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专利名称:以甜高粱茎杆为原料制取乙醇和造纸纸浆的制作方法
技术领域:
本发明涉及甜高粱茎杆的综合利用加工技术,属于生物质工程技术领域。技术背景甜高粱光合效能高,是C4植物生物学产量最高的作物之一。据统计,种植甜高粱每公顷可产出高粱米22505000Kg/hm2、鲜茎叶610X104Kg/hm2,其茎杆含糖量很高,茎杆汁液锤度15QBx30°Bx,无氮浸出物高达37%,可直接作为酒精发酵原料,其抗逆性强、适应性广,在我国种植面积大、栽培历史悠久,可作为食品、酿造、饲料、发酵、造纸、可再生燃料等产业的原料,其广泛的用途目前已被人们充分认识,甜高粱已成为我国近年来乃至近一段时期发展最快的高效能源作物品种之一。近年来,我国的一些研究机构、企业开始尝试以甜高粱茎杆为原料制取乙醇。所采用的工艺路线有两种,即,固态发酵工艺和液体发酵工艺。对于固态发酵工艺,到目前为止,国内个别企业已经基本完成了工艺实验工作,在取得了一些关键工艺数据和积极成果的同时,也遇到了相当多的问题。这些问题是发酵周期长、酵母用量大、发酵不均匀不彻底、工艺参数不容易控制、发酵后酒气容易蒸发泄漏、用工多并且劳动强度大、不容易实现连续自动化生产等;对于液态发酵工艺,国内一些研究机构、企业也已经做了大量的投入和尝试,
所采用的工艺设施、工艺过程与甘蔗搾汁的工艺设施、工艺过程基本相同。由于忽视了甜高粱茎杆与甘蔗茎杆两种不同茎杆原料的区别,所以,采用甜高粱茎杆液态发酵工艺制取乙醇的尝试都失败了。甜高粱茎杆液态发酵工艺尝试的挫折,使得固态发酵工艺成为了当前我国甜高粱茎杆制取乙醇的主流工艺路线。开发、使用更加先进的工艺路线制取甜高粱茎杆乙醇,是我国生物质能源产业当前所面对的历史性任务。液态发酵工艺具有发酵周期短、发酵均匀彻底、酵母用量小、工艺参数容易控制、容易实现连续自动化生产、用工少且劳动强度低、酒气无泄漏等优点。液态发酵工艺的上述优点,使它成为了当今世界酒精产业的主流工艺路线。注意到甜高粱茎杆与甘蔗茎杆的区别,本专利采用了不同于甘蔗搾汁的工艺设施和工艺路线来制取甜高粱茎杆酒精。并且,在实施甜高粱茎杆糖分提取的同时,实现了对甜高粱茎杆余渣的无公害造纸纤维的加工,大大降低了加工成本。实际的实验数据表明,本专利的工艺路线是合理、可行的。液态发酵工艺克服了固态发酵工艺的诸多缺点,将成为我国甜高粱茎杆制取酒精的主流工艺路线。甜高粱茎杆经粉碎并提取糖分后,其含糖汁液可用于制取乙醇。因其水溶性低聚糖和可发酵性单糖含量高,无需蒸煮、.糖化等复杂的工艺过程,就可以进行连续发酵、蒸馏制取乙醇,作为乙醇的发酵原料,其优势非常明显。提取
糖分后的甜高粱茎杆纤维素含量高,纤维形态好,是优质的造纸原料。以甜高粱茎杆为原料,将生产乙醇和制浆造纸的工艺有机地结合在一起,可以提高茎杆的乙醇转化率,降低乙醇生产成本;提取糖分的同时还实现了造纸纤维的分离和除髓,所得到的纸浆纤维分离均匀,附加值高。做到了甜高梁茎杆原料的"吃干榨尽",符合国家大力发展生物质能源和循环经济的要求。,加热至80'C95°C,保温30min45min;,采用"多段逆流提取工艺"提取粉碎、预处理后的甜高粱茎杆中的糖分,糖分提取率可达92%97%。、蒸发、浓縮后(蒸发过程中完成杀菌作用),使之达到18°Bx25°Bx的发酵浓度;(硫酸铵、尿素)%,,保持发酵温度在30士2。C,在发酵罐中发酵16士4小时,%时结束发酵操作;,酵母经活化后全部返回发酵罐,离心后的发酵醪液送入蒸馏塔分离乙醇。进一步脱水可生产无水乙醇。、预处理后的甜高粱茎杆进行多次揉搓,使纤维轴向挤压,完成纤维的分离和帚化,同时,在不断变化的压力和
浓度下达到原料除髓的目的;、精选可直接用于造纸,由于原料除髓彻底,纤维形态好,所以,抄纸时滤水性好,成品纸的环压强度高。
具体实施方式
,通汽加热至80°C95°C,保温30min,然后,经螺旋输送机送入组合式螺旋压榨提取设备中,采用多段"逆流提取工艺",使原料糖分提取率达到92%97%;上述过程中所得到的甜高粱茎杆汁液经过滤、杀菌、浓縮到18°Bx25°Bx。加入氮盐(硫酸铵、尿素)%,,控制发酵温度在30士2'C,在发酵罐中发酵16±4小时,%时结束发酵操作;用离心分离机连续分离发酵后的发酵醪液与酵母菌,酵母经活化后全部返回发酵罐,离心分离后的发酵醪液送入蒸馏塔中分离乙醇,进一步脱水可生产无水乙醇。,经打浆机进一步打浆、精选、送造纸机抄纸,由于纤维分离过程中除髓彻底,纤维形态好,抄纸时滤水性好,成品纸环压强度高,是市场畅销产品。将甜高粱茎杆生产乙醇与制浆造纸两个工艺过程有机地结合在一起,可以降低乙醇和造纸的生产成本,同时有利于解决乙醇生产中的酸性废水和制浆生产中的碱性废水的污水处理问题。
权利要求
,其特征是甜高粱茎杆经切碎、预处理后,使用组合式螺旋压榨设备提取甜高粱茎杆中的糖分,在提取甜高粱茎杆中糖分的同时完成茎杆纤维的分离和除髓;
,其特点还在于组合式螺旋压搾设备提取甜高粱茎杆中的糖分时还可以采用多段逆流提取工艺;
,其特点还在于将含糖汁液采用液态发酵工艺生产乙醇。
全文摘要
甜高粱的光合效能高,是C4植物生物学产量最高的作物之一,其抗逆性强、适应性广、茎杆含糖量高、产量大、栽培历史悠久,是重点推广种植的能源作物。通过提取甜高粱茎杆中的糖分,采用连续发酵技术生产乙醇;在提取糖分的同时完成茎杆纤维的分离和除髓,所制取的纸浆用于造纸具有滤水快、环压强度高等优点。将乙醇和造纸的生产工艺有机地结合在一起,可降低乙醇的生产成本,其茎杆余渣成为了高附加值的纸浆。本发明的优点是工艺筒洁;设备成熟、可靠;乙醇转化率高;成品纸的环压强度高;生产成本低;有利于能源作物甜高粱茎杆综合利用技术的推广,符合国家发展生物质能源和循环经济的产业政策。