连续发酵生产燃料乙醇过程的优化分析

李丽 孙建广

摘 要：工业化进程的快速发展推动整个社会的发展，但是当前工业上主要依赖的化石能源为不可再生能源，且容易污染环境，各国都在寻求新能源对化石能源进行替代，燃料乙醇便是其中之一。基于此，本文对连续发酵生产燃料乙醇现状的一些问题出发，对其生产过程的优化提出分析与建议。

关键词：燃料乙醇;连续发酵;蒸馏

随着全球工业化的不断推进，能源已是生产和生活驱动力的物质基础，对能源探测和开采手段以及能耗需求也在急剧发展，煤炭、石油以及其他需要悠久时间沉淀形成的化石资源开始趋于枯竭，开发一种新的燃料资源已势在必行，新资源必须具备可持续发展的特性，如绿色环保，如价廉易得。

1 燃料乙醇概述

燃料乙醇就是一种符合上述要求的新燃料，燃料乙醇一般是指体积浓度达到99.5%以上的无水乙醇，目前已有较多国家为了不断优化燃料乙醇的生产工艺，已经投入巨额资金进入。中国进入工业化的时期较晚，在燃料乙醇的开发生产方面相对落后，如在生产过程中，对于热能的有效利用率和原料的有效转化率均较低。中国与美国相比，生产过程中热量使用高出大约90%，煤炭消耗高出95%，蒸汽消耗高出100%。由此可见，与美国相比，我国的燃料己醇生产仍存在很大差距。

2 燃料乙醇连续发酵生产工艺的优化

连续发酵法生产燃料乙醇的有着较为明显的应用优势，不仅可以提高燃料产量的速率，还可以提高生产设备的利用率。对生产过程中的罐体进行合理调节和控制发酵条件，但在应用过程中存在的经常发生的问题也需要引起制造厂商的密切注意，例如菌株变化，罐内易污染，难以掌握设备利用率的准确性等。这就对工厂的技术人员从生产过程开始就提出了系列的要求，要求技术人员要根据实际生产条件不断的优化和调整改善燃料乙醇的生产过程，以减少生产问题的发生。

2.1 蒸煮方式的优化

在燃料乙醇的生产初始步骤中，将淀粉状原料粉碎后，需要煮熟。由于淀粉是储存于植物细胞内，原料经过高温蒸煮后，植物的细胞和相应的植物组织被破坏，并且原料中包含的淀粉颗粒通过水溶胀而分解并变成液态，处于溶解糊液状态。原料中的淀粉易于与淀粉酶作用，并且淀粉被水解成产糖的糖，这对于用于酒精发酵的酵母种类是有益的。蒸煮是通过高温和高压进行的。蒸煮过程也是能耗的主要部分。如果过程中的热量没有被回收，将造成热量和冷却循环水的浪费，并增加企业成本。厂家一般的做法是改进了原有的蒸煮方法，提高了热量利用率，减少了冷却循环水的使用量，同时降低生产成本。

主要的优化措施是：①针对热交换时温差大的问题，由于二次闪蒸的温度较高，所以增加了预热塔和闪蒸罐的方法，即二级预热三级闪蒸。物料在第一级预热塔中预热后，进入二级预热塔，然后由第一级闪蒸产生的热量对二级预热塔进行预热。经过分阶段预热后，可以明显减小物料与无聊之间热量交换过程中的温差，并且可以解决温差过大引起的噪音会增加预热塔的损耗，减少其使用寿命的问题;②对于预热后不能达到理想液化温度的问题。如果要在系统内部或外部继续加热热源，可以添加一个预热塔在二级预热塔后面，即三级预热塔，确保浸液的最佳液化温度。通过使用管道将物料原浆加热至合适的液化温度，将进料蒸汽引入预热塔，从而使液化部分不再使用一次蒸汽。

2.2 连续发酵工艺优化

在这一阶段，可发酵的糖通过酵母细胞中的醇酶的作用产生醇和二氧化碳。这个过程决定了产生多少酒精以及产生多快。优化该阶段以減少酒精生产周期，对提高酒精产量有着很明显的作用。

主要的优化措施：首先，优化连续发酵的过程。多阶段连续发酵生产模式的应用在乙醇的自动生产和成本控制中起着重要的作用。在生产中，每个发酵罐需要串联连接，酵母在主罐中进行长时间发酵，在发酵过程中连续加糖，并取出部分酵母在其他发酵罐中进行发酵以继续发酵，大大提高了糖利用和发酵工作的效率。其次，是加强对细菌的控制，在燃料乙醇的生产过程中，罐口和外界的时间较长，以致细菌会混入到物料中，因此操作人员可以根据情况添加相应分量的青霉素（浓度约为3.5单位每毫升），在控制细菌时要避免对罐中酵母产生干扰。

2.3 蒸馏过程的优化

在通过常规蒸馏技术分离乙醇的过程中，制造商需要蒸馏乙醇并加热气体，在此过程中，会发生加热塔内加热蒸汽热量的损失，能源消耗严重，此问题可采用压力差蒸馏技术优化蒸馏过程，通过将蒸馏塔如粗制塔，精制塔和浓缩塔进行重组和应用，以使不同液体在不同压力下根据其沸点的不同能够在加热蒸汽重复利用的情况下得到蒸馏分离。如果蒸汽处于高温状态，则可以对相应的蒸馏塔进行液体高压蒸馏处理，然后在低压的环境下再次对液体进行蒸馏获得的蒸汽，并在整个过程中需要用到的蒸汽量与现有技术相比大大降低。因此，生产厂家需要逐步取消或者改进常压的双塔液体蒸馏技术，选择具有较高应用价值的压力差蒸馏技术来完成液体蒸馏工艺的优化完善工作。

3 结论

在优化连续发酵生产燃料乙醇的各个环节中，制造商需要对各个生产环节中出现的的问题开展的研究，以问题为导向进行分析，从蒸煮液化，连续发酵和蒸馏三个环节中进行优化，才能有效地解决该问题，用更低的成本生产出更高质量的燃料乙醇。

参考文献：

[1]罗虎，李永恒.木薯生料发酵生产燃料乙醇的工艺优化[J].生物加工过程，2018，16（04）：80-85.