[发明专利]使用前端研磨方法的干研磨乙醇生产过程和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年3月24日提交的美国临时申请号61/466,985和2011年6月24日提交的美国临时申请号61/501,041的优先权，将它们通过全文引用结合到本文中。

技术领域

本发明大体上涉及干研磨醇的生产，更具体地，本发明涉及用于干研磨乙醇车间以提高醇和/或副产物收率的改进的研磨方法和系统。

背景技术

当今受到很大关注的一种醇为乙醇。在美国，大多数燃料乙醇由湿研磨过程或干研磨乙醇过程生产。但是，实际上任何类型和品质的谷物可用于生产乙醇，用于这些过程的原料通常为玉米。

用于由谷物生产各种类型的醇的常规的过程通常采用类似的程序。湿研磨玉米加工设备将玉米谷物转化为若干不同的副产物，例如胚芽(用于油萃取)、麸质饲料(高纤维动物饲料)、麸质粗粉(高蛋白质动物饲料)和基于淀粉的产物(例如乙醇、高果糖玉米糖浆或食品和工业淀粉)。干研磨乙醇设备通常将玉米转化为两种产物，即乙醇和具有可溶性的蒸馏器的谷物。如果作为湿动物饲料销售，具有可溶性的蒸馏器的湿谷物称为DWGS。如果干燥用于动物饲料，具有可溶性的蒸馏器的干燥谷物称为DDGS。在标准的干研磨乙醇过程中，除了约10.5升(约2.8加仑)的乙醇以外，约8.2kg(约17磅)的DDGS的大量的玉米收率。该副产物提供决定性二次收益物流，其抵消总体乙醇生产成本的一部分。

关于干研磨过程，图1为典型的干研磨乙醇生产过程10的流程图。作为通常的参考点，干研磨乙醇过程10可分成前端和后端。在蒸馏和脱水24之前发生的过程10的部分认为是前端，而在蒸馏和脱水24(下文中称为脱水)之后发生的过程10的部分认为是后端。为此，过程10的前端由研磨步骤12开始，其中将干燥的整个玉米粒经过锤磨机研磨成为粗粉或细粉末。锤磨机中的筛孔的尺寸通常为7/64或约2.78mm，其中所得到的颗粒分布得到非常宽的分布，钟型曲线，其包括小至45微米且大至2-3mm的粒径。

研磨步骤12接着是液化步骤16，在这里研磨的粉与烹调水混合，以产生浆料，并且通常加入称为α-淀粉酶的工业酶(未显示)。此处将pH调节至约5.8-6，温度保持在约50℃-105℃，以将浆料中的不溶性淀粉转化为可溶性淀粉。以下进一步更详细地讨论在该液化步骤16发生的各种典型的液化过程。在液化步骤16之后的物流具有约30%干固体(DS)含量，具有包含在玉米粒中的所有组分，例如包括糖、蛋白质、纤维、淀粉、胚芽、硬渣以及油和盐。在液化流中通常存在三种类型的固体：纤维、胚芽和硬渣，其中所有三种固体具有大致相同的粒径分布。

液化步骤16接着是同时糖化和发酵步骤18。该同时步骤在本行业中称为同时糖化和发酵(SSF)。在一些工业干研磨乙醇过程中，糖化和发酵单独发生(未显示)。单个糖化和SSF二者均可耗时长达约50-60小时。使用发酵罐发酵将糖转化为醇。在糖化和发酵步骤18之后是蒸馏(和脱水)步骤24，其利用蒸馏器来回收醇。

最后，在蒸馏24之后的过程10的后端包括离心步骤26，其涉及将残余物(即，使用蒸馏步骤24生产的整个釜馏物)离心，以将不溶性固体(湿饼)与液体(稀的釜馏物)分离。湿饼包括纤维，其包括三种类型：(1)果皮，其平均粒径通常为约1mm-3mm；(2)末端的果壳，其平均粒径为约500微米；以及(3)细纤维，其平均粒径为约250微米。来自离心机的液体含有约6%-8%DS。

在蒸发步骤28中，稀的釜馏物进入蒸发器，以蒸发掉水分，留下含有来自发酵的可溶性(溶解的)固体(25%-40%干固体)的浓的糖浆。浓缩的浆料可经历任选的油回收步骤29，在这里可将浆料离心，以将油与糖浆分离。油可作为单独的高价值产物销售。油收率通常为约0.4lb./bu玉米，具有高游离脂肪酸含量。该油的回收率仅约为玉米中的油的1/4。在蒸馏步骤24后，在玉米粒内约一半的油保留在胚芽内，它们不能在典型的干研磨过程中使用离心机分离。当将油在发酵罐中保持约50小时时产生的游离脂肪酸含量降低油的价值。(去油)离心机仅除去少于50%，由于蛋白质和油形成不能令人满意地分离的乳液。