專利名稱：巨型酒精發(fā)酵罐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巨型酒精發(fā)酵罐。
背景技術(shù)：
用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇是生物工程最早面向社會(huì)實(shí)際的應(yīng)用項(xiàng)目，酒精發(fā)酵是特殊的厭氧發(fā)酵。現(xiàn)在玉米酒精發(fā)酵周期約55 60h,巴西用甘蔗和糖蜜釀制
酒精發(fā)酵周期很多企業(yè)已達(dá)8 10h，甚至更短，這充分說(shuō)明酵母數(shù)量大幅增加，
可使實(shí)際發(fā)酵過(guò)程和理論發(fā)酵時(shí)間很相近。玉米酒精發(fā)酵周期相對(duì)較長(zhǎng)，這就要求酵母菌濃度、淀粉酶活力要充分達(dá)標(biāo)，當(dāng)這兩項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)未有很大進(jìn)展時(shí)，就擴(kuò)大發(fā)酵容器的容積是不實(shí)際的。我們希望三者都達(dá)到理想為好，這可能還需要一個(gè)實(shí)際的等待時(shí)間。
酒精發(fā)酵罐的容積從不足li^甚至更小開(kāi)始，到目前已達(dá)4200m3，可以說(shuō)酒精發(fā)酵罐經(jīng)過(guò)300多年的發(fā)展，從微型、小型、中型、大型發(fā)展到超大型?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)酒精發(fā)酵罐多為1500 3000m3，其歷史是從l卯O年開(kāi)始在哈爾濱出現(xiàn)1 13的發(fā)酵罐，到1979年安徽省宿州市從法國(guó)引進(jìn)一套優(yōu)質(zhì)酒精生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，其發(fā)酵罐容積約400m3，再到2006年我國(guó)自主設(shè)計(jì)的大型酒精發(fā)酵罐容積達(dá)3000m3，這是20多年快速發(fā)展的結(jié)果。目前中國(guó)酒精行業(yè)在發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵罐容積、大小、形狀等方面的研究能力和實(shí)踐能力雖然還有需要不斷提高
的地方，但有一些具體方面己經(jīng)達(dá)到國(guó)際水平，走在世界前列。
燃料乙醇是可再生能源，在巴西有30多年的發(fā)展歷史。在己探明的全球石油儲(chǔ)量?jī)H夠用40 50年的前提下，開(kāi)發(fā)可再生能源——生產(chǎn)燃料乙醇可以緩解能源緊張局面，但這一方面要受到糧食數(shù)量制約， 一方面也要假以時(shí)日。因?yàn)槲覀兊膶?shí)際需求太大了。所以在現(xiàn)在的生產(chǎn)中盡可能地減少能源消耗至關(guān)重要。酒精發(fā)酵罐的徑高比徑高比是發(fā)酵罐直徑與高之比，在發(fā)酵罐容積約100n^的時(shí)代，專家認(rèn)為徑高比l:3為最適值?，F(xiàn)在發(fā)酵罐容積國(guó)內(nèi)達(dá)到3000m3，美國(guó)已達(dá)4200m3，徑高比也隨之發(fā)生了極大的變化。發(fā)明內(nèi)容-
本發(fā)明的目的是提供一種巨型酒精發(fā)酵罐，通過(guò)降溫水層、保溫層、降溫水柱、罐頂、徑高比的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使發(fā)酵罐運(yùn)行更穩(wěn)定。上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)-
巨型酒精發(fā)酵罐，其組成包括置于地基上的罐體，所述的罐伴外覆降溫水層，所述的降溫水層外覆保溫層，所述的罐體中央具有降溫水柱，所述的罐體的無(wú)氧專用發(fā)酵罐頂具有醪液入口， 二氧化碳出口，醪液出口，所述的罐體下部具有出口，所述的罐頂連接管路原位自動(dòng)清洗裝置。
所述的巨型酒精發(fā)酵罐，所述的管路原位自動(dòng)清洗裝置具有噴頭。
所述的巨型酒精發(fā)酵罐，所述的罐體的直徑與高度的比為1: 0.33-0.57。
本發(fā)明的有益效果
1. 本發(fā)明的容積可增至5000 7000m3，在發(fā)酵罐中央可設(shè)一直徑為1.2 2.5m的降溫水柱，罐頂?shù)男路忾]設(shè)計(jì)使發(fā)酵罐填充系數(shù)由0.9增加到1.0，更有利于提高利用率、節(jié)能以及防止好氧性雜菌進(jìn)入。按照本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)酵罐容積從現(xiàn)在的30001113增大至5000 7000iV，不僅使其造價(jià)大幅降低，還可大幅降低發(fā)酵輔助設(shè)施薄板換熱器循環(huán)所消耗的電能。綜合計(jì)算后所節(jié)約的電能將是一個(gè)大數(shù)目，這將再一次推動(dòng)酒精產(chǎn)業(yè)向科學(xué)化發(fā)展。
2. 過(guò)去酒精發(fā)酵罐的罐頂有一個(gè)過(guò)渡區(qū)，空間較大，橫截面積可達(dá)400 m'以上。本發(fā)明采用特定的長(zhǎng)徑比，把這個(gè)空間去掉，好氧性雜菌則難以生存，'這不但增加10%的發(fā)酵罐利用空間，而且乙酸菌和乙酸生成的環(huán)境褲去掉了。由于乙酸菌很難生存，就可以節(jié)約很多乙酸菌消耗的糧食，并大幅提高優(yōu)質(zhì)酒精質(zhì)量，是發(fā)酵罐基本設(shè)計(jì)突破性的技術(shù)進(jìn)步。


附圖l是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:
巨型酒精發(fā)酵罐，其組成包括置于地基1上的罐體2，所述的罐體外覆降溫水層3，所述的降溫水層外覆保溫層4，所述的罐體中央具有降溫水柱5，所述的罐體的無(wú)氧專用發(fā)酵罐頂IO具有醪液入口 6，二氧化碳出口 7，醪液出口 8，所述的罐體下部具有出口 9，所述的罐頂連接管路原位自動(dòng)清洗裝置11。將降溫水層和保溫層的厚度設(shè)計(jì)為150 200mm，這是安全保險(xiǎn)的降溫系統(tǒng)，為巨型發(fā)酵罐正常運(yùn)行所必需。該降溫系統(tǒng)要正常運(yùn)行才能避免對(duì)發(fā)酵的不利。
150 200mm厚的保溫層，可以減緩夏熱冬冷的影響，并且可以保證降溫系統(tǒng)中32X:溫水的可利用性。實(shí)施例2:
上述的巨型酒精發(fā)酵罐，所述的管路原位自動(dòng)清洗裝置具有噴頭12。實(shí)施例3:
上述的巨型酒精發(fā)酵罐，所述的罐體的直徑與高度的比為1: 0.33-0.57。實(shí)施例4:
所述的巨型酒精發(fā)酵罐容積為5000 7000m3，在發(fā)酵罐罐體周?chē)O(shè)有200mm降溫水層，在降溫水層外有200mm保溫層；發(fā)酵罐罐頂設(shè)計(jì)為無(wú)氧專用發(fā)酵罐罐頂，使發(fā)酵罐的填裝系數(shù)從0.9增至1.0。用本產(chǎn)品可使酒精向乙酸轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)受到抑制。為使運(yùn)行更穩(wěn)定，罐中央設(shè)立一個(gè)直徑為i.2 2.5m的降溫水柱，有了這樣的降溫水柱，可使發(fā)酵罐中心溫度非常平穩(wěn)，在解決好發(fā)酵罐的中心溫度的同時(shí)，所產(chǎn)生的32"C溫水還可充分利用；根據(jù)酒精發(fā)酵為厭氧發(fā)酵，發(fā)酵罐罐頂有新的更科學(xué)的封閉設(shè)計(jì)，這樣發(fā)酵罐徑高比可以趨近于1:0.33—0.57,這是極大的技術(shù)性進(jìn)步，表1為本發(fā)明直徑、降溫水柱直徑及發(fā)酵罐的徑高比的對(duì)應(yīng)表，從表1中我們可以看到最大的發(fā)酵罐徑高比已接近1:0.33的水平，是早期設(shè)計(jì)的1/8 1/9。
酒精發(fā)酵罐的容積被設(shè)計(jì)為7000m3，這應(yīng)是一個(gè)極限。在我國(guó)，玉米酒精企業(yè)的年生產(chǎn)能力為15 40萬(wàn)噸，大量玉米原料的超遠(yuǎn)距離運(yùn)輸可能會(huì)造成大的負(fù)面問(wèn)題，這是非常實(shí)際的問(wèn)題。
表l
發(fā)酵罐容積/m3降溫水柱直徑/m發(fā)酵罐直徑及徑高比*發(fā)酵罐直徑及徑高比**40001.223.01:0.4321.01:0.57
50001.525.61:0.3923.61:0.51
60002.028.01:0.3624.01:0.50
70002.530.01:0.3327.61:0.43
說(shuō)明*發(fā)酵罐高10.0111，"發(fā)酵罐高12.0m。酵母擴(kuò)培系統(tǒng)
在酵母菌擴(kuò)大培養(yǎng)階段原始酵母菌數(shù)量一定要非常充足，才能為下一步繼續(xù)擴(kuò)大培養(yǎng)打下數(shù)量基礎(chǔ)。期間一定要注意擴(kuò)培液的營(yíng)養(yǎng)和供氧的數(shù)量，因?yàn)榻湍妇跀U(kuò)大培養(yǎng)時(shí)需要較多的氧氣，需要嚴(yán)格控制供氧量和在供氧過(guò)程中的無(wú)菌水平。隨著酒精發(fā)酵生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，我們認(rèn)為供應(yīng)無(wú)菌純氧比供應(yīng)無(wú)菌空氣效率要高很多，因?yàn)闊o(wú)菌空氣僅約有20%的氧氣，其余80%對(duì)發(fā)酵沒(méi)有幫助，而這80%的空氣要進(jìn)行無(wú)菌處理是需要能量的，這種能量消耗是浪費(fèi)的。
酵母菌的擴(kuò)大培養(yǎng)一定要在酵母擴(kuò)培罐中進(jìn)行，不宜在厭氧的發(fā)酵罐進(jìn)行，酵母菌種擴(kuò)培罐和發(fā)酵罐設(shè)備專一化以后，這是一種非常重要的新認(rèn)識(shí)。酵母菌回用發(fā)酵技術(shù)
在巴西用甘蔗和糖蜜進(jìn)行發(fā)酵制備酒精，目前很多酒精發(fā)酵企業(yè)實(shí)現(xiàn)了酵
母菌回用發(fā)酵技術(shù)，發(fā)酵周期僅8 10h，這樣的發(fā)酵時(shí)間與理論發(fā)酵時(shí)間很相
近，這是酵母菌應(yīng)用的極大進(jìn)步。酵母菌回用技術(shù)要分析酵母菌壽命。據(jù)研究，
酵母菌壽命約160h，根據(jù)發(fā)酵周期，酵母菌不回用是一種浪費(fèi)，而且酵母菌數(shù)量充足不僅發(fā)酵速度快同時(shí)還可將保證發(fā)酵水平。
美國(guó)和中國(guó)均是以玉米為主原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精，目前在發(fā)酵生產(chǎn)上由于工藝限制還未實(shí)現(xiàn)酵母回用技術(shù)，如果釆用清糖液發(fā)酵生產(chǎn)酒精，將很快實(shí)現(xiàn)酵母菌回用。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的好處是減少擴(kuò)大培養(yǎng)酵母菌所需糧食，發(fā)酵時(shí)間明顯縮短。如果酵母菌回用技術(shù)應(yīng)用的好，在生產(chǎn)上固定化酵母可能完全不用或應(yīng)用數(shù)量少。
根據(jù)新型發(fā)酵罐容積7000m3，酵母菌擴(kuò)培罐設(shè)計(jì)為700m3，罐體直徑15m，罐體高度10m，發(fā)酵罐的徑高比1:0.33。
我們相信巨型玉米酒精發(fā)酵罐很快會(huì)成為現(xiàn)實(shí)的，屆時(shí)對(duì)發(fā)展燃料乙醇，降低生產(chǎn)乙醇的能源消耗作用將是很大的。新型酒精發(fā)酵罐將進(jìn)一步提高酒精發(fā)酵的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種巨型酒精發(fā)酵罐，其組成包括置于地基上的罐體，其特征是所述的罐體外覆降溫水層，所述的降溫水層外覆保溫層，所述的罐體中央具有降溫水柱，所述的罐體的無(wú)氧專用發(fā)酵罐頂具有醪液入口，二氧化碳出口，醪液出口，所述的罐體下部具有出口，所述的罐頂連接管路原位自動(dòng)清洗裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的巨型酒精發(fā)酵罐，其特征是所述的管路原位自 動(dòng)清洗裝置具有噴頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的巨型酒精發(fā)酵罐，其特征是所述的罐體的直徑與高度的比為l: 0.33 -0.57。
全文摘要
巨型酒精發(fā)酵罐，目前中國(guó)酒精行業(yè)在發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵罐容積、大小、形狀等方面的研究還需要不斷提高。巨型酒精發(fā)酵罐，其組成包括置于地基(1)上的罐體(2)，所述的罐體外覆降溫水層(3)，所述的降溫水層外覆保溫層(4)，所述的罐體中央具有降溫水柱(5)，所述的罐體的無(wú)氧專用發(fā)酵罐頂(10)具有醪液入口(6)，二氧化碳出口(7)，醪液出口(8)，所述的罐體下部具有出口(9)，所述的罐頂連接管路原位自動(dòng)清洗裝置(11)。本發(fā)明用于酒精的發(fā)酵。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101676380SQ20081013714
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者瓊 余, 吳國(guó)峰, 孫紅兵, 賈樹(shù)彪, 賈海倫, 陳世忠, 靳玉雙 申請(qǐng)人:黑龍江大學(xué)