浅谈生物燃料乙醇浓醪发酵工艺技术

浅谈生物燃料乙醇浓醪发酵工艺技术

佟利明 郑丽娟

中粮生化能源（肇东）有限公司 黑龙江省绥化市 151100

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的科学技术的发展也有了很大改善。浓醪发酵技术被认是发展发酵工业有效途径之一，成熟醪中高乙醇含量不仅是一个重要的技术经济指标，也是体现发酵技术是否先进的重要标志。

关键词：生物燃料；乙醇浓醪；发酵工艺技术

引言

燃料乙醇产业是我国重点培育和发展的战略性新兴产业之一，在国家推进工业化与信息化深度融合的背景下，利用我国在工业互联网和5G技术上的优势，在大数据、数字孪生和区块链等新技术的支撑下，推进生物燃料乙醇产业的智能化、安全化发展新模式，对于我国燃料乙醇产业高质量发展具有重要的意义。本文梳理并总结了国内外生物燃料乙醇产业的发展现状，凝练产业智能化、安全化发展面临的问题，提出了生物燃料乙醇产业智能生产新模式、安全生产新模式和产业管理新模式的总体思路。研究表明，我国生物燃料乙醇产业发展应在国家、地方和企业的保障和积极配合下，从国家战略层面引导产业发展，推进生物燃料乙醇产业基地特色化、联合化、智能化发展；加大“产学研”合作力度，创新生产模式和生产技术，提升国际市场竞争力；进一步开展关键技术攻关，积极实现以纤维素类生物质为原料的生物燃料乙醇技术突破，为国家粮食安全问题提供战略储备。

1稻谷原料生产燃料乙醇工艺存在的问题和技术难点

1.1粉碎难度大

稻谷表面的稻壳占稻谷总质量的20%-22%，而稻壳的主要成分为纤维素、木质素和二氧化硅，占稻壳总量的75%左右。坚硬的稻壳使得稻谷粉碎难度大，粉碎机效率大大降低，一般玉米和木薯通用的水滴型锤式粉碎机粉碎稻谷的能力只有其正常粉碎能力的50-60%。这也就造成以玉米和木薯为原料的燃料乙醇生产改用稻谷原料时，粉碎能力严重不足，需要新增粉碎线或脱壳线才能满足产能要求。

1.2设备和管道磨损严重

稻壳的存在不仅造成粉碎难度大，设备和管道磨损也十分严重。粉碎机锤片更换周期约10d/次；料浆泵、液化醪泵等物料输送泵叶轮更换周期约3个月/次、泵壳更换周期约6个月/次；各进出料管弯头、泵进出料短接口等处使用寿命大大缩短，均需使用耐磨材质。

2生物燃料乙醇产业未来发展的新模式

2019年7月，《流程型智能制造白皮书》发布，在智能制造这一新的背景和机遇下，流程型制造业在设备运维和资产管理模式、生产模式、运营模式和商业模式上都将发生显著的变化。为了保证生物燃料乙醇企业安全高效生产，提升未来核心竞争力，寻找生物燃料乙醇产业发展的新模式迫在眉睫。利用智能控制、工业大数据、5G网络等先进信息化技术保证生物燃料乙醇企业的安全高效生产，是寻找生物燃料乙醇产业发展新模式需要解决的关键问题。我国先后出台了《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》《智能制造发展规划（2016—2020年）》《关于深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见》等文件，为智能制造发展提供了有力的政策支持，信息化与工业化深度融合已是我国发展的新战略。近期，5G商用进程正在快速推进，将提供不少于十倍于4G网络的网络速率和海量连接，网络延迟降低至1ms。5G网络的灵活便捷将直接促进各行各业的数字化转型，并为智能化发展提供坚实的网络基础设施。

3生物燃料乙醇浓醪发酵工艺技术

3.1污水处理工艺

发酵单元产生的发酵酒母刷罐水含有大量的悬浮物。采用转鼓过滤器和初沉罐的组合工艺，对悬浮物进行去除。初沉池的出水与蒸发冷凝液，合并进入板式换热器降温。出水进入调节预酸化池，调节水量、混合匀质，再由提升泵送入循环池进行pH调节，并补充钙元素，再由泵打入IC反应器进行厌氧反应。出水进入AO生化处理单元进一步的生化处理。设备及机封冲洗水、净水站排水、冲洗地面水和生活污水，在集水池调节水量后，进入两级AO池。循环排污水设置进水水质指标检测，达到1级A排放标准时，直接排放进入污水处理站出水池；未达到1级A排放标准时，直外接入两级AO处理单元，两级AO池由一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池组成，来水依次通过四个水池，进行COD降解和脱氮反应。二级好氧池的出水部分回流至一级缺氧池，部分进入二沉池沉淀活性污泥。二沉池沉淀的活性污泥大部分回流到一级缺氧池，少量作为剩余污泥排放至污泥浓缩池；二沉池上清液进入混凝反应池。混凝反应池内，投加的氯化铁和PAM药剂，与水中的磷以及残余的SS反应生成沉淀，出水进入三沉池。在三沉池内，污泥得到沉淀，上清液经砂滤罐进一步去除SS，确保出水达到1级A标准。砂滤的反洗水回流至一级缺氧池。部分砂滤罐的产水经过污水处理站出水池，排入园区排水管网。其余的产水经过次氯酸钠消毒用于厂区的回用。

3.2间歇发酵

间歇发酵是传统生产工艺。间歇发酵过程主要是把制备好的醪液加到发酵罐中，接入酵母菌便进入发酵期。发酵结束后排出发酵成熟醪去蒸馏的粗塔蒸馏，排空的发酵罐进行清洗并准备下一次发酵。间歇发酵的设备利用率较连续发酵低，但操作灵活，清洗方便。每个罐每个周期均排出成熟醪，有效降低染菌几率，可以增加添加后续分离干燥单元清液回配比例及蒸发冷凝液全回流工艺，有效节约新鲜水用量。该工艺相对于南方温度较高、发酵易染菌的地区较适宜。

3.3半连续发酵

半连续发酵工艺是主发酵阶段采用连续发酵，后发酵阶段采用间歇发酵的方式。半连续发酵有效融合了连续发酵和间歇发酵的优点。无菌条件要求适中，杂菌不易污染，有利于提高成熟醪的酒度。发酵醪前期处于流动状态，促进了酵母与醪液的均匀接触，有利于CO2的排除，增强了酵母的发酵作用，提高了淀粉的利用率。间歇发酵刷罐劳动强度大，而半连续发酵减少了大量的发酵辅助时间，设备利用率高于间歇发酵。半连续发酵工艺有效地解决了设备利用率、染菌及发酵酒度之间的矛盾，是行业中相对比较认可的发酵方式。依据原料性质、投资等因素，三种工艺方案各具特点，若是新、改建设项目在工艺方案选择时，建议结合当地的自然情况、原料情况及自身或引进的技术要求等进行综合分析，选择出适合的工艺方案。

3.4脱壳与否以及脱壳比例的确定

不脱壳情况下，因稻壳坚硬、粉碎难度大且对设备和管道磨损严重，同时易造成管道、设备堵塞；脱壳采用全糙米发酵工艺，蛋白质影响塔板热传质，酒糟固液分离时板框无法形成滤层，卧螺分离湿糟水分高，干燥难度大。从工艺优化配置和安稳长满优运行统筹考虑，根据安徽中粮生化燃料酒精有限公司的实践经验，建议稻谷部分脱壳，脱壳比例50-65%左右，粉碎和物料输送磨损程度大大降低，采用清液发酵或板式塔蒸馏工艺均顺畅，使用板框或卧螺均能顺利进行固液分离。

结语

浓醪发酵是现今主流的发酵工艺技术，可降低整个装置新鲜水用量，降低污水排放量，但浓醪发酵对染菌要求较高。间歇发酵在保证浓醪发酵的基础上，可有效控制杂菌的滋生，可为浓醪发酵的实现提供技术保障。根据经验，成熟醪酒精度每增加1%（v），蒸汽用量将减少300kg；采用1∶1.8~1∶2.0料水比，吨乙醇用水可降低约2t以上；此外，浓醪发酵的固形物含量也高，分离干燥、蒸发费用相应降低，同时废水的处理量也将降低，设备利用率提高。

参考文献

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