CN110184185A - 淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺。本发明公开的淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，增加余热回收再利用设备，将淀粉质原料发酵生产酒精后蒸馏工段的二次蒸汽收集后，输送至蒸汽换热装置对淀粉质原料进行换热，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本，提高企业竞争力的目的；同时在淀粉质原料二次液化前补加淀粉酶和对淀粉质原料过滤，提高淀粉质原料液化质量，将长链淀粉结构水解为短链葡萄糖结构，以利于后期发酵提高酒精得率。

Description

淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺
技术领域
本发明属于淀粉质原料生产酒精用设备技术领域，具体而言，涉及淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺。
背景技术
现有技术中，在利用小麦粉、玉米粉等淀粉质原料生产酒精时，其采用的工艺方法一般包含原料粉碎—液化—糖化—发酵—蒸馏—糟渣分离等工艺步骤，在原料一次粉碎后，在液化过中需要将小麦粉或玉米粉先与液化酶混合搅拌后，送入进行升温至80-90℃液化成液化醪，然后将液化醪进行糖化后发酵、蒸馏，其中多环节的高温蒸汽直接冷却，造成大量热量的损失和能源浪费。与此同时，在实际工业生产中，淀粉质原料液化并不彻底，导致酒精发酵得率较低，其中淀粉质原料液化与淀粉质原料粉碎程度、液化温度、液化酶等多因素有关。
因此，如何能够将淀粉质原料蒸煮后高温蒸汽的热量及液化醪的热量回收再利用，从而达到降低酒精生产成本，节能减排的目的；同时提高淀粉质原料液化质量是本领域人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题至少之一，本发明公开的淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，增加余热回收再利用设备，将淀粉质原料发酵生产酒精后蒸馏工段的二次蒸汽收集后，输送至蒸汽换热装置对淀粉质原料进行换热，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本，提高企业竞争力的目的；同时在淀粉质原料二次液化前补加淀粉酶和对淀粉质原料过滤，提高淀粉质原料液化质量，将长链淀粉结构水解为短链葡萄糖结构，以利于后期发酵提高酒精得率。
有鉴于此，本发明提出了一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，包括：绞龙一、拌料装置一、蒸汽换热装置、蠕动泵加液化酶装置、拌料装置二、液化装置和糖化装置；其中绞龙一连接拌料装置一；拌料装置一连接蒸汽换热装置；蒸汽换热装置连接拌料装置二；蠕动泵加液化酶装置连接蒸汽换热装置；拌料装置二连接液化装置；液化装置分别连接糖化装置和拌料装置一。
优选的，液化设备还包括输送管以及与输送管适配的上料泵；其中输送管上设置阀门。
优选的，液化设备还包括真空泵；其中真空泵与拌料装置一连接。
优选的，蒸汽换热装置与蒸馏工艺中的二次蒸汽连接。
其中，淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶通过绞龙一加入拌料装置一中，其中绞龙一出料口与拌料装置一进料口连接，淀粉质混合料在拌料装置一中进行预热后通过输送管运输到蒸汽换热装置进行换热，再将换热后的淀粉质混合料输送至拌料装置二；同时由蠕动泵加液化酶装置再次加入淀粉酶至拌料装置二。淀粉质混合料经过二次加酶后，运输到液化装置进行液化和放热形成液化醪，最后输送到糖化装置进行糖化。
其中，液化装置的热气出口连接拌料装置一的热气进口。
其中淀粉酶在淀粉质混合料进行高温预热过程中活性被破坏，且实际生产中淀粉质原料虽然经过粉碎后再通过绞龙一加入拌料装置一中，但是因其粉碎量过大，淀粉质原料粉碎并不均匀；且淀粉酶部分丧失活性不能对淀粉质原料进行充分酶解，使淀粉质原料长链淀粉结构不能完全水解为短链葡萄糖结构，造成液化不充分，导致后期微生物发酵酒精得率较低。在该技术方案中，本发明经过两次加入淀粉酶对淀粉质原料进行两次充分酶解，克服了传统技术中淀粉酶使得淀粉质原料酶解不充分的技术障碍。
同时，本发明增加余热回收再利用设备，将淀粉质混合料蒸馏后的二次蒸汽收集后，输送至蒸汽换热装置对淀粉质混合料进行换热，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本，提高企业竞争力的目的。
进一步的，拌料装置一包括三个相互串联的拌料罐，分别为一级拌料罐、二级拌料罐和三级拌料罐；一级拌料罐与绞龙一连接；一级拌料罐与二级拌料罐之间设置一级吸热塔及与一级吸热塔相适配的一级气液分离器；二级拌料罐与三级拌料罐之间设置二级吸热塔及与二级吸热塔相适配的二级气液分离器。
其中绞龙一出料口与一级拌料罐进料口连接，一级拌料罐出料口连接一级吸热塔进料口；一级吸热塔出料口连接二级拌料罐进料口；一级吸热塔热气体进口连接液化装置热气体出口；一级吸热塔气体出口连接一级气液分离器气体进口；一级气液分离器气体出口连接真空泵。
同时，二级拌料罐出料口连接二级吸热塔进料口；二级吸热塔出料口连接三级拌料罐进料口；二级吸热塔热气体进口连接蒸汽换热装置热气体出口；二级吸热塔气体出口连接二级气液分离器气体进口；二级气液分离器气体出口连接真空泵。
最后，三级拌料罐出料口连接蒸汽换热装置进料口。
本发明将淀粉质混合料经过拌料装置分别进行加热，其中加热的热气体分别来源于蒸汽换热装置和液化装置中的回收热气体，回收热气体可分别达到55~65℃和85~95℃，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本。
进一步的，蒸汽换热装置包括蒸汽喷射器和一级放热塔；一级放热塔设置在蒸汽喷射器下游；蒸汽喷射器与一级放热塔之间设置过料柱；蒸汽喷射器分别与三级拌料罐和过料柱连接；一级放热塔分别与过料柱和二级吸热塔连接。
其中三级拌料罐出料口连接蒸汽喷射器进料口；蒸汽喷射器出料口连接过料柱进料口；蒸汽喷射器蒸汽进口连接蒸馏工艺中的二次蒸汽出口；过料柱出料口连接一级放热塔进料口；一级放热塔出料口连接拌料装置二进料口；一级放热塔热气体出口连接二级吸热塔热气体进口。
蠕动泵加液化酶装置出料口连接一级放热塔出料口。
进一步的，蒸汽喷射器包括两个相互并联的一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器；一级蒸汽喷射器分别与三级拌料罐和过料柱连接；二级蒸汽喷射器分别与三级拌料罐和过料柱连接。
其中三级拌料罐出料口分别连接一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器进料口；一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器出料口均连接过料柱进料口；一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器蒸汽进口均连接蒸馏工艺中的二次蒸汽出口。
本发明中一级蒸汽喷射器为备用装置，只有在二级蒸汽喷射器出现故障后进行投入使用。
进一步的，过料柱包括三个相互串联的一级过料柱、二级过料柱和三级过料柱；三级过料柱与一级放热塔连接；一级过料柱分别与一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器连接。
其中一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器出料口均连接一级过料柱进料口；一级过料柱出料口连接二级过料柱进料口；二级过料柱出料口连接三级过料柱进料口；三级过料柱出料口连接一级放热塔进料口。
本发明中过料柱的设置既能对其中的淀粉质混合料进行缓冲存储，实现保温存储功能，其中淀粉质混合料从一级过料柱到三级过料柱的时间约30-60min，以便于将淀粉质混合料进行淀粉酶解。其次，蒸汽喷射器的设置进一步对淀粉质混合料进行加热，可使得淀粉质混合料加快液化速率，增强液化效果。
进一步的，拌料装置二包括四级拌料罐、过滤器和纾解机；四级拌料罐连接一级放热塔；过滤器设置在四级拌料罐下游；过滤器分别连接纾解机和液化装置；纾解机与二级拌料罐连接。
其中一级放热塔出料口连接四级拌料罐进料口，四级拌料罐出料口连接过滤器进料口，对淀粉酶酶解后的淀粉质混合料进行过滤，过滤器出料口分别连接纾解机和液化装置进料口；其中粒径为3~5mm淀粉质混合料输送至纾解机；余下的淀粉质混合料输送至液化装置。
纾解机出料口连接二级拌料罐进料口，纾解机将粒径为3~5mm淀粉质混合料进行料纾解消化为1 mm后输送至二级拌料罐。
本发明利用过滤器对淀粉酶消化后的淀粉质混合料进行过滤，将粒径为3~5mm淀粉质混合料筛选出，纾解消化为1 mm后输送至二级拌料罐进行加热分解，使淀粉质原料液化充分，使其长链淀粉结构完全水解为短链葡萄糖结构，增加发酵后期微生物利用率，提高微生物发酵酒精得率。
进一步的，液化装置包括二级放热塔和液化罐；液化罐分别与过滤器和二级放热塔连接；二级放热塔与糖化装置连接。
其中，过滤器出料口连接液化罐进料口；液化罐出料口连接二级放热塔进料口；二级放热塔出料口连接糖化装置进料口。同时二级放热塔热气体出口连接一级吸热塔热气体进口。
其中，利用淀粉质原料生产酒精的液化设备对淀粉质原料进行液化的液化方法，包括以下工艺步骤：
（1）混料
将淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶混合搅拌后温度为35-45℃；
（2）预热
将步骤（1）中的混合料分别升温至45-60℃和70-75℃；
（3）蒸汽换热
将步骤（2）中淀粉质混合料利用蒸汽加热至85-95℃，保持30-60min后，再经过放热，将淀粉质混合料降温至80-90℃；
（4）二次加酶
再次加入淀粉酶后将淀粉质混合料过滤，粒径为3~5mm淀粉质混合料纾解消化为1 mm后输送至二级拌料罐；余下淀粉质混合料进行液化，保持温度为80-90℃成为液化醪；
（5）放热
将液化醪进行放热降温至 55-65℃，后进行糖化工艺。
本发明中淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶通过绞龙一加入一级拌料罐中混合搅拌，温度为35-45℃，混合料分别通过一级吸热塔和二级吸热塔升温至45-60℃和70-75℃。淀粉质混合料在蒸汽喷射器中利用蒸馏工艺中的二次蒸汽加热至85-95℃，并输送至一级过料柱、二级过料柱和三级过料柱中进行充分保温，其中一级过料柱到三级过料柱的总共时间为30-60min。最后再将淀粉质混合料经过一级放热塔进行放热，将淀粉质混合料降温至80-90℃；一级放热塔内热气体回收至二级吸热塔。
当淀粉质混合料降温至80-90℃时，根据淀粉酶解情况再次补加淀粉酶，并将淀粉质混合料输送至过滤器过滤，将粒径为3~5mm淀粉质混合料筛选出，利用纾解机纾解消化为1 mm后输送至二级拌料罐进行加热分解；余下的淀粉质混合料输送至液化罐保持温度为80-90℃成为液化醪；液化醪输送至二级放热塔进行放热，将液化醪输进行放热降温至 55-65℃；二级放热塔热气体回收至一级吸热塔。
通过以上技术方案，本发明提出了淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，本发明公开的淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，增加余热回收再利用设备，将淀粉质原料发酵生产酒精后蒸馏工段的二次蒸汽收集后，输送至蒸汽换热装置对淀粉质原料进行换热，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本，提高企业竞争力的目的；同时在淀粉质原料二次液化前补加淀粉酶和对淀粉质原料过滤，提高淀粉质原料液化质量，将长链淀粉结构水解为短链葡萄糖结构，以利于后期发酵提高酒精得率。
附图说明
图1示出了本发明中淀粉质原料生产酒精的二次液化设备结构示意图。
其中，1为绞龙一、2为拌料装置一、3为蒸汽换热装置、4为蠕动泵加液化酶装置、5为拌料装置二、6为液化装置、7为糖化装置；8为真空泵、201为一级拌料罐、202为二级拌料罐、203为三级拌料罐、204为一级吸热塔、205为一级气液分离器、206为二级吸热塔、207为二级气液分离器、301为一级蒸汽喷射器、302为二级蒸汽喷射器、303为一级过料柱、304为二级过料柱、305为三级过料柱、306为一级放热塔、501为四级拌料罐、502为过滤器、503为纾解机、601为二级放热塔、602为液化罐。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提出了淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，本发明公开的淀粉质原料生产酒精的二次液化设备及液化工艺，增加余热回收再利用设备，将淀粉质原料发酵生产酒精后蒸馏工段的二次蒸汽收集后，输送至蒸汽换热装置对淀粉质原料进行换热，从而实现生产余热进行回收再利用，达到节能减排，降低酒精的生产成本，提高企业竞争力的目的；同时在淀粉质原料二次液化前补加淀粉酶和对淀粉质原料过滤，提高淀粉质原料液化质量，将长链淀粉结构水解为短链葡萄糖结构，以利于后期发酵提高酒精得率。其具体结构如图1。
如图1，本发明提出了一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，包括：绞龙一1、拌料装置一2、蒸汽换热装置3、蠕动泵加液化酶装置4、拌料装置二5、液化装置6和糖化装置7；其中绞龙一1连接拌料装置一2；拌料装置一2连接蒸汽换热装置3；蒸汽换热装置3连接拌料装置二5；蠕动泵加液化酶装置4连接蒸汽换热装置3；拌料装置二5连接液化装置6；液化装置6分别连接糖化装置7和拌料装置一2。
为了进一步优化本技术方案，提出了液化设备还包括输送管以及与输送管适配的上料泵；其中输送管上设置阀门。
为了进一步优化本技术方案，提出了液化设备还包括真空泵8；其中真空泵8与拌料装置一2连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了蒸汽换热装置3与蒸馏工艺中的二次蒸汽连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了拌料装置一2包括三个相互串联的拌料罐，分别为一级拌料罐201、二级拌料罐202和三级拌料罐203；一级拌料罐201与绞龙一1连接；一级拌料罐201与二级拌料罐202之间设置一级吸热塔204及与一级吸热塔204相适配的一级气液分离器205；二级拌料罐202与三级拌料罐203之间设置二级吸热塔206及与二级吸热塔206相适配的二级气液分离器207。
为了进一步优化本技术方案，提出了蒸汽换热装置3包括蒸汽喷射器和一级放热塔306；一级放热塔306设置在蒸汽喷射器下游；蒸汽喷射器与一级放热塔306之间设置过料柱；蒸汽喷射器分别与三级拌料罐203和过料柱连接；一级放热塔306分别与过料柱和二级吸热塔206连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了蒸汽喷射器包括两个相互并联的一级蒸汽喷射器301和二级蒸汽喷射器302；一级蒸汽喷射器301分别与三级拌料罐203和过料柱连接；二级蒸汽喷射器分别与三级拌料罐203和过料柱连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了过料柱包括三个相互串联的一级过料柱303、二级过料柱304和三级过料柱305；三级过料柱305与一级放热塔306连接；一级过料柱303分别与一级蒸汽喷射器301和二级蒸汽喷射器302连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了拌料装置二5包括四级拌料罐501、过滤器502和纾解机503；四级拌料罐501连接一级放热塔306；过滤器502设置在四级拌料罐501下游；过滤器502分别连接纾解机503和液化装置6；纾解机503与二级拌料罐202连接。
为了进一步优化本技术方案，提出了液化装置6包括二级放热塔601和液化罐602；液化罐602分别与过滤器502和二级放热塔601连接；二级放热塔601与糖化装置7连接。
本实施例中淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶通过绞龙一1加入拌料装置一2中，其中绞龙一1出料口与一级拌料罐201进料口连接，一级拌料罐201出料口连接一级吸热塔204进料口；一级吸热塔204出料口连接二级拌料罐202进料口；一级吸热塔204热气体进口连接二级放热塔601热气体出口；一级吸热塔204气体出口连接一级气液分离器205气体进口；一级气液分离器205气体出口连接真空泵8。同时，二级拌料罐202出料口连接二级吸热塔206进料口；二级吸热塔206出料口连接三级拌料罐203进料口；二级吸热塔206热气体进口连接一级放热塔306热气体出口；二级吸热塔206气体出口连接二级气液分离器207气体进口；二级气液分离器207气体出口连接真空泵8；其中其中三级拌料罐203出料口分别连接一级蒸汽喷射器301和二级蒸汽喷射器302进料口。
一级蒸汽喷射器301和二级蒸汽喷射器302出料口均连接一级过料柱303进料口；一级蒸汽喷射器301和二级蒸汽喷射器302蒸汽进口均连接蒸馏工艺中的二次蒸汽出口。一级过料柱303出料口连接二级过料柱304进料口；二级过料柱304出料口连接三级过料柱305进料口；三级过料柱305出料口连接一级放热塔306进料口。蠕动泵加液化酶装置4出料口连接一级放热塔306出料口。
其中一级放热塔306出料口连接四级拌料罐501进料口，四级拌料罐501出料口连接过滤器502进料口，对淀粉酶酶解后的淀粉质混合料进行过滤，过滤器502出料口分别连接纾解机503和液化装置6进料口；其中粒径为3~5mm淀粉质混合料输送至纾解机503，纾解机503出料口连接二级拌料罐202进料口；余下的淀粉质混合料输送至液化罐602进料口；液化罐602出料口连接二级放热塔601进料口；二级放热塔601出料口连接糖化装置7进料口。
本发明中淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶通过绞龙一1加入一级拌料罐201中混合搅拌，温度为45℃，混合料分别通过一级吸热塔204和二级吸热塔206升温至60℃和75℃。淀粉质混合料在蒸汽喷射器中利用蒸馏工艺中的二次蒸汽加热至90℃，并输送至一级过料柱303、二级过料柱304和三级过料柱305中进行充分保温，其中一级过料柱303到三级过料柱305的总共时间为45min。最后再将淀粉质混合料经过一级放热塔306进行放热，将淀粉质混合料降温至82℃；一级放热塔306内热气体回收至二级吸热塔206。
当淀粉质混合料降温至82℃时，根据淀粉酶解情况再次补加淀粉酶，并将淀粉质混合料输送至过滤器502过滤，将粒径为3~5mm淀粉质混合料筛选出，利用纾解机503纾解消化为1 mm后输送至二级拌料罐202进行加热分解；余下的淀粉质混合料输送至液化罐602保持温度为84℃成为液化醪；液化醪输送至二级放热塔601进行放热，将液化醪输进行放热降温至60℃；二级放热塔601热气体回收至一级吸热塔204。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，包括：绞龙一、拌料装置一、蒸汽换热装置、蠕动泵加液化酶装置、拌料装置二、液化装置和糖化装置；其中所述绞龙一连接所述拌料装置一；所述拌料装置一连接所述蒸汽换热装置；所述蒸汽换热装置连接所述拌料装置二；所述蠕动泵加液化酶装置连接所述蒸汽换热装置；所述拌料装置二连接所述液化装置；所述液化装置分别连接所述糖化装置和所述拌料装置一。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述拌料装置一包括三个相互串联的拌料罐，分别为一级拌料罐、二级拌料罐和三级拌料罐；所述一级拌料罐与所述绞龙一连接；所述一级拌料罐与所述二级拌料罐之间设置一级吸热塔及与所述一级吸热塔相适配的一级气液分离器；所述二级拌料罐与所述三级拌料罐之间设置二级吸热塔及与所述二级吸热塔相适配的二级气液分离器。
3.根据权利要求2所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述蒸汽换热装置包括蒸汽喷射器和一级放热塔；所述一级放热塔设置在所述蒸汽喷射器下游；所述蒸汽喷射器与所述一级放热塔之间设置过料柱；所述蒸汽喷射器分别与所述三级拌料罐和过料柱连接；所述一级放热塔分别与所述过料柱和所述二级吸热塔连接。
4.根据权利要求3所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述蒸汽喷射器包括两个相互并联的一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器；所述一级蒸汽喷射器分别与所述三级拌料罐和所述过料柱连接；所述二级蒸汽喷射器分别与所述三级拌料罐和所述过料柱连接。
5.根据权利要求4所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述过料柱包括三个相互串联的一级过料柱、二级过料柱和三级过料柱；所述三级过料柱与所述一级放热塔连接；所述一级过料柱分别与所述一级蒸汽喷射器和二级蒸汽喷射器连接。
6.根据权利要求3所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述拌料装置二包括四级拌料罐、过滤器和纾解机；所述四级拌料罐连接所述一级放热塔；所述过滤器设置在所述四级拌料罐下游；所述过滤器分别连接所述纾解机和所述液化装置；所述纾解机与所述二级拌料罐连接。
7.根据权利要求6所述的一种淀粉质原料生产酒精的液化设备，其特征在于，所述液化装置包括二级放热塔和液化罐；所述液化罐分别与所述过滤器和所述二级放热塔连接；所述二级放热塔与所述糖化装置连接。
8.利用权利要求7所述的淀粉质原料生产酒精的液化设备对淀粉质原料进行液化的液化方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：
（1）混料
将淀粉质原料与高温拌料水、淀粉酶混合搅拌后温度为35-45℃；
（2）预热
将步骤（1）中的混合拌料分别升温至45-60℃和70-75℃；
（3）蒸汽换热
将步骤（2）中所述淀粉质混合料利用蒸汽加热至85-95℃，保持30-60min后，再经过放热，将所述淀粉质混合料降温至80-90℃；
（4）二次加酶
再次加入淀粉酶后将所述淀粉质混合料过滤，粒径为3~5mm所述淀粉质混合料纾解消化为1 mm后输送至所述二级拌料罐；余下所述淀粉质混合料进行液化，保持温度为80-90℃成为液化醪；
（5）放热
将所述液化醪进行放热降温至 55-65℃，后进行糖化工艺。
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