率得到顯著提高，推測原因可能是由于本發(fā)明的粉碎方法能夠很好的控制粉碎后得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒徑，使最終得到的薯類原料顆粒的粒徑小且均勻，從而能夠使粉碎產(chǎn)物中的淀粉被充分釋放出來，使最終得到的粉碎產(chǎn)物中的薯類原料顆粒中的微小淀粉顆粒能被充分利用，即能充分與酶接觸、酶解，大大提高了淀粉的利用率，從而大大提高了淀粉乙醇產(chǎn)率。例如，在其它條件都相同的情況下，采用實施例2的方法得到的
淀粉乙醇產(chǎn)率達52.5%，殘?zhí)锹蕿?.5%，而采用對比例1的方法得到的淀粉乙醇產(chǎn)率僅為51.0%，殘?zhí)锹蕿?.0%，乙醇產(chǎn)率的提高幅度高達2.9Q/^，殘?zhí)锹式档土?5%。
本發(fā)明中，通過在大幅度的降低了得到的濾餅的含水量，從而顯著的降低了后續(xù)烘干過程中所需的能耗。例如，本發(fā)明實施例l-4得到的濾餅Al-A4的含水量分別為60重量％、 50重量％、 55重量％和52重量％，而對比例1得到的參比濾餅CA1的含水量則高達78重量Q^，說明通過本發(fā)明提供的方法對廢液進行壓榨得到的濾餅的含水量顯著的降低，并且實施例1-4與對比例1相比，烘干所需的能耗大幅度的減少，說明通過本發(fā)明提供的方法能夠大幅度的降低回收固體殘渣所需的能耗。


圖1為本發(fā)明的去皮方法所使用的薯類去皮設(shè)備的正視圖2為本發(fā)明的去皮方法所使用的薯類去皮設(shè)備的縱剖示意圖;
圖3為表示鏈輪與滾筒的連接關(guān)系的橫剖示意圖。
具體實施例方式
按照本發(fā)明，采用薯類原料制備乙醇的方法包括將去皮后的薯類原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與酶混合、酶解，得到酶解產(chǎn)物;發(fā)酵該酶解產(chǎn)物，從發(fā)酵產(chǎn)物中分離乙醇，然后從廢液中回收固體殘渣，其中，所述粉碎的方法包括先將去皮后的薯類原料進行一次粉碎，得到一次粉碎產(chǎn)物，將部分一次粉碎產(chǎn)物進行二次粉碎，得到二次粉碎產(chǎn)物，將剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與
去皮后的未粉碎的薯類原料混合然后進行一次粉碎；所述從廢液中回收固體殘渣的方法包括去除廢液中的水，得到含水量小于60重量％的濾餅，然后對濾餅進行烘干，得到固體殘渣。
按照本發(fā)明，所述剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物為全部一次粉碎產(chǎn)物重量的5-20重量Q/^;剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物占剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后未粉碎的薯類原料的總重量的5-20重量％。優(yōu)選情況下，所述剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物為全部一次粉碎產(chǎn)物重量的5-10重量％;剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物占剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后未粉碎的薯類原料的總重量的5-10重量％。按照本發(fā)明的方法粉碎得到的最終粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒度小且顆粒粒度分布更均勻，該薯類原料的平均顆粒直徑可以達到1.8至小于2.5毫米，甚至更小，如優(yōu)選為1.6至小于1.8毫米。
根據(jù)本發(fā)明提供的方法，在將去皮后的薯類原料進行一次粉碎前，無需將薯類原料與水混合，或者僅僅加入少量的水，例如，所述水的用量可以為薯類原料干重的0.5-2倍，優(yōu)選為1-1.5倍。優(yōu)選情況下，在粉碎薯類原料之前無需特別將薯類原料與水混合，而是在將一次粉碎后的部分一次粉碎產(chǎn)物返回與經(jīng)過去皮的未經(jīng)過粉碎的薯類原料重新混合，然后進行一次粉碎，該返回的部分一次粉碎產(chǎn)物為薯類原料顆粒的淀粉漿液，該返回部分的一次粉碎產(chǎn)物既能夠起到稀釋的作用，因此在初始粉碎時可以不將薯類原料與水混合，此外，該返回部分的一次粉碎產(chǎn)物又能夠與鮮木薯原料一起被再次粉碎，
10不但消耗水的量少，消耗的能量較少，設(shè)備的利用率高，粉碎效果高，且本發(fā)明的二次粉碎的方法能夠很好的控制粉碎后的得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒徑，使最終得到的薯類原料顆粒的粒徑小且均勻。按照本發(fā)明，為了使最終得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的直徑在1.8至小于2.5毫米，
優(yōu)選為1.6至小于1.8毫米，在將薯類原料進行一次粉碎后，得到的一次粉碎產(chǎn)物中薯類原料的平均顆粒直徑一般在2.5-10毫米，優(yōu)選為2.5-5毫米。
根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
，當(dāng)所述進料方式為連續(xù)進料時，可以將剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后的未粉碎的薯類原料混合并進行一次粉碎后的一次粉碎產(chǎn)物中的部分取出，繼續(xù)與去皮后的未經(jīng)過粉碎的薯類原料混合并進行一次粉碎，并按照這樣的方法循環(huán)、連續(xù)的進行粉碎。
根據(jù)本發(fā)明的另一個具體實施方式
，當(dāng)所述進料方式為間歇進料時，可以將剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后的未將給粉碎的薯類原料混合并進行一次粉碎后得到的一次粉碎產(chǎn)物直接進行二次粉碎得到二次粉碎產(chǎn)物，也可以將該一次粉碎產(chǎn)物與初次粉碎后的得到的一次粉碎產(chǎn)物混合后一起進行二次粉碎。
可以使用常規(guī)的各種粉碎設(shè)備，例如SFSP系列錘片式粉碎機。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(fā)明的具體實施方案中采用的薯類原料為木薯。所述薯類原料可以為鮮木薯或干木薯，如果采用干木薯，通常需要在一次粉碎前將干木薯與水混合，并可以按照本發(fā)明前述方法中所述加水量來確定水的用量；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為1:1.5-2.5，優(yōu)選為1:1.5-2。
成熟的木薯一般粗4-8厘米，長20-30厘米，薯形粗短，呈短圓柱狀，木薯由內(nèi)及外的機構(gòu)為薯肉，內(nèi)表皮和外表皮，外表皮為深褐色，間有白色環(huán)狀條紋，內(nèi)皮和肉質(zhì)白色。木薯原料的外表皮內(nèi)還含有一層薄皮，即內(nèi)表
ii皮，該內(nèi)表皮中含有氰化物以及一種能引起食物中毒的氰貳——亞麻苦甙。亞麻苦甙被水解后產(chǎn)生氫氰酸。氫氰酸和氰化物都有劇毒，而且中毒非常迅速。它們可以通過多種途徑進入人體，如皮膚吸收、傷口侵入、呼吸道吸入、誤食等，進入人體后，能使中樞神經(jīng)系統(tǒng)癱瘓，使呼吸酶及血液中血紅蛋白中毒，引起呼吸困難，全身細胞會因缺氧窒息而使機體死亡。因此，通常在將木薯原料進行粉碎之前，需要先除去鮮木薯原料的內(nèi)表皮。
除去鮮木薯原料內(nèi)表皮的方法有很多，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用人工去皮的方法除去鮮木薯原料的外表皮及內(nèi)表皮，同時去除原料表面的泥沙。若不除去該層內(nèi)表面或者除去的不徹底會導(dǎo)致木薯原料中氰化物的殘留較大，在酶
解和發(fā)酵過程中，氰化物含量較多會使酶失活，使酵母中毒，以致酵母死亡；
而造成發(fā)酵殘?zhí)橇可?，成熟醪酒度下降，即乙醇產(chǎn)率降低，且生產(chǎn)效率低，工人勞動強度大。
因此，按照本發(fā)明，該方法還優(yōu)選包括使用一種薯類去皮設(shè)備將鮮木薯
原料去皮。如圖1和圖2所示，該去皮設(shè)備包括機座l、滾筒2、螺旋式進給器3和驅(qū)動裝置(圖中未示出)，滾筒2可轉(zhuǎn)動地、傾斜地安裝在機座1上，滾筒2具有進料口4和出料口5，所述螺旋進給器3位于滾筒2中并與滾筒的內(nèi)壁固定連接，所述驅(qū)動裝置用于驅(qū)動滾筒2和螺旋進給器3 —起轉(zhuǎn)動。將薯類原料(即，鮮木薯原料)去皮的方法包括薯類原料通過所述進料口 4放入到所述滾筒2中，利用所述驅(qū)動裝置驅(qū)動滾筒2和螺旋進給器3 —起轉(zhuǎn)動。驅(qū)動滾筒2和螺旋進給器3的轉(zhuǎn)動速度可以為2-50轉(zhuǎn)/分鐘，優(yōu)選為5-25轉(zhuǎn)/分鐘。在螺旋進給器3的推動作用下，薯類原料不斷向前移動；同時薯類原料隨著滾筒2和螺旋進給器3轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)動過程中，薯類原料之間發(fā)生摩擦，薯類原料與滾筒壁和螺旋進給器之間也發(fā)生摩擦，從而將薯類的表皮去除掉，去皮后的薯類從出料口 5排出。
所述滾筒2可以由各種耐磨損材料制成，例如，鋼、橡膠或硬質(zhì)塑料。所述滾筒2中還可以設(shè)置有噴淋裝置，噴淋裝置可以固定安裝在滾筒的內(nèi)壁上，并且位于靠近滾筒的進料口的位置。所述噴淋裝置可以為常規(guī)的各種噴淋裝置。按照本發(fā)明，該方法還可以包括在去皮過程中將水通過噴淋裝置噴淋到薯類原料上將薯類原料上的污物(如泥土、雜質(zhì)等)去除掉。所述噴水量沒有特別限定，只要保證能夠?qū)⑹眍愒仙系奈畚锍ゼ纯伞?br> 優(yōu)選情況下，如圖1所示，所述滾筒2從進口端到出口端包括第一段滾
筒2a和第二段滾筒2b，第一段滾筒2a和第二段滾筒2b連通，第二段滾筒2b中設(shè)置有噴淋裝置。噴淋裝置可以固定安裝在第二段滾筒2b的內(nèi)壁上，并且位于靠近第二段滾筒的進料口的位置。
按照本發(fā)明的方法，為了達到更好的去皮效果，所述滾筒2的內(nèi)壁上還具有摩擦結(jié)構(gòu)。所述摩擦結(jié)構(gòu)可以為各種表面粗糙的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為一條或多條帶肋鋼筋，更優(yōu)選為多條帶肋鋼筋。帶肋鋼筋具有橫肋，可以使用常規(guī)的各種規(guī)格的熱軋帶肋鋼筋和冷軋帶肋鋼筋，如符合GB1499-1998規(guī)定的帶肋鋼筋。帶肋鋼筋的公稱直徑可以為6-25毫米，優(yōu)選為8-20毫米；橫肋間距可以為3-16毫米，優(yōu)選為4-12毫米。帶肋鋼筋的牌號包括但不限于HRB335、HRB400和HRB500。所述帶肋鋼筋與滾筒2的內(nèi)壁固定連接，在滾筒轉(zhuǎn)動過程中，帶肋鋼筋可以對薯類原料起到摩擦作用。為了便于在滾筒2的內(nèi)壁上固定連接帶肋鋼筋，帶肋鋼筋優(yōu)選與滾筒2的中心軸線平行。
所述滾筒2可以水平地或傾斜地安裝在機座1上。當(dāng)所述滾筒水平地安裝時，薯類原料在螺旋進給器3的推動作用下向前移動，最終從滾筒的出料口排出。當(dāng)所述滾筒傾斜地安裝時，進料口的位置比出料口高，薯類原料還可以借助自身的重力作用向下移動(即向前移動)。滾筒2的傾斜角度可以為0-15度，優(yōu)選為5-10度；滾筒2的長度可以為2-10米，優(yōu)選為3.5-7米。當(dāng)滾筒包括所述第一段滾筒和第二段滾筒時，此處的長度是指第一段滾筒和第二段滾筒的長度之和。所述傾斜角度是指滾筒的中心軸與水平線的夾角。對滾筒的內(nèi)直徑?jīng)]有特別的限定，可以根據(jù)需要進行去皮處理的薯類原料的量來選擇合適的滾筒內(nèi)直徑， 一般情況下，滾筒內(nèi)直徑可以為l-2米。
所述螺旋進給器3可以為機械領(lǐng)域常規(guī)的各種螺旋進給器。所述螺旋進
給器3可以通過常規(guī)的各種固定連接方式連接在滾筒2的內(nèi)壁上，例如，如圖2所示，螺旋進給器3通過緊固件8固定連接在滾筒2的內(nèi)壁上。為了達到更好的去皮效果，所述螺旋進給器3的螺距優(yōu)選為0.3-0.8米，螺紋高度優(yōu)選為0.1-0.4米。螺旋進給器可以由各種耐磨損材料制成，例如，鋼、橡膠、尼龍。
本發(fā)明對所述驅(qū)動裝置沒有特別限定，只要能驅(qū)動滾筒2和螺旋進給器3 —起轉(zhuǎn)動即可。例如，所述驅(qū)動裝置可以包括驅(qū)動源、傳動鏈和鏈輪6。如圖3所示，鏈輪6固定在滾筒2上。當(dāng)滾筒2包括第一段滾筒2a和第二段滾筒2b時，優(yōu)選將鏈輪6安裝在第一段滾筒2a和第二段滾筒2b之間。由于滾筒2可轉(zhuǎn)動地安裝在機座1上，因此傳動鏈將驅(qū)動源的動力傳遞給鏈輪時，鏈輪能夠帶動滾筒轉(zhuǎn)動?？赊D(zhuǎn)動的安裝方式可以為常規(guī)的各種方法，例如，可以使用支撐輥或支撐架將滾筒架設(shè)在機座上，使?jié)L筒可以繞中心軸轉(zhuǎn)動。驅(qū)動源可以為各種能夠產(chǎn)生動力的裝置，如電動機。
為了便于進料，該去皮設(shè)備還可以包括風(fēng)車進給器7。如圖1或2所示，風(fēng)車進給器7安裝于滾筒的進料口 4。風(fēng)車進給器7可以為機械領(lǐng)域常規(guī)的各種風(fēng)車進給器。
采用本發(fā)明所述的薯類去皮設(shè)備是利用在滾筒中的薯類原料之間以及薯類原料與筒壁之間的摩擦力的作用而將薯類原料去皮。按照本發(fā)明優(yōu)選的去皮方法對木薯原料進行去皮，氰化物的去除率能夠達到75%以上，原料損失率能夠保持在5重量％以下，因而有利于進一步提高乙醇的產(chǎn)率。
由于薯類原料中可能會含有泥土、沙石雜質(zhì)以及鐵雜質(zhì)，會對去皮設(shè)備造成損害，因此，按照本發(fā)明的方法，還可以包括去皮之前對薯類原料進行
14預(yù)處理的常規(guī)操作，所述預(yù)處理的步驟一般包括除去雜質(zhì)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(zhì)部分以及砂石等雜質(zhì)。 并對木薯進行清洗，所述清洗的方法和設(shè)備為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在這 里不再贅述。
所述酶解步驟可以通過本領(lǐng)域常用的方法完成，比如向粉碎產(chǎn)物中添加 產(chǎn)酶微生物和/或酶，在產(chǎn)酶微生物的生長溫度和/或酶有活力的溫度下保溫 完成。所述產(chǎn)酶微生物為能夠分泌淀粉酶的產(chǎn)酶微生物。所述酶包括淀粉酶。
由于微生物生長會產(chǎn)生副產(chǎn)物，因此優(yōu)選直接加入酶。所述酶的用量越 多越好，出于成本考慮，優(yōu)選以每克粉碎后的產(chǎn)物的干重計，所述淀粉酶的 用量為4_50酶活力單位，更優(yōu)選以每克粉碎后的產(chǎn)物的干重計，所述淀粉
酶的用量為10-30酶活力單位。
本發(fā)明所述酶的酶活力單位的定義為在pH值為6.0、溫度為7(TC的 條件下，1分鐘將1毫克淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖所需的酶量為一個酶活力單位。
所述酶解的溫度可以為淀粉酶的任何最適作用溫度， 一般為50-90°C， 更優(yōu)選60-70°C。所述酶解的時間理論上越長越好，考慮到設(shè)備利用率，優(yōu) 選所述酶解的時間為20-240分鐘，更優(yōu)選為30-120分鐘。所述酶解的pH 值可以為淀粉酶的任何最適作用pH， 一般為3-7，更優(yōu)選pH值為5-6。由 于酶解過程中pH值的波動不大，因此所述酶解的pH值可以按照本領(lǐng)域常 用的方法在加入酶之前進行調(diào)節(jié)，例如先將粉碎產(chǎn)物與水或培養(yǎng)基(加酶一 般與水混合，加入產(chǎn)酶微生物一般與該微生物的培養(yǎng)基)混合，此外，為了 保證蒸餾得到的乙醇的濃度， 一般使所得混合物的固含量為20-40重量％， 根據(jù)所得混合物的pH值，用硫酸溶液或氫氧化鈉將待酶解的混合物pH調(diào) 節(jié)至3-7，更優(yōu)選調(diào)節(jié)至pH值為5-6。
淀粉酶是能夠分解淀粉糖苷鍵的一類酶的總稱，所述淀粉酶一般包括a-淀粉酶、卩-淀粉酶、糖化酶和異淀粉酶。本發(fā)明所述酶包括淀粉酶。
15(X-淀粉酶又稱淀粉1， 4-糊精酶，它能夠任意地、不規(guī)則地切開淀粉鏈 內(nèi)部的ot-l， 4-糖苷鍵，將淀粉水解為麥芽糖、含有6個葡萄糖單位的寡糖 和帶有支鏈的寡糖。生產(chǎn)此酶的微生物主要有枯草桿菌、黑曲霉、米曲霉和 根霉。
卩-淀粉酶又稱淀粉1, 4-麥芽糖苷酶，能夠從淀粉分子非還原性末端切 開l， 4-糖苷鍵，生成麥芽糖。此酶作用于淀粉的產(chǎn)物是麥芽糖與極限糊精。
此酶主要由曲霉、根霉和內(nèi)孢霉產(chǎn)生。
糖化酶又稱淀粉a-l， 4-葡萄糖苷酶，此酶作用于淀粉分子的非還原性 末端，以葡萄糖為單位，依次作用于淀粉分子中的(x-l， 4-糖苷鍵，生成葡 萄糖。此酶作用于支鏈淀粉后的產(chǎn)物有葡萄糖和帶有ot-l， 6-糖苷鍵的寡糖; 作用于直鏈淀粉后的產(chǎn)物幾乎全部是葡萄糖。此酶產(chǎn)生菌主要是黑曲霉(左 美曲霉、泡盛曲霉)、根霉(雪白根酶、德氏根霉)、擬內(nèi)孢霉、紅曲霉。
異淀粉酶又稱淀粉(x-l， 6-葡萄糖苷酶、分枝酶，此酶作用于枝鏈淀粉 分子分枝點處的a-l， 6-糖苷鍵，將枝鏈淀粉的整個側(cè)鏈切下變成直鏈淀粉。 此酶產(chǎn)生菌主要是嫌氣桿菌、芽孢桿菌及某些假單孢桿菌等細菌。
優(yōu)選所述酶解使用的酶還包括磷酸酯酶。因為磷酸酯酶能夠使磷酸與醇 式羥基結(jié)合成酯的磷酸糊精水解成葡萄糖，并釋放出磷酸，具有極明顯的液 化力，所以酶解使用的酶包括磷酸酯酶，可以更充分地水解淀粉，以增加乙 醇產(chǎn)率。
能夠發(fā)酵單糖如葡萄糖和/或果糖、寡糖如蔗糖和/或半乳糖的微生物都 可以用于本發(fā)明的發(fā)酵過程，由于釀酒酵母是釀酒工業(yè)上普遍應(yīng)用的耐酒 精、副產(chǎn)物少、乙醇產(chǎn)率高的發(fā)酵己糖的微生物，因此優(yōu)選所述發(fā)酵所使用 的酵母為釀酒酵母。
以每克酶解產(chǎn)物計，所述發(fā)酵所使用的酵母的接種量為103-108菌落形 成單位，更優(yōu)選104-106菌落形成單位。
16所述菌落形成單位的定義為將稀釋后的一定量的菌液通過澆注或涂布 的方法，讓其內(nèi)的微生物單細胞一一分散在培養(yǎng)基平板上，待培養(yǎng)后，每一 活細胞就形成一個菌落。即每毫升菌液中含有的單細胞的數(shù)目。
本發(fā)明發(fā)酵所使用的酵母可以為商購酵母固體制劑(比如干酵母粉)或
酵母菌種，比如拉斯2號(Rasse II)酵母，又名德國二號酵母、拉斯12號 (RasseXD酵母，又名德國12號酵母、K字酵母、南陽五號酵母(1300) 和南陽混合酵母(1308)。所述酵母的菌落形成單位可以通過本領(lǐng)域公知的 方法測定，比如亞甲基藍染色活菌計數(shù)法。亞甲基藍染色活菌計數(shù)法的具體 方法如下
將1克干酵母粉溶于10毫升無菌水中，或?qū)?毫升菌種活化液用無菌 水稀釋至10毫升，加入0.5毫升0.1重量％亞甲基藍，在35'C下保溫30分 鐘。在IO倍光學(xué)顯微鏡下，用血球計數(shù)板計數(shù)保溫后的溶液中活菌的數(shù)目 (死菌染色，活菌不染色)，可得1克干酵母或1毫升菌種活化液中活菌的 數(shù)目，即菌落形成單位數(shù)。
所述酵母可以采用常規(guī)的方法接種，例如向酶解產(chǎn)物中加入5-15體積％ 的種子液。所述種子液可以為干酵母的水溶液或培養(yǎng)基溶液，也可以為干酵 母或商購菌種的活化種子液。
所述發(fā)酵的溫度可以為任何適于酵母生長的溫度，優(yōu)選為30-36°C，更 優(yōu)選為30-33"C。 pH值為4-6，優(yōu)選為4-4.5。所述發(fā)酵的時間可以為從接種 開始至酵母生長的衰亡期出現(xiàn)(即發(fā)酵時間為遲滯期、對數(shù)期加上穩(wěn)定期) 的時間，優(yōu)選發(fā)酵的時間為50-75小時，更優(yōu)選60-70小時。發(fā)酵產(chǎn)物乙醇 可以用常規(guī)的方法，根據(jù)不同工業(yè)產(chǎn)品的要求(比如燃料酒精要求乙醇的純 度達99%以上)分離并精制，比如蒸餾、濃縮、除水。
根據(jù)本發(fā)明，所述含水量小于60重量Q/^的濾餅可以通過各種方式得到， 例如可以通過對所述廢液進行過濾和壓榨得到的。
17本發(fā)明的發(fā)明人對現(xiàn)有的從薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液中回收固體 殘渣的方法進行了細致的研究，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中通常使用普通的壓濾機對薯 類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液進行過濾，在過濾時廢液進入壓濾機的普通濾板 之間，固體顆粒被濾板的過濾介質(zhì)截留在濾板之間的空間內(nèi)，液體則通過過 濾介質(zhì)，由出孔排出壓濾機外，隨著過濾過程的延續(xù)，濾餅的厚度逐漸增加， 脫水的阻力隨之成倍增大，從而導(dǎo)致處理量的急劇下降，并且由于普通濾板 本身性質(zhì)的限制，過濾壓力無法進一步的提高(一般在lMPa以下)，從而 無法進一步降低得到濾餅的含水量。
根據(jù)本發(fā)明，可以使用各種設(shè)備對所述廢液進行過濾和壓榨，優(yōu)選情況 下，可以使用隔膜壓濾機來實現(xiàn)，隔膜壓濾機具有與普通隔膜壓濾機相同的 過濾功能，還具有對濾餅進行壓榨而使其再次脫水的功能，在隔膜壓濾機中， 普通濾板與隔膜濾板間隔排列，所述隔膜濾板的中間芯板與兩側(cè)隔膜壓緊形 成兩個密封夾層，所述隔膜濾板的過濾功能與普通濾板相同，但增加了壓榨 功能，即，在過濾結(jié)束后將擠壓介質(zhì)從中間芯板入孔注入到密封層中，由于 隔膜的彈性作用，能夠?qū)^濾后的濾餅進行鼓漲壓搾，使濾餅再次脫水。
所述隔膜壓濾機中普通濾板和隔膜濾板的數(shù)量可以根據(jù)廢液的濃度進
行調(diào)整，優(yōu)選情況下，普通濾板的數(shù)量為50-60個，所述普通濾板可以通過 商購得到，例如景津壓濾機集團有限公司生產(chǎn)的廂式濾板；隔膜濾板的數(shù)量 為50-60個，所述隔膜濾板可以通過商購得到，例如景津壓濾機集團有限公 司生產(chǎn)的1250型隔膜濾板；普通濾板與隔膜濾板間隔排列并且普通濾板的 數(shù)量與隔膜濾板的數(shù)量之比為1: 1;符合上述要求的隔膜壓濾機可以通過商 購得到，例如，景津壓濾機集團有限公司生產(chǎn)的XMAZG600/1500x2000UBK 型號的隔膜壓濾機。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用隔膜壓濾機不但能夠顯著的降低壓榨得到的濾餅的 含水量，還能夠大幅度的降低壓榨去除的水中雜質(zhì)的含量，減少了雜質(zhì)對設(shè)
18備的磨損，降低了維護成本；并且去除的水中COD值也較低，減輕了環(huán)境壓力。
本發(fā)明中，所述薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液是指通過木薯發(fā)酵來制備 乙醇時，蒸餾出得到的乙醇以后，殘留的固液混合物。
本發(fā)明中，所述過濾的條件沒有特別的限制，優(yōu)選情況下，所述過濾的
條件包括過濾的壓力為0.4-lMPa，過濾的時間為2-8小時；進一步優(yōu)選為， 所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.5-0.8MPa，過濾時間為4-6小時。
根據(jù)本發(fā)明，所述壓榨的條件沒有特別的限制，優(yōu)選情況下，所述壓榨 的條件包括壓榨的壓力為10-25MPa，壓搾的時間為0.2-2小時；進一步優(yōu)選 為，所述壓榨的條件包括壓榨的壓力為15-20MPa，壓搾的時間為0.5-1小時。
本發(fā)明中，所述壓搾壓力可以通過在隔膜壓濾機中充入擠壓介質(zhì)來實 現(xiàn)，所述擠壓介質(zhì)可以為隔膜壓濾機常用的各種擠壓介質(zhì)，例如，所述擠壓 介質(zhì)可以為壓縮空氣和/或水。
根據(jù)本發(fā)明，所述烘干的設(shè)備可以為各種常規(guī)的烘干設(shè)備，例如，沈陽 遠大公司生產(chǎn)的HZG系列烘干機和北京益民工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的WJI-900B
沸騰干燥機與XLS-100型閃蒸干燥機組合型烘干機。本發(fā)明中，所述烘干的
條件為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如，所述烘干的條件包括烘干溫度為 100-200°C，烘干時間為0.2-2小時；進一步優(yōu)選為，烘干溫度為120-150°C， 烘干時間為0.5-1小時。
下面將通過具體實施例對本發(fā)明做進一步的具體描述。
實施例1
本實施例用于說明本發(fā)明的采用木薯原料制備乙醇的方法。
(1)木薯原料的去皮及粉碎 如下制備如圖l、 2和3所示的去皮設(shè)備。
19滾筒2從上到下包括第一段滾筒2a和第二段滾筒2b，第一段滾筒2a 和第二段滾筒2b連通，第一段滾筒2a和第二段滾筒2b的長度分別為1.8 米和1.6米；所述滾筒2由鋼制成，內(nèi)直徑為1.6米；第一段滾筒2a的內(nèi)壁 上固定40條長度均為1.5米的熱軋帶肋鋼筋(牌號為HRB335，公稱直徑為 12毫米)，各條熱軋帶肋鋼筋與滾筒的中心軸線平行，各條熱軋帶肋鋼筋沿 滾筒內(nèi)壁的圓周等間距地分布，相鄰兩條熱軋帶肋鋼筋之間的圓周距離為 0.125米；第二段滾筒2b的內(nèi)壁上固定50條長度均為1.2米的熱軋帶肋鋼筋 (牌號為HRB500，公稱直徑為16毫米)，各條熱軋帶肋鋼筋與滾筒的中心 軸線平行，各條熱軋帶肋鋼筋沿滾筒內(nèi)壁的圓周等間距地分布，相鄰兩條熱 軋帶肋鋼筋之間的圓周距離為0.1米；滾筒2傾斜地安裝在機座1上，傾斜 角度為5度。螺旋進給器3由橡膠制成，螺距為0.5米，螺紋高度為0.2米； 螺旋進給器3通過緊固件8固定連接在滾筒2的內(nèi)壁上。驅(qū)動裝置包括電動 機、傳動鏈和鏈輪6;鏈輪6固定在滾筒2上，傳動鏈將電動機的動力傳遞 給鏈輪，電動機的功率為5.5千瓦。
啟動電動機，使?jié)L筒2和螺旋進給器3繞滾筒的中心軸轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)速為7 轉(zhuǎn)/分鐘)；將收獲的100千克表面干凈的新鮮木薯(粗4-8厘米，長20-30 厘米，含水量65重量％)連續(xù)通過進料口 4加入到滾筒2中，去皮后的木 薯從出料口 5排出，收集得到95千克去皮后的木薯原料。
將該95千克木薯原料清洗后切成1厘米左右厚的圓片，然后使用SFSP 系列錘片式粉碎機對去皮后的木薯片進行粉碎，所述粉碎的方法包括先將60 千克經(jīng)過去皮的木薯進行一次粉碎20分鐘，得到平均顆粒直徑為4.5毫米(采 用美國PPS公司的Accu Sizer TM 780光學(xué)粒徑檢測儀測定)的一次粉碎產(chǎn) 物60千克，然后將10重量％的該一次粉碎產(chǎn)物60千克與剩余的35千克經(jīng) 過去皮的未經(jīng)過粉碎的鮮木薯原料混合再次進行一次粉碎15分鐘，得到平 均顆粒直徑為3毫米的一次粉碎產(chǎn)物，并將上述全部一次粉碎產(chǎn)物進行二次
20粉碎5分鐘，得到95千克粉碎產(chǎn)物(該粉碎產(chǎn)物中木薯原料的平均顆粒直 徑為2毫米)。
取10克上述粉碎產(chǎn)物過濾并在45。C下烘干至恒重3.4克，稱量300.0 毫克該干燥后的粉碎產(chǎn)物，放置于重80克的IOO毫升干燥三角燒瓶內(nèi)。向 所述三角燒瓶內(nèi)加入3.00毫升濃度為72重量Q/^的硫酸溶液，攪拌1分鐘。 然后將三角燒瓶在3(TC的水浴中放置60分鐘，每隔5分鐘攪拌一次以確保 均勻水解。水解結(jié)束后，用去離子水使硫酸的濃度稀釋到4重量％，然后用 布氏漏斗過濾，共得到濾液84毫升。將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至干燥的50毫升 的三角瓶中。使用2.5克碳酸鈣調(diào)節(jié)該濾液的pH值至5.5，靜置5小時，收 集上層清液。用0.2微米濾膜過濾收集的上層清液，所得濾液用BiomdAminex HPX-87P高效液相色譜(HPLC)分析。HPLC條件進樣量20微升；流動 相為0.2微米濾膜過濾并且超聲振蕩脫氣的HPLC超純水；流速為0.6毫升/ 分鐘；柱溫80-85。C;檢測器溫度80-85。C;檢測器為折光率檢測器；運行時 間為35分鐘。以0.1-4.0毫克/毫升濃度范圍的D- ( + )葡萄糖作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。 HPLC分析得到粉碎產(chǎn)物酸水解液中葡萄糖濃度為3.70毫克/毫升，計算可 得1克所述粉碎產(chǎn)物酸水解能得到重量為0.311克的葡萄糖，因為濃度為72 重量％的硫酸溶液可以將粉碎產(chǎn)物中的淀粉全部水解成葡萄糖，因此所得葡 萄糖的重量是粉碎產(chǎn)物中的淀粉重量的1.11倍，即1克所述粉碎產(chǎn)物中的淀 粉含量為0.280克，則95千克粉碎產(chǎn)物中共含淀粉26.6千克。
(2) 酶解
將步驟(1)取樣測試后剩余的粉碎產(chǎn)物與21千克水混合，調(diào)節(jié)pH值 至5，加熱至7(TC后，以每克粉碎產(chǎn)物的干重計，加入20酶活力單位的01-淀粉酶(諾維信公司購得)，并在7(TC下保溫酶解60分鐘后得到酶解產(chǎn)物。
(3) 發(fā)酵
使酶解產(chǎn)物的溫度降至33"C，以每克酶解產(chǎn)物的重量計，接種105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(fā)酵罐中攪拌培養(yǎng)65小時，在10(TC蒸餾所得 發(fā)酵產(chǎn)物，所得蒸餾餾分在78.3。C下二次蒸餾可得乙醇14.05千克。按照下 式計算乙醇產(chǎn)率，計算結(jié)果見表l。
乙醇產(chǎn)率=100%><乙醇重量/木薯原料中所含淀粉的重量 取100克蒸餾乙醇后的發(fā)酵醪用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn)移至 干燥50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過濾收 集的上層清液，按照上述步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出發(fā)酵 醪中的葡萄糖共342克。并按照下式計算殘?zhí)锹?，計算結(jié)果見表l。 殘?zhí)锹?發(fā)酵醪中殘?zhí)橇?木薯原料中所含淀粉的重量 (4)廢液處理
將發(fā)酵罐中的薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液從發(fā)酵罐中取出，用水沖洗 發(fā)酵罐，將取出的廢液和沖洗后的水混合。
將15批次上述發(fā)酵的廢液混合，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器 有限公司，SH-10A)檢測該混合廢液中的含水量為85重量％。取l噸該混 合廢液加入到隔膜壓濾機(景津壓濾機集團有限司， XMAZG600/1500x2000U\)中進行過濾，所述隔膜壓濾機中普通濾板(景津 壓濾機集團有限公司，廂式濾板)的數(shù)量為50個，隔膜濾板(景津壓濾機 集團有限公司，1250型)的數(shù)量為50個，并且普通濾板與隔膜濾板間隔排 列；所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.8MPa，過濾的時間為2小時，得 到濾餅；之后在隔膜濾板中充入擠壓介質(zhì)空氣，對過濾后的濾餅進行壓榨， 所述壓榨的壓力為lOMPa，壓榨的時間為2小時，得到的濾餅A1。
通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A)檢測濾餅A1 的含水量，結(jié)果如表2所示。
將得到的濾餅A1放入到氣流滾筒型烘干機中(鄭州萬谷機械有限公司，JB/T10279-2001)進行烘干，烘干的溫度為120。C，烘干的時間為1.5小時， 得到固體殘渣D1，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A) 檢測固體殘渣Dl的含水量，固體殘渣Dl的含水量和烘干的能耗如表2所 示。
所述能耗是指烘干除去1千克的水所消耗的煤，單位為千克/千克。 實施例2
本實施例用于說明本發(fā)明的采用木薯原料制備乙醇的方法。 按照實施例1的方法制備乙醇，不同的是，在步驟(1)中采用人工去 皮的方法用刀將木薯原料的內(nèi)表皮刮去，收集得到95千克去皮后的木薯原 料。按照實施例1的方法對木薯原料進行粉碎，得到95千克粉碎產(chǎn)物(該 粉碎產(chǎn)物中木薯原料的平均顆粒直徑為2毫米)。按照實施例1步驟(1)所 述高效液相條件，測定并計算出該95千克粉碎產(chǎn)物中共含淀粉26.5千克。 按照實施例1的條件對取樣測試后剩余的粉碎產(chǎn)物進行酶解，對酶解產(chǎn)物進 行發(fā)酵，得到乙醇13.91千克。
取100克蒸餾乙醇后剩余的發(fā)酵醪用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn) 移至干燥50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過 濾收集的上層清液，按照實施例1步驟(1)所述高效液相條件，測定并計 算出發(fā)酵醪中的葡萄糖共395克。并按照實施例1的公式計算乙醇產(chǎn)率和殘 糖率，計算結(jié)果見表l。
廢液處理
將發(fā)酵罐中的薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液從發(fā)酵罐中取出，用水沖洗 發(fā)酵罐，將取出的廢液和沖洗后的水混合。
將15批次上述發(fā)酵的廢液混合，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器 有限公司，SH-10A)檢測該混合廢液中的含水量為85重量。％。取l噸該混 合廢液加入到隔膜壓濾機(景津壓濾機集團有限公司，
23XMAZG600/1500x2000UBK)中進行過濾，所述隔膜壓濾機中普通濾板(景津 壓濾機集團有限公司，廂式濾板)的數(shù)量為60個，隔膜濾板(景津壓濾機 集團有限公司，1250型)的數(shù)量為60個，并且普通濾板與隔膜濾板間隔排 列；所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.4MPa，過濾的時間為8小時，得 到濾餅；之后在隔膜濾板中充入擠壓介質(zhì)空氣，對過濾后的濾餅進行壓搾， 所述壓搾的壓力為25MPa，壓榨的時間為0.2小時，得到的濾餅A2。
通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A)檢測濾餅A2 的含水量，結(jié)果如表2所示。
將得到的濾餅A2放入到氣流滾筒型烘干機中(鄭州萬谷機械有限公司， JB/T10279-2001)進行烘干，烘干的溫度為180"C，烘干的時間為0.5小時， 得到固體殘渣D2，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A) 檢測固體殘渣D2的含水量，固體殘渣D2的含水量和烘干的能耗如表2所 示。
所述能耗是指烘干除去1千克的水所消耗的煤，單位為千克/千克。 對比例1
本對比例說明采用木薯制備乙醇的參比方法。
按照實施例2的方法制備乙醇，不同的是，將95千克去皮后的木薯原 料與95千克水混合(木薯原料鮮重與水的重量比為1:1)后進行一次粉碎35 分鐘，然后將一次粉碎產(chǎn)物直接進行二次粉碎5分鐘，共得到190千克粉碎 產(chǎn)物(該粉碎產(chǎn)物中木薯原料的平均顆粒直徑為5毫米)。按照實施例1步 驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出該190千克粉碎產(chǎn)物中共含淀粉 26.5千克。采用與實施例1相同的條件對取樣測試后剩余的粉碎產(chǎn)物進行酶 解，對酶解產(chǎn)物進行發(fā)酵，得到乙醇13.51千克。
取100克蒸餾乙醇后剩余的發(fā)酵醪用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn)
24移至干燥50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過 濾收集的上層清液，按照上述步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出
發(fā)酵醪中的葡萄糖共530克。并按照實施例1的公式計算乙醇產(chǎn)率和殘?zhí)锹剩?br> 計算結(jié)果見表1。
根據(jù)與實施例2相同的方法對木薯發(fā)酵制備乙醇的廢液進行過濾，不同 的是將隔膜濾板(景津壓濾機集團有限公司，1250型)替換為普通濾板(景 津壓濾機集團有限公司，廂式濾板)，所述過濾的條件包括過濾的壓力為 0.4MPa，過濾的時間為8小時，得到參比濾餅CA1。
通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A)檢測參比濾 餅CA1的含水量，結(jié)果如表2所示。
將得到的參比濾餅CA1放入到氣流滾筒型烘干機中(鄭州萬谷機械有 限公司，JB/T10279-2001)進行烘干，烘干的溫度為180°C，烘干的時間為 0.5小時，得到固體殘渣CD1，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公 司，SH-10A)檢測參比固體殘渣CD1的含水量，參比固體殘渣CD1的含水 量和烘干的能耗如表2所示。
所述能耗是指烘干除去1千克的水所消耗的煤，單位為千克/千克。
實施例3
本實施例用于說明本發(fā)明的采用木薯原料制備乙醇的方法。 按照實施例1的方法制備乙醇，不同的是，所述粉碎的方法包括使用 SFSP系列錘片式粉碎機先將30千克去皮后的鮮木薯原料進行一次粉碎12 分鐘，得到平均顆粒直徑為5.5毫米的一次粉碎產(chǎn)物30千克，然后將5重量 。％的該一次粉碎產(chǎn)物1.5千克與剩余的25千克經(jīng)過去皮的未經(jīng)過粉碎的鮮木 薯原料混合并再次進行一次粉碎10分鐘，得到平均顆粒直徑為3毫米的一 次粉碎產(chǎn)物55千克，將5重量％的該一次粉碎產(chǎn)物2.75千克再與剩余的40 千克經(jīng)過去皮的未經(jīng)過粉碎的木薯進行一次粉碎15分鐘，共得到一次粉碎
25產(chǎn)物95千克，并將上述一次粉碎產(chǎn)物進行二次粉碎3分鐘，得到95千克粉 碎產(chǎn)物(該粉碎產(chǎn)物中木薯原料的平均顆粒直徑為2毫米)。按照實施例1 步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出該95千克木薯漿液中共含淀粉 26.8千克。
采用與實施例1相同的條件對取樣測試后剩余的粉碎產(chǎn)物進行酶解，對 酶解產(chǎn)物迸行發(fā)酵，得到乙醇14.28千克。
取100克蒸餾乙醇后剩余的發(fā)酵醪用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn) 移至干燥50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過 濾收集的上層清液，按照上述步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出 發(fā)酵醪中的葡萄糖共292克。并按照實施例1的公式計算乙醇產(chǎn)率和殘?zhí)锹剩?計算結(jié)果見表l。
廢液處理
將發(fā)酵罐中的薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液從發(fā)酵罐中取出，用水沖洗 發(fā)酵罐，將取出的廢液和沖洗后的水混合。
將15批次上述發(fā)酵的廢液混合，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器 有限公司，SH-10A)檢測該混合廢液中的含水量為85重量％。取1噸該混 合廢液加入到隔膜壓濾機(景津壓濾機集團有限公司， XMAZG600/1500x2000UBK)中進行過濾，所述隔膜壓濾機中普通濾板(景津 壓濾機集團有限公司，廂式濾板)的數(shù)量為55個，隔膜濾板(景津壓濾機 集團有限公司，1250型)的數(shù)量為55個，并且普通濾板與隔膜濾板間隔排 列；所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.5MPa，過濾的時間為6小時，得 到濾餅；之后在隔膜濾板中充入擠壓介質(zhì)空氣，對過濾后的濾餅進行壓搾， 所述壓榨的壓力為20MPa，壓搾的時間為0.5小時，得到的濾餅A3。
通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A)檢測濾餅A3 的含水量，結(jié)果如表2所示。
26將得到的濾餅A3放入到氣流滾筒型烘干機中(鄭州萬谷機械有限公司，
JB/T10279-2001)進行烘干，烘干的溫度為12(TC，烘干的時間為0.5小時， 得到固體殘渣D3，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A) 檢測固體殘渣D3的含水量，固體殘渣D3的含水量和烘干的能耗如表2所不。
所述能耗是指烘干除去1千克的水所消耗的煤，單位為千克/千克。
本實施例用于說明本發(fā)明的采用木薯原料制備乙醇的方法。 按照實施例1的方法制備乙醇，不同的是，將64千克鮮木薯按照實施 例1的方法進行去皮得到61千克木薯原料，并切片，然后將61千克去皮后 的鮮木薯原料與40千克干木薯片(含水量為13重量％)與65千克水混合 后得到的166千克混合物進行粉碎，粉碎的方法包括使用SFSP系列錘片式 粉碎機先將40千克經(jīng)過去皮的木薯原料混合物進行一次粉碎20分鐘，得到 木薯平均顆粒直徑為5.5毫米的一次粉碎產(chǎn)物40千克，然后將8重量％的該 粉碎產(chǎn)物3.2千克與剩余的木薯原料混合物中的30千克混合并重新進行一次 粉碎10分鐘，得到木薯平均顆粒直徑為4.5毫米的一次粉碎產(chǎn)物共70千克， 將該一次粉碎產(chǎn)物的10重量％的該粉碎產(chǎn)物7千克再與剩余的木薯原料混 合物中的40千克混合物進行一次粉碎10分鐘，得到平均顆粒直徑為3.5毫 米的一次粉碎產(chǎn)物共110千克，將該一次粉碎產(chǎn)物的6重量％的該粉碎產(chǎn)物 6.6千克再與剩余的木薯原料混合物中的56千克混合物進行一次粉碎10分 鐘，得到平均顆粒直徑為2毫米的一次粉碎產(chǎn)物166千克，并將上述全部一 次粉碎產(chǎn)物進行二次粉碎5分鐘，得到166千克粉碎產(chǎn)物(該粉碎產(chǎn)物中木 薯原料的平均顆粒直徑為1.6毫米)。按照實施例1步驟(1)所述高效液相 條件，測得并計算出166千克粉碎產(chǎn)物中共含淀粉43.65千克。
采用與實施例1相同的條件對取樣測試后的粉碎產(chǎn)物進行酶解，不同的
27是，酶解時加水量為30千克，對酶解產(chǎn)物進行發(fā)酵，得到乙醇23.48千克。 取100克蒸餾乙醇后剩余的發(fā)酵醪用布氏漏斗過濾，將20毫升濾液轉(zhuǎn) 移至干燥50毫升的三角瓶中，靜置5小時，收集上層清液。0.2微米濾膜過 濾收集的上層清液，按照上述步驟(1)所述高效液相條件，測定并計算出 發(fā)酵醪中的葡萄糖共566克。并按照實施例1的公式計算乙醇產(chǎn)率和殘?zhí)锹剩?計算結(jié)果見表l。 廢液處理
將發(fā)酵罐中的薯類原料發(fā)酵制備乙醇的廢液從發(fā)酵罐中取出，用水沖洗 發(fā)酵罐，將取出的廢液和沖洗后的水混合。
將15批次上述發(fā)酵的廢液混合，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器 有限公司，SH-10A)檢測該混合廢液中的含水量為85重量％。取l噸該混 合廢液加入到隔膜壓濾機(景津壓濾機集團有限公司， XMAZG600/1500x2000U\)中進行過濾，所述隔膜壓濾機中普通濾板(景津 壓濾機集團有限公司，廂式濾板)的數(shù)量為55個，隔膜濾板(景津壓濾機 集團有限公司，1250型)的數(shù)量為55個，并且普通濾板與隔膜濾板間隔排 列；所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.5MPa，過濾的時間為6小時，得 到濾餅；之后在隔膜濾板中充入擠壓介質(zhì)空氣，對過濾后的濾餅進行壓榨， 所述壓榨的壓力為20MPa，壓榨的時間為0.5小時，得到的濾餅A4。
通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A)檢測濾餅A4 的含水量，結(jié)果如表2所示。
將得到的濾餅A4放入到氣流滾筒型烘干機中(鄭州萬谷機械有限公司， JB/T10279-2001)進行烘干，烘干的溫度為12(TC，烘干的時間為0.5小時， 得到固體殘渣D4，通過水份測定儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司，SH-10A) 檢測固體殘渣D4的含水量，固體殘渣D4的含水量和烘干的能耗如表2所 示。所述能耗是指烘干除去1千克的水所消耗的煤，單位為千克/千克。
表l
實施例或?qū)Ρ壤龑嵤├?實施例2對比例1實施例3實施例4
乙醇產(chǎn)率(％)52.852.551.053.353.8
殘?zhí)锹?％)1.31.52.0U1.3
本發(fā)明的方法不但消耗水的量少，能夠在短時間內(nèi)完成粉碎，消耗的能 量較少，設(shè)備的利用率高，粉碎效果高，同時采用本發(fā)明的二次粉碎的方法 能夠很好的控制粉碎后的得到的粉碎產(chǎn)物中薯類原料顆粒的粒徑，使最終得 到的薯類原料顆粒的粒徑小且均勻。
從上表1中的數(shù)據(jù)可以看出，采用本發(fā)明提供的薯類原料制備乙醇的方 法得到的乙醇的淀粉乙醇的產(chǎn)率明顯高于由參比方法得到的乙醇的淀粉乙 醇的產(chǎn)率，且與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的制備乙醇的方法的殘?zhí)锹蚀蟠蠼档汀?br> 表2
實施例編號濾餅含水量固體殘渣含水量能耗
(重量％)(重量％)(千克/千克)
實施例16010%0.17
對比例17810%0.31
實施例25011%0.09
實施例35512%0.12
實施例45211%0.11
從上表2可以看出，本發(fā)明實施例l-4得到的濾餅Al-A4的含水量分別 為60重量％、 50重量％、 55重量％和52重量。％，而對比例1得到的參比 濾餅CA1的含水量則高達78重量％，說明通過本發(fā)明提供的方法對廢液進 行壓榨得到的濾餅的含水量顯著的降低，并且實施例l-4與對比例1相比， 烘干所需的能耗大幅度的減少，說明通過本發(fā)明提供的方法能夠大幅度的降 低回收固體殘渣所需的能耗。
29通過以下方法分別檢測實施例1-4中壓榨去除的水的雜質(zhì)含量和COD
值
雜質(zhì)含量的檢測
分別將實施例l-4壓榨去除的水進行攪拌均勻，形成懸浮液；然后取懸
浮液1000克，靜置24小時，除去上清溶液，并稱取沉淀物的重量，得到壓 榨去除的水中雜質(zhì)的含量，結(jié)果如表3所示。 COD值的檢測
通過國家標(biāo)準(zhǔn)GB11914-89水質(zhì)一化學(xué)需氧量測定一重鉻酸鉀法分別檢 測實施例1-3處理得到的廢水的COD值，結(jié)果如表3所示。
對比例2
通過與實施例5-8相同的方法，檢測對比例1處理得到的廢水中的雜質(zhì)
含量和COD值，結(jié)果如表3所示。 表3
實施例編號雜質(zhì)含量(重量％)COD值(毫克/升)
實施例50.05%35000
對比例20.55%76000
實施例60.04%34000
實施例70.06%32000
實施例80.07%33000
從表3可以看出，與對比例1壓搾去除的水相比，本發(fā)明實施例l-4壓 榨去除的水的雜質(zhì)含量和COD值的雜質(zhì)含量和COD值顯著的降低，說明通 過本發(fā)明提供的方法不但能夠大幅度的降低回收固體殘渣所需的能耗，還能 夠顯著的降低壓榨去除的水的雜質(zhì)含量和COD值，從而見減少了雜質(zhì)對設(shè) 備的磨損，降低了維護成本；同時也降低了環(huán)境壓力。
30
權(quán)利要求
1、一種采用薯類原料制備乙醇的方法，該方法包括將去皮后的薯類原料粉碎，將粉碎后的產(chǎn)物與酶混合、酶解，得到酶解產(chǎn)物；發(fā)酵該酶解產(chǎn)物，從發(fā)酵產(chǎn)物中分離乙醇，然后從廢液中回收固體殘渣，其特征在于，所述粉碎的方法包括先將去皮后的薯類原料進行一次粉碎，得到一次粉碎產(chǎn)物，將部分一次粉碎產(chǎn)物進行二次粉碎，得到二次粉碎產(chǎn)物，將剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后的未粉碎的薯類原料混合然后進行一次粉碎；所述從廢液中回收固體殘渣的方法包括去除廢液中的水，得到含水量小于60重量％的濾餅，然后對濾餅進行烘干，得到固體殘渣。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物為全 部一次粉碎產(chǎn)物重量的5-20重量。z^剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物占剩余部分 的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后未粉碎的薯類原料的總重量的5-20重量％。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物為全 部一次粉碎產(chǎn)物重量的5-10重量％;剩余部分的一次粉碎產(chǎn)物占剩余部分 的一次粉碎產(chǎn)物與去皮后未粉碎的薯類原料的總重量的5-10重量％。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 一次粉碎產(chǎn)物中，薯類原料的 平均顆粒直徑為2.5-10毫米；二次粉碎產(chǎn)物中，薯類原料的平均顆粒直徑為 1.6毫米至小于2.5毫米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述含水量小于60重量％的濾 餅是通過對所述廢液進行過濾和壓榨得到的。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述過濾的條件包括過濾的壓力為0.4-lMPa，過濾的時間為2-8小時。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述過濾的條件包括過濾的壓 力為0.5-0.8MPa，過濾時間為4-6小時。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述壓榨的條件包括壓搾的壓 力為10-25MPa，壓搾的時間為0.2-2小時。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述壓榨的條件包括壓榨的壓 力為15-20MPa，壓榨的時間為0.5-1小時。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述過濾和壓榨是通過隔膜壓 濾機實現(xiàn)的。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述烘干的條件包括烘干溫度 為100-200°C，烘干時間為0.2-2小時。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述薯類原料為鮮木薯與干木 薯的混合物，所述干木薯與鮮木薯的重量比為1:1.5-2.5。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述薯類原料為鮮木薯，鮮木 薯通過使用一種薯類去皮設(shè)備進行去皮，該薯類去皮設(shè)備包括機座(1)、滾 筒(2)、螺旋式進給器(3)和驅(qū)動裝置，滾筒(2)可轉(zhuǎn)動地安裝在機座(1) 上，滾筒(2)具有進料口 (4)和出料口 (5)，所述螺旋進給器(3)位于 滾筒(2)中并與滾筒的內(nèi)壁固定連接，所述驅(qū)動裝置用于驅(qū)動滾筒(2)和 螺旋進給器(3) —起轉(zhuǎn)動；鮮木薯去皮的方法包括鮮木薯通過所述進料口(4)放入到所述滾筒(2)中，利用所述驅(qū)動裝置驅(qū)動滾筒(2)和螺旋進 給器(3) —起轉(zhuǎn)動。
14、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述滾筒(2)的內(nèi)壁上具有 摩擦結(jié)構(gòu)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述摩擦結(jié)構(gòu)為一條或多條 帶肋鋼筋。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述帶肋鋼筋與滾筒(2)的 中心軸線平行。
17、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述滾筒(2)的傾斜角度為 0-15度，長度為2-10米；滾筒(2)和螺旋進給器(3)的轉(zhuǎn)動速度為2-50轉(zhuǎn)/分鐘。
18、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述螺旋進給器(3)的螺距 為0.3-0.8米，螺紋高度為0.1-0.4米。
19、 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述驅(qū)動裝置包括驅(qū)動源、 傳動鏈和鏈輪(6)，鏈輪(6)固定在滾筒(2)上，傳動鏈將驅(qū)動源的動力 傳遞給鏈輪。
20、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述酶解使用的酶包括淀粉酶， 以每克粉碎后的產(chǎn)物的干重計，所述淀粉酶的用量為4-50酶活力單位；所 述酶解的溫度為50-90°C，所述酶解的時間為20-240分鐘，所述酶解的pH值為3-7。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述淀粉酶為(x-淀粉酶、糖化酶、轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶和磷酸酯酶中的一種或幾種。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，以每克酶解產(chǎn)物計，所述發(fā)酵 所使用的酵母的接種量為103-108菌落形成單位，所述發(fā)酵的溫度為30-36°C ， 發(fā)酵的時間為50-75小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種采用薯類原料制備乙醇的方法，采用本發(fā)明提供的薯類原料制備乙醇的方法得到的乙醇的淀粉乙醇的產(chǎn)率明顯高于由現(xiàn)有方法得到的乙醇的淀粉乙醇的產(chǎn)率，且與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的制備乙醇的方法的殘?zhí)锹蚀蟠蠼档?；并且通過本發(fā)明提供的方法不但能夠大幅度的降低回收固體殘渣所需的能耗，還能夠顯著的降低壓榨去除的水的雜質(zhì)含量和COD值，從而減少了雜質(zhì)對設(shè)備的磨損，降低了維護成本；同時也降低了環(huán)境壓力。
文檔編號C12P7/06GK101487027SQ200810056219
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月15日
發(fā)明者劉志民, 勇 姜, 岳國君, 林海龍, 王東濤, 鄧立康 申請人:中糧集團有限公司