一种利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置的制作方法

本申请属于微生物发酵，具体涉及一种利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置。

背景技术：

1、燃料乙醇作为一种可再生的生物液体燃料，是替代化石能源、实现碳减排的重要途径。木质纤维素类农业废弃物是生产第二代生物乙醇的潜在原料，主要包括玉米秸秆、小麦秸秆、甘蔗渣等。与淀粉基第一代乙醇相比，木质纤维素原料不与人争粮，不占用耕地资源，具有广阔的发展前景。

2、甘薯藤是甘薯收获后的茎叶部分，属于木质纤维素类农业剩余物。我国甘薯种植面积广泛，甘薯藤的年产量与地下块根大致相当，目前多作为青饲料或直接废弃，资源化利用率较低。甘薯藤的主要化学组成为：纤维素约36.7%（干基）、半纤维素约11.4%（干基）、木质素约10.3%（干基）。与玉米秸秆等典型木质纤维素原料相比，甘薯藤的木质素含量相对较低，纤维素占比可观，具备作为第二代生物乙醇原料的化学基础。

3、甘薯藤作为木质纤维素原料，无法直接进行淀粉糖化发酵，必须经过预处理、酶解糖化、连续发酵和蒸馏脱水的工艺流程。预处理目的是破坏木质素-半纤维素-纤维素复合结构，提高酶解效率，可采用蒸汽爆破、稀碱预处理或绿色溶剂法等技术。酶解糖化与发酵可采用同时糖化发酵（ssf）、分步水解发酵（shf）或固定化细胞连续发酵等模式。连续发酵过程中，反应器内需要维持较高的微生物浓度和稳定的代谢环境。

4、现有技术在利用甘薯藤进行连续发酵生产乙醇的过程中，由于甘薯藤鲜藤含水率常高于80%，需先经干燥或挤压脱水才能满足连续发酵对物料浓度的要求，但干燥过程能耗较高，增加工艺成本。同时，即使甘薯藤的木质素含量相对较低，预处理仍需有效破坏木质素屏障才能暴露纤维素，否则会影响后续酶解效率。此外，预处理过程可能产生糠醛、乙酸、酚类等发酵抑制物，影响酵母活性。更为关键的是，普通酿酒酵母只能发酵葡萄糖等六碳糖，而甘薯藤半纤维素含有大量木糖等五碳糖，若不采用c5/c6共发酵菌株，木糖利用率将较低，导致总乙醇得率受限。在连续运行过程中，还存在杂菌污染、细胞活性衰退等技术难题，影响工艺的长期稳定运行。

技术实现思路

1、本申请提供一种利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，旨在解决现有利用甘薯藤进行连续发酵生产乙醇的工艺中存在的细胞活性衰退、杂菌污染以及五碳糖利用率低等技术问题。

2、本申请提供一种利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，包括预处理单元、酶解糖化单元、连续发酵单元和蒸馏脱水单元，其特征在于：所述预处理单元的出口通过输送泵与所述酶解糖化单元的入口相连接，所述酶解糖化单元的出口与所述连续发酵单元的入口相连接，所述连续发酵单元的出口与所述蒸馏脱水单元的入口相连接；

3、所述连续发酵单元包括发酵罐体，所述发酵罐体的底部设有酵母回流装置。

4、本申请所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，所含预处理单元用于对甘薯藤原料进行预处理以破坏木质素-半纤维素-纤维素复合结构，有效暴露纤维素；所述酶解糖化单元用于将预处理后的物料中的纤维素转化为葡萄糖和木糖等可发酵性糖；所述连续发酵单元用于在酵母细胞循环利用的条件下进行连续发酵制取乙醇；所述蒸馏脱水单元用于对发酵醪进行蒸馏和精馏，获得体积分数大于或等于百分之九十二的燃料酒精。

5、本申请的有益效果包括：本申请所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置通过设置酵母回流装置，利用过滤单元从发酵醪中分离酵母细胞并经回流泵重新泵入发酵罐体，实现了酵母细胞的循环利用，有效解决了连续发酵过程中细胞活性衰退的问题，延长了运行周期；通过设置固定化载体技术，使酵母细胞在载体表面附着生长形成生物膜，进一步提高了反应器内的生物量浓度；通过设置基于酵母浓度检测单元和回流比控制器的智能控制逻辑，实现了对酵母浓度的实时监测和自动调节，维持了稳定的发酵环境。

6、本申请所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置用c五/c六共发酵菌株实现五碳糖和六碳糖的协同发酵利用，提高了总乙醇得率，乙醇得率可达11.6%以上；通过蒸馏脱水单元获得体积分数大于或等于92%的燃料酒精，可直接作为汽油添加剂使用。

1.一种利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，包括预处理单元、酶解糖化单元、连续发酵单元和蒸馏脱水单元，其特征在于：所述预处理单元的出口通过输送泵与所述酶解糖化单元的入口相连接，所述酶解糖化单元的出口与所述连续发酵单元的入口相连接，所述连续发酵单元的出口与所述蒸馏脱水单元的入口相连接；

2.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述发酵罐体内还设有搅拌装置(302)；

3.根据权利要求2所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述酵母回流装置还包括回流比控制器(307)，所述回流比控制器的控制端与所述回流泵(306)相连接，用于控制回流比为0.3-0.5；

4.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述发酵罐体(301)的内部设有酵母浓度检测单元(311)，所述酵母浓度检测单元(311)用于实时监测发酵罐体(301)内部的酵母浓度，且所述酵母浓度检测单元(311)的输出端与所述回流比控制器(307)相连接，当酵母浓度低于15g/l时，所述回流比控制器(307)增大回流比，当酵母浓度高于25g/l时，所述回流比控制器(307)减小回流比。

5.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述预处理单元为蒸汽爆破预处理装置，所述蒸汽爆破预处理装置包括爆破罐体(101)，所述爆破罐体(101)的内部设有破碎辊(102)，所述破碎辊(102)的表面设有多个破碎齿(103)，多个所述破碎齿(103)沿所述破碎辊(102)的外侧圆周阵列分布，且所述破碎辊(102)的表面设有多个用于物料导向的凹槽(104)。

6.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述破碎辊(102)的外侧表面设有多个槽孔(105)，且多个所述槽孔(105)用于供预处理后的物料向下方排出，两个相邻所述破碎齿(103)之间设置有输料槽(106)，且所述输料槽(106)的数量设置为多个，每个所述输料槽(106)均圆周阵列分布在所述破碎辊(102)的外圆周面。

7.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述酶解糖化单元包括糖化罐体(201)，所述糖化罐体(201)的内部设有温度控制装置(202)，且所述糖化罐体(201)的内部设有ph调节装置(203)。

8.根据权利要求7所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述温度控制装置(202)用于将糖化罐体(201)内部的温度控制在36-38℃，所述ph调节装置(203)用于将糖化罐体(201)内部的ph值控制在4.5-5.5。

9.根据权利要求1所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述发酵罐体(301)的内部设有固定化载体(308)，所述固定化载体(308)为海藻酸铝凝胶颗粒，所述发酵罐体(301)的内部还设有酵母固定化区域(309)，所述酵母固定化区域(309)位于所述发酵罐体(301)的中下部，且所述酵母固定化区域(309)的底部设有承重板(310)。

10.根据权利要求9所述利用甘薯藤连续发酵制取乙醇的装置，其特征在于，所述固定化载体(308)的直径为2-3mm。