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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除目 录1 前言11.1 酒精工业的发展11.1.1酒精国外发展现状21.1.2酒精在我国的发展历史及现状31.2蒸煮糖化工艺研究进展51.21常压蒸煮工艺51.22同步糖化发酵工艺51.23生料淀粉发酵法52 生产方法的选择及论证52.1 原料的选择及酒精生产原料状况分析52.1.1 淀粉质原料62.1.2 糖蜜原料62.1.3 纤维质原料62.1.4 木薯的选择72.2 蒸煮工艺的选择72.3 糖化工艺的选择73 生产工艺及技术要求93.1 粉浆拌料93.2 料浆输送93.3 液化喷射器及蒸煮罐的选择93.4后熟器和气液分离器的选择103.5
2、原料的糖化及冷却104 工艺计算114.1 物料衡算114.1.1 生产过程物料衡算主要内容114.1.2 工艺技术指标及基础数据114.1.3 工艺流程示意图124.1.4 原料消耗计算124.1.5 蒸煮醪量的计算144.1.6 糖化醪与发酵醪量的计算164.1.7 酒精厂总物料衡算174.2 蒸煮糖化各工段的物料和能量衡算184.2.1 蒸煮工段的物料和热量衡算184.2.2 糖化冷却工段的物料和热量衡算204.2.3 蒸煮糖化各工段能量及物料衡算表205.设备选型215.1 连续蒸煮糖化设备的计算215.1.1 调浆罐计算215.1.2 预煮罐的计算225.1.3 液化喷射器选型225
3、.1.4 维持罐的计算235.1.5 后熟器的设计235.1.6 汽液分离器的计算245.1.7 真空冷却闪蒸器的计算255.1.8 糖化锅的选型265.1.9 糖化醪的冷却及换热器的设计265.2 设备选型总汇276 生产车间的布置说明287结论及展望31参考文献33致谢34【精品文档】第 32 页1 前言酒精学名乙醇，分子式为C2H5OH,结构简单的醇类，无色透明的液体。酒精具有很强的挥发性和刺激性气味，极易燃烧生成CO2和H2O，同时放出大量的热量。其化学性质十分活泼，可与水、醇类、甘油等有机溶剂混合，也可与多种金属盐类、碳氢化合物、脂肪酸等起化学反应。在国计民生中，酒精工业占有重要的位
4、置【1】。酒精广泛应用与国民经济的许多部门：（1）在食品工业中，酒精是配制各类白酒、果酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料。（2）在医药工业和医疗行业中，酒精是用来配制和提取医药制剂和消毒剂。（3）在化工工业上用作基础原料和溶剂。它是生产油漆、化妆品和燃料不可或缺的溶剂。（4）国防工业等其他部门也需要大量的酒精。（5）酒精不仅可作饮料，还是一种绿色燃料，更是一种战略物质，世界上2/3以上的酒精被用作燃料。随着石油、天然气等不可再生能源的逐年消耗，到21世纪中期石油资源的供应将会萎缩。以酒精为代表的新型液态能源，因其原料的可再生性，燃烧时无污染排放等优越的性能，将成为燃料代替的首选，应用前
5、景广阔。酒精可以以淀粉、糖类、纤维质为原料，经过糖化、发酵、蒸馏而制成无色透明液体。本次设计以木薯干为生产原料，经过粉碎、除杂、蒸煮等工序，得到木薯淀粉。木薯淀粉经双酶法连续蒸煮糖化，再用于发酵。通过工艺流程的论证及选择，能量衡算，设备的选型计算，最后综合考虑把经济合理的要求进行车间布置及绘图，最终达到年产5万吨酒精的生产目的。1.1 酒精工业的发展酒精的生产有以生物质为原料的发酵法和以石化产品为原料的化学合成法。20世纪50年代前，工业酒精主要依靠生物发酵法生产，所用原料可以是淀粉质、糖蜜、纤维原料等。普通酒精生产在我国古代就已经开始。50年代后，随着世界石油化工的迅速发展，乙烯加压加水合成
6、酒精在工业发达国家发展很快。但化学合成方法受到原料的限制，1976年第一次世界范围内的“石油危机”，使化工合成酒精严重受挫。酒精燃料作为一种工业化大规模生产的能源，完全不同与小规模、实用型的乙醇生产。酒精燃料生产出现在20世纪初叶，因石油的大规模、低成本开发以及经济性较差而被淘汰。而现在，为了减少对石油的依赖，人们都在寻找可再生能源。由于酒精进入燃料市场有重大的发展潜势，引起了世界性的重视。因此发酵法生产酒精的发展动力大大加强。1.1.1酒精国外发展现状酒精已被认为是代替和节约汽油的最佳燃料之一，它能和汽油以一定比例混配成车用燃料。该技术在国外已经相当成熟，且拥有清洁、安全、可再生、廉价等诸多
7、优点。酒精的发展与国际原油的供应情况联系紧密。由于汽油匮乏，第一次世界大战中，就把酒精和汽油混合作为燃料来使用。20世纪50年代，随着原油产业的蓬勃发展，石油开采技术日益成熟，原油价格只有1-2美元每桶。乙烯合成法也成为生产酒精的主流方式，到70年代初，西方发达国家合成酒精产量占总产量的80%以上，发酵酒精因其高成本等制约因素，受到严重冲击而萎缩。20世纪70年代随着世界石油价格的猛涨，导致了第一次石油危机。生产酒精的主要原料乙烯的价格也相应的上涨，使得发酵法生产酒精的竞争力增强。而石油作为不可再生能源，从已探明的石油储量来看，世界石油的开采乐观的讲有100年左右有，但悲观的讲，却只有30-5
8、0年左右【2】。世界大多国家包括我国在内能源短缺问题相当严重。同时，以石油为原料的燃料燃烧后废气排放引起的环境污染也是人类面临的严重问题。寻找可再生、高效、低耗资、安全等特点的新型可代替能源成为人们日益关注的焦点。生物能源，如酒精、生物柴油、生物质气化及液化燃料、生物制氢等逐渐成为人们关注的对象。用酒精部分或全部代替汽油作为汽车燃料的计划得到了各国政府的支持和鼓励，酒精发酵再次进入蓬勃发展阶段。酒精实现工业化生产始于巴西。巴西是目前世界上最大的燃料酒精生产和消费国，其主要生产含水酒精和无水酒精，2006年年产可达170亿L左右；巴西每年消耗燃料酒精的数量占年耗汽油量的33%,是世界上唯一不使用
9、纯汽油作为汽车燃料的国家。巴西也是世界上酒精生产成本最低的国家，约合0.2美元/升，汽油价格为0.60.7美元/升。现在巴西加油站里含税酒精的价格是汽油的60%-70%，在全球实现了酒精相对汽油的竞争力。酒精燃料计划的实施，给巴西带来了三大收益：一是形成了独立的经济能源运行系统，能源来源不在依赖进口；二是刺激了农业和乙醇相关行业的发展，巴西作为一个农业大国，发酵酒精带动发展和保护了农民的利益；三是大气质量和生态环境显著改善，酒精燃料作为一种清洁可再生能源，实现了可持续发展。 美国燃料酒精发展比较晚，但却是世界上酒精燃料的主生产国家，主要以玉米为原料。其和巴西的酒精产量占全球总量的60%以上。美
10、国应用酒精的经济政策始于1978年的联邦能源税收法案，1979年为减少对进口原油的的依赖，建立联邦政府的“乙醇发展计划”，促使了酒精工业的迅猛发展，2004年酒精的生产量达到了1014万吨，2007年美国酒精产量达到了277亿L。目前美国酒精工业呈现出良好的发展势头。其酒精生产主要依靠玉米，通过转基因技术并扩大种植面积，目前有30%的玉米用于酒精的生产。除玉米酒精外，为促进纤维素酒精的发展，2005年颁布的美国能源政策法案（EPACT）为此制定了优惠政策3，利用木材、稻草、玉米秆等生产纤维素乙醇。美国政府实施燃料乙醇政策以来，给国家经济、农业生产、贸易、人民生活等多方面带来了极大的益处，促进了
11、美国农业的发展，改善了环境，减少了原油的进口，为社会提供了大量的就业机会。欧洲燃料酒精工业起步较晚，而且发展速度也不是很快。EU制定的燃料酒精发展计划大部分归属于整个生物燃料的发展规划中。欧洲大部分国家以小麦和甜菜作为酒精生产的原料，因为在欧洲大本分地区玉米生长状况不是很好。1994年欧盟通过决议，给予生物燃料的中试工厂免税政策。欧盟酒精2004年的消耗量为175万吨。欧盟的积极发展车用乙醇汽油解决了农产品过剩等问题。一些后续的国家如荷兰、瑞典等也出台了生物能源计划。目前，在税收优惠政策的支持下，车用乙醇汽油在欧盟的使用上日益上升。日本从1983年开始实施酒精燃料的开发计划，重点开发用农、林产
12、废物等未利用资源直接发酵生产乙醇的技术。由于日本是一个能源匮乏的国家，其石油能源主要依赖进口。随着进口原油的价格逐年攀升，以及汽油在国内相对吃紧，日本正计划开始大规模使用燃料酒精，其目前的燃料酒精大量依赖进口巴西酒精。1.1.2酒精在我国的发展历史及现状虽然酒精发酵在我国是一个传统产业，但发酵酒精作为燃料使用，作为生物能源产业，我国却远远落后于巴西、美国乃至欧洲国家.我国酒精燃料的使用开始于抗战时期，当时汽油紧缺，就用发酵酒精部分或全部代替。但后来随着汽油价格的优势，酒精燃料退出了能源领域。随着交通基础设施的完善，我国汽车工业快速发展，汽车数量逐年增多，尾气污染日益严重，环境保护压力日渐加大。
13、为了统筹解决我国经济社会发展中存在的上述问题，20世纪80年代，中国借鉴欧美等发达国家的成功经验，在“八五”期间有组织地进行了酒精和车用乙醇汽油的研究和应用。我国以先试点后推广的方式发展燃料酒精，在国家发改委组织下，制定了国家“ 十五”燃料乙醇发展和车用乙醇汽油推广使用专项规划，随后批准在吉林、河南、安徽和黑龙江四省建设总规模为132 万吨的燃料酒精生产装置。在河南省郑州、洛阳、南阳市和黑龙江省哈尔滨、肇东五个城市进行车用乙醇汽油使用试点。2004年，经国务院同意，国家发改委等八个部门联合颁布了车用乙醇汽油扩大试点方案和车用乙醇扩大试点工作实施细则，把推广使用车用乙醇汽油作为国家的一项战略性举
14、措。我国正朝着以淀粉类、糖类、纤维素类原料生产生物酒精的多元化发展。在新疆、内蒙古等地，我国自行培育的具高抗逆性和可以在全国种植的甜高粱。我国积极应用转基因技术选育和开发能源作物原料，已开发出利用甜高梁茎秆汁液等生物质制取乙醇的技术工艺，清华大学与一家名为内蒙古特弘生物有限责任公司合作，在内蒙古鄂尔多斯建成了一个2000吨的连续固体发酵示范厂，生产成本约为4582元/吨，甜高粱燃料乙醇已经具备了产业化的水平【4】。随着全球首个实现纤维素乙醇商业化量产的酶制剂产品CellicCTec2问世，纤维素乙醇有望成为极具竞争力的汽油替代品。全球最大的酶制剂生产商诺维信公司近日宣布，用其研制成功的Cell
15、icCTec2，每生产1加仑纤维素乙醇所需酶的成本仅为50美分，从而将纤维素乙醇的生产成本降至2美元/加仑，约合3.6元/升，接近于目前美国市场的汽油价格。河南天冠集团、山东龙力公司也已取得技术进展，开发成功类似技术。此外，我国也开展了研究生物质原料的高压蒸汽爆破预处理技术、纤维素酶制备技术、大规模酶降解技术、戊糖己糖同步乙醇发酵技术、微生物细胞固定化技术、在线杂菌防治技术以及副产品木质素的深度加工利用技术等。但这些研究目前在我国尚处于起步阶段，与国外相比仍有相当差距。能源是推动社会发展的源泉。随着石油、煤炭等不可再生燃料储量日益减少，对地球生态环境造成巨大污染和威胁。酒精，这一可再生清洁能源
16、发挥的作用越来越大，成为不可再生能源的补充。我国是一个能源消耗大国，同时也是农业大国。近年来，随着我国综合国力的提高，科技的发展，农副产品连年丰收。发酵燃料酒精，在不影响国计民生粮食储备的条件，利用余粮生产，将农业与工业有机的结合起来，既解决了民生问题，又缓解了能源紧张，改善了能源结构。我国生物酒精生产技术已经成熟，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北、河北、山东、江苏部分地区已基本实现车用乙醇汽油替代普通无铅汽油。我国已成为世界上继巴西、美国之后第三大生物酒精生产国和应用国。但我国酒精所需量远远大于目前的生产量，我国每年汽油消费量已超过3500万吨、柴油6200万吨，若所用的柴油、汽油中
17、含20%的酒精，则每年将消费290万吨酒精。我国乙醇汽油的消费量占全国汽油消费量的20%。能源问题已严重威胁到了一个国家的安全。很多国家都已发展了酒精生产工艺。自2000年我国生物能源计划有了重大实施。2003年规划的年产60万吨酒精生产线,其中一条(年产30万吨)已经投产运行,我国酒精的规模发展已有了一个高起点,高水平的新开端。但我国现有的200多生产厂中，仍以规模小、生产技术落后的小厂占大多数。不断完善相应的配套措施，发展其先进的生产工艺，安排其合理的车间设备设计,提高其酒精的产率,那么我国定能规划和实现600万吨新的酒精的生产。为提高酒精的产量,改善其工艺,优化其工艺条件,是本次设计的目
18、的。1.2蒸煮糖化工艺研究进展目前我国发酵酒精工业以淀粉质原料生产为主。传统的淀粉质原料的蒸煮糖化，就是通常所用的高温高压蒸煮工艺。但这种工艺存在以下缺点：1、生产过程耗能过大；2发酵醪液的酒精浓度过低，成熟醪液的酒精体积分数一般只有812%；3生产效率低，发酵周期长，设备投资大；4、废液处理困难，对环境污染大。由于诸多缺点，近年来不断涌现出许多新的酒精发酵生产工艺。1.21常压蒸煮工艺 蒸煮工序是酒精生产过程中耗能较大的部分之一。随着酶制剂工业的发展，高温蒸煮逐渐被中温和低温蒸煮所代替。常压蒸煮工艺代表工艺就是“双酶法”发酵工艺，在中低温环境下，利用淀粉酶，糖化酶作用，进行发酵工艺。1.22
19、同步糖化发酵工艺根据淀粉糖化和酒精发酵的耦合方式不同，可以将淀粉质原料生产酒精的工艺分为两大类：先糖化然后发酵酒精工艺和同步糖化发酵工艺。同步糖化发酵工艺是不经过单独糖化阶段，将糊化后的淀粉质原料冷却后，直接加入糖化酶和酵母进行发酵。同步糖化发酵在同一个装置内进行，这样消除了糖化过程中的产物抑制，同时又节省了设备，减少了糖化阶段的能耗。该工艺有一定的前景，但目前仍处在研究阶段，技术不太成熟。1.23生料淀粉发酵法 生料发酵就是微生物直接利用未经糊化的生淀粉而生产繁殖及代谢的过程。生料发酵工艺的关键点是生淀粉水解酶。利用生料直接进行发酵，虽然工艺简单，节能效果明显，但生料生产酒精工艺的发酵时间长
20、，酶用量大，污染预处理要求高，使得工业化生产的难度大。 浓醪发酵，固体发酵，酵母再循环发酵，以及吸附乙醇发酵，真空发酵等，都有一定的发展空间，但这些技术大都还是处在实验室研究阶段。2 生产方法的选择及论证2.1 原料的选择及酒精生产原料状况分析5酒精生产原料种类丰富，发酵法生产燃料乙醇的原料主要分为以下几种：淀粉质类、糖蜜类、纤维质类、亚硫酸盐造纸废液和野生植物类等。2.1.1 淀粉质原料淀粉质原料包括薯类原料、谷物类和农副产品类。薯类原料指甘薯、木薯、马铃薯、山药等：谷物类指小麦、玉米、高粱等：农副产品类原料指粮食加工的副产品，主要是淀粉渣。目前，国内市场上生产酒精较为成熟的技术主要是木薯、
21、小麦、玉米和高粱等为生产原料。以粮食类作物小麦、玉米等生产酒精在我国目前基本是以采购新粮进行生产的，但粮食产量的增长已远不能满足企业的生产需求。至2000年以后的数年我国粮食产量连年减产。目前我国粮食已经退回到了10年前的水平，以粮食作物为原料生产酒精已引起了粮食短缺，粮价上涨。2010年我国粮食产销缺口已达到3500万吨左右。国家在可再生能源发展“十一五”规划中明确了“非粮”的发展的方向，并将采取措施逐步抑制以粮食为原料进行的酒精的生产。以经济类作物高粱、木薯等生产酒精，基本上解决了与民争粮的问题。此类作物产量高，含淀粉量高，抗旱，抗盐碱，且生产成本较低，具有很大发展前景。尤其是木薯，有超常
22、的气候资源利用率，单位面积的光合作用能力和生物能量生产水平最高、适应性广泛、淀粉含量高等优势，生产成本较玉米为低。2.1.2 糖蜜原料糖蜜原料指甘蔗、甜菜生产糖的副产品，又称废糖蜜。其中含有较多的可发酵性糖，经过酒母的发酵作用可转化为乙醇。糖蜜根据制糖原料可分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜和炼糖糖蜜。糖蜜原料用作乙醇生产的原料，一般要求质量为：外观呈棕黄色或黄褐色的均匀浓稠液体，无异臭味，无发酵现象；糖蜜中不含沙土、浮渣等机械杂质，不含毒害酵母生长的化学物质。使用糖质原料和淀粉质原料生产燃料酒精，原料成本占燃料酒精生产成本的比例高达50% 以上。2.1.3 纤维质原料从更长时期来看，粮食、经济作物只是生
23、产酒精的过渡性原料，还不足以改变中国整个能源结构。因此，开发廉价的原料资源以农作物秸秆和林业生产废弃物为代表的木质纤维素类生物质资源越来越受到人们的关注. 纤维素是地球上贮量最丰富的一种可再生生物资源，利用纤维质原料生产乙醇是人类长期以来从事的研究性课题。我国每年农作物秸秆约7亿吨左右，若能有效的被利用来生产乙醇，中国能源问题就能得到根本解决。木质纤维素类原料主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，结构非常复杂，必须先经过水解糖化才能被微生物利用制取燃料酒精。水解的方法有酸法和酶法，酶法水解由于具有设备简单、反应条件温和原料糖化得率高、副产物少以及不污染环境等优点，得到了更广泛的应用。然而，木质素
24、的存在阻碍了纤维素酶的作用，因此在酶法水解前需要进行一定的预处理，改变天然纤维素的结构，降低它的结晶度，脱去木质素，以增加纤维素酶与纤维素的有效接触。如今纤维素降解技术获得突破进展，实现工业化生产。这对突破我国资源瓶颈将起到重要的作用。以发展的眼光看，解决酒精大量使用时所需原料问题的途径将最终转向纤维原料。依靠生物技术、基因技术等高新技术的发展，通过筛选种植高能、高产生物资源，开发和实现利用纤维素生产酒精技术的产业化，可为酒精生产提供取之不尽的可再生植物原料。目前河南天冠及山东龙力集团都有突破性进展，天冠集团在南阳邓州筹建的以纤维素为原料的酒精生产厂，不久就可投入生产。2.1.4 木薯的选择本
25、工艺采用木薯为原料。具有如下优点:（1） 木薯适应性强，耐旱、耐瘠、耐水，对土质要求不高，适合在任何土质中生长的作物。（2） 木薯酒精生产率高于其它作物。（3） 用木薯酒精生产，整株作物无废料，利用率很高【6】。（4） 木薯属于非粮作物，不与民争粮，符合国家规划。（5） 虽然以纤维素原料生产乙醇已有投产，但现在关键技术仍掌握在少数机构手中，且不太成熟，成本太高。2.2 蒸煮工艺的选择连续蒸煮工艺与间歇蒸煮工艺比较的优点：（1）连续蒸煮比间歇蒸煮出酒率高。间歇蒸煮时，在高温的条件下，物料停留时间长，容易引起糖分的分解，尤其是锅壁上易形成焦糖和氨基糖。间歇蒸煮的大设备容积这一特点，导致其在蒸煮时容
26、易加热不均，甚至蒸煮不透，导致淀粉利用率降低。连续蒸煮这可以减少或避免不必要的损失，以95%酒精计算，每吨原料连续蒸煮可提高20L左右95%酒精。（2） 连续蒸煮与间歇蒸煮相比,减少了加水加料,升温和吹醪等非蒸煮时间,降低了劳动强度，提高了设备利用率。（3） 热能利用率高:间歇蒸煮每次都需要加热锅壁,并且无法利用二次蒸汽。连续蒸煮用汽均匀,且避免了用汽幅度的波动，使供汽均衡节省能耗。（4） 劳动生产率高:连续蒸煮在相对稳定条件下连续进行,便于操作和规范管理,为连续生产自动化创造条件。由于连续蒸煮法具有以上优点，所以本设计选用连续蒸煮工艺。2.3 糖化工艺的选择淀粉水解转化为葡萄糖根据水解催化剂
27、的不同,可有三种:酸解法,酸酶结合水解法，酶解法。（1）酸解法实际上是淀粉分子和水分子在酸性和一定温度，压力条件下反应，使淀粉分子中的糖苷键加水分解成糖浆。酸解法适应于任何精制淀粉，工艺简单，水解时间短，生产效率高，糖化液过滤性能好。但酸解法必须在高温、高压条件下，则易发生复合反应和分解反应，酸水解的副产物多，将造成葡萄糖的损失，淀粉转化率降低。且对淀粉原料要求严格,淀粉颗粒不宜过大,淀粉浓度也不宜过高。酸解法要求耐腐蚀耐高温高压的设备,增加设备成本。（2）酸酶结合法：酸酶结合法是集酸法和酶法的优点而采用的结合生产工艺。它又分为:酸酶法和酶酸法水解法。酸酶法，即事先将淀粉在酸性和一定的温度压力
28、条件下水解为糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解为葡萄糖的工艺。酸酶法也要在高温、高压和酸性条件下进行，且只能用管道设备进行生产。（3）酶解法是用淀粉酶将淀粉水解转化为葡萄糖。淀粉的酶解工艺包括淀粉的液化和糖化两个部分。其中，淀粉的液化，是利用淀粉液化酶，即-淀粉酶使糊化的淀粉黏度降低，并水解成糊精和低聚糖的过程；糖化是利用糖化酶将淀粉液化的产物进一步水解成葡萄糖的过程，并为发酵提供含糖量适量并保持一定酶活力的无菌或极少杂菌的醪液。淀粉的液化和糖化都是在微生物酶的作用下进行的，又称为双酶法。 双酶水解法制葡萄糖的优点是:淀粉水解是在酶的作用下进行的,酶解反应条件温和；微生物酶作用的专一性强,淀
29、粉水解副反应少，因而水解糖液纯度高，淀粉的转化率高；可在较高淀粉浓度下水解。不同的水解制糖工艺，各有其优缺点。从水解糖液的质量及降低糖耗，提高原料利用率方面考虑，则以双酶水解法最好，其次是酸酶法，酸法最差。从淀粉水解整个过程所要的时间来看双酶法最长。但双酶法水解的糖化程度最高,水解液的葡萄糖含量高,相对来说,淀粉的出糖率较高,原料单耗较小。双酶法水解的糖液杂质最少,水解液葡萄糖纯度高，糖化液质量高,糖的精致容易。酶法制葡萄糖采用较高淀粉浓度,可提高设备生产能力,节省酸,碱的消耗。所以本工艺采用双酶法糖化。 采用的液化酶为:-淀粉酶，作用是将淀粉迅速水解为糊精及少量麦芽糖，对淀粉的作用，可将长链
30、从内部分裂成若干短链的糊精，所以也称为内切淀粉酶。采用的糖化酶为:淀粉-1,4-葡萄糖苷酶，作用于淀粉的1,4键的,从葡萄糖的非还原性末端起将葡萄糖单位一个个的切断，又称为外切淀粉酶，对支链淀粉的作用也是从非还原性末端一个个切断为葡萄糖。它水解淀粉和糊精的主要产物是葡萄糖。采用双酶法糖化工艺，根据酶的专一性和高效等特点，物料利用率高，且在低温条件下淀粉迅速液化糖化，有效的节约了能源，同时-淀粉酶为耐高温酶，可以适当提高粉浆温度，加快其水解速度。所以说采用双酶法糖化工艺条件温和，水解彻底，效果好。3 生产工艺及技术要求3.1 粉浆拌料淀粉的液化状况对后续酶反应影响很大。淀粉作为葡萄糖基构成的高分
31、子物质，多是以颗粒形式存在于植物细胞内部，且具有一定的结晶性的结构。目前用的酵母不能直接利用淀粉进行乙醇发酵，淀粉必须水解成糖类，才能被利用。植物细胞壁对淀粉又有一定的保护作用，胞内淀粉不易受到淀粉酶系统的作用，同时糖化酶对不溶解状态淀粉的糖化作用非常弱。而-淀粉酶直接水解淀粉颗粒与水解已糊化淀粉浆的速度之比为1:20000。所以在淀粉糖化实际生产工序中先加热粉浆，在此选用加入60的热水进行拌料。同时采用预蒸煮罐用加热蒸汽蒸煮到90，淀粉颗粒充分吸水膨胀后,使原来排列整齐的淀粉层结构受到破坏形成网状结构,这种网状结构会随着温度升高而断裂。加之-淀粉酶的水解作用和粉浆罐中平桨搅拌器的搅拌机械剪切
32、作用,淀粉链很快被水解为糊精和低聚糖分子，这些分子的葡萄糖残基末端具有还原性，便于糖化酶的作用。由于不同原料来源的淀粉颗粒结构不同，液化难易程度也不同，而本设计所采用的木薯淀粉，分批投料，为了满足连续蒸煮的要求，调浆罐应设两只。3.2 料浆输送连续蒸煮对送醪泵的要求有三点:一是压头大，必须超过蒸煮压力；二是流量稳定，这是保证过程稳定，以满足工艺条件的前提；三是便于调节，因为当供汽或蒸煮温度发生波动时,必须调节泵流量。酒精厂连续蒸煮用泵绝大部分用的是蒸汽往复泵。往复泵有压力高,当活塞运动速度不变时流量是一定的。缺点是泵送过程中流量是有波动的，对于每缸出料量是按正弦曲线进行的。因此单杠单动泵出料是
33、间歇的,当然不能满足工艺要求。在连续蒸煮中应选用往复泵,这样出口流量的波动就比较小,可满足要求。3.3 液化喷射器及蒸煮罐的选择喷射液化是目前使用最广泛的液化工艺。采用液化喷射器,首先淀粉质原料吸水后，在喷射时产生的高温及压力作用下，能使淀粉的细胞膜和组织破裂，即破坏原料中淀粉颗粒的外皮，使其内容物流出，呈现溶解状态变成可溶性淀粉，以便于淀粉糖化酶作用，使淀粉变成可发酵性糖，糊化。其次，借助蒸汽的高温高压作用，将原料中的大量微生物进行灭菌，使得发酵过程中的原料不被杂菌污染，酒精发酵顺利进行。这次设计采用立式蒸煮罐，此设备的受热面积大、热效率高、加热均匀、加热时间短且温度容易控制。采用罐式连续蒸
34、煮其蒸煮温度可高温蒸煮，可中低温蒸煮。本工艺两者均采用，先低温后高温，可节省煤耗，设备简单，操作容易。连续蒸煮罐的设计主要解决保证蒸煮时间，采用两只蒸煮罐，既获得质量均匀一致的蒸煮醪，又减少了连续蒸煮糖化的时间。3.4后熟器和气液分离器的选择后熟器中不再进入蒸汽，是保持温度，维持一定时间，能真正起到后熟作用，为加工和安装方面，本工艺采用两只大小相同的后熟器。气液分离器的选择，是为了将经过加热,后熟的蒸煮醪分离出去一部分二次蒸汽并使之降温，汽液分离器的液位较低，上部需留有足够的自由空间，以分离二次蒸汽，一般醪液控制在50%左右的位置上。醪液从汽液分离器沿切线方向进入真空冷却器后,受离心力作用，被
35、甩向四周，沿壁流下后就从底部的排醪管排出。由于器内是真空,醪液进入后压力骤降，急速蒸发(此种蒸发称为闪急蒸发)，所产生的二次蒸汽从器顶抽汽管排出，醪液自蒸发产生大量蒸汽，这样便消耗了醪液大量的热能于是醪液温度在瞬息间降低到与器内真空度相对应的沸点温度为止。3.5 原料的糖化及冷却糖化的作用就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被酵母利用的可发酵性物质（当然也有不发酵性物质生成，这主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用），降低醪液的粘度，有利于酵母的发酵和醪液的输送。另一目的是分解蛋白质生成一定数量的肽和氨基酸，以保证酵母生长需要的氮源。连续糖化罐是将降温至60-62的糊化醪，与糖化醪液或曲液混合，在6
36、0下维持30分钟，保持流动状态，使淀粉在酶的作用下变成可发酵性糖。进入的糊化醪事先经过真空冷却器的冷却。糖化罐内设有冷却管，以便于对温度微调。为保证醪液在罐内达到一定的糖化时间，应保证糖化醪的容量不变，故设有自动控制液面的装置。连续糖化罐在常压下操作，为减少染菌，作成密闭式，并每天用蒸汽杀菌一次。连续糖化罐生产时只使用一只，为了轮流灭菌可设两只。醪液经汽液分离之后，醪液从汽液分离器沿切线方向进入真空冷却器后，受离心力作用，被甩向四周，沿壁流下后就从底部的排醪管排出。由于器内是真空，醪液进入后压力骤降，急速蒸发，所产生的二次蒸汽从器顶抽汽管排出。醪液自蒸发产生大量蒸汽，这样便消耗了醪液大量的热能
37、于是醪液温度在瞬息间降低到与器内真空度相对应的沸点温度为止由于蒸煮醪的浓度相应增加。为了不使醪液的浓度增加,在糖化剂中多加一些水。真空冷却所用的真空度可用机械真空泵，也可用水喷射泵，由于醪液只要冷却到65左右，所需要的真空度不太高，用低位水喷射真空泵较合适，所以酒精厂蒸煮醪的真空冷却大多使用水喷射真空泵。糖化锅出来的糖化醪温度为60左右,需进一步冷却至发酵温度28才能进行发酵，这个冷却可称为糖化醪的后冷却，后冷却可以用与蒸煮醪一样的真空冷却，但必须创造更高的真空度，这在设备加工和运转来说都不是简单的，因此本设计采用大型螺旋板式换热器。4 工艺计算4.1 物料衡算84.1.1 生产过程物料衡算主
38、要内容(1) 原料消耗的计算 主要原料为木薯,其他原料为淀粉酶、糖化酶、硫酸、氨水等。(2) 中间产品 蒸煮醪、糖化醪、酒母醪、发酵醪量等。(3) 成品 副产品以及废气、废水,废渣即酒精、杂醇油、二氧化碳和废糟等。4.1.2 工艺技术指标及基础数据(1) 生产规模 5 0000t/a酒精。(2) 生产方法 双酶法糖化 连续糖化 六塔差压蒸馏。 (3) 生产天数 每年300天。(4) 副产品年产量 次级酒精占酒精总量的2%-3%。(5) 杂醇油量 为成品酒精的0.3%-0.5%。(6) 产品质量 燃料酒精(乙醇含量99.5% 体积分数) 。(6) 木薯干淀粉70% 水份13%(7) -淀粉酶用量
39、为8u/g原料，糖化酶用量为150u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量300u/g原料。-淀粉酶活力20000u,糖化酶10 0000u。(8) 铵水用量80kg/t(酒精)。(9) 硫酸用量(调PH用)20kg/t(酒精)。(10) 料水比1:3.3。4.1.3 工艺流程示意图生产工艺采用双酶法糖化，连续糖化和六塔蒸馏流程。流程图如图4-1: 空气空压机过滤器无菌空气 木薯干细粉碎调浆罐1/3淀粉酶连续蒸煮器蒸煮醪活性干酵母糖化锅糖化酶糖化醪酒母醪发酵罐CO2成熟发酵醪蒸馏废醪成品酒精杂醇油 粗粉碎2/3淀粉酶 图4-1 双酶蒸煮糖化发酵酒精生产工艺4.1.4 原料消耗计算现以木薯干生产95%的
40、酒精1000kg作为计算的基准。(注:酒精体积分数为95%换算成质量分数为93.85%)从淀粉质原料生产酒精的化学反应式原料与成品之间的定量关系为： (C6H10O5)n +nH2O nC6H12O6 （4.1） 162n 18n 180n C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 （4.2） 180 246 244(1) 由公式（4.1），（4.2）可得每生产1000kg95%酒精需要淀粉量为： 162:246=100:X=1652.6kg但是,酒精生产要经历许多工序和复杂的生物化学变化最后完成的。在各阶段中不可避免的会引起淀粉的损失，淀粉损失的分配大致如下:生产过程各阶段淀粉损失9 表4-
41、1生产过程各阶段淀粉损失生产过程损失原因淀粉损失% 备注原料处理淀粉损失0.40蒸煮淀粉残留及糖分破坏0.50发酵发酵残糖1.50发酵巴斯德效应4.00发酵酒气自然蒸发与被CO2带走1.30若加酒精补集器，损失减为0.30%蒸馏废醪带走等1.85总计损失9.55(2)每生产1000Kg95%酒精需淀粉量：一般在整个生产过程中淀粉利用率为91%-92%之间，若以上表一为依据，假定发酵系统设有酒精捕集器，则淀粉总损失率8.55%。设利用率为91%，每生产1000kg95%酒精需要淀粉量为:=1816.1kg(3)淀粉出酒率为:=55.1%(4)生产1000kg95%酒精木薯原料消耗量:据基础数据给
42、出，木薯原料含淀粉70%，故生产1000kg无水乙醇需木薯干量为:=2594.5kg(5)-淀粉酶消耗量:应用酶活力为20000u/g的-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗, -淀粉酶用量按8u/g原料计算:用酶量为: =1.04kg(6)糖化酶消耗量:若所用糖化酶活力为10 0000u/g，使用量为150u/g原料,则糖化酶消耗量为:=3.90 kg. 此外,酒母糖化酶用量按300u/g原料计。且酒母用量为10%，则酶用量为:=0.545kg.式中70%为酒母的糖化液占70%，其余为稀释水和糖化剂两项合计则总的糖化酶用量为:3.90+0.545=4.445 kg(7)浓氨水用量：由于
43、-淀粉酶在pH=5.5-6.5的情况下活性较高，因此用氨水调整PH，一般用量为7kg/t(酒精)，即每生产1吨酒精的蒸煮醪中用7Kg浓氨水。4.1.5 蒸煮醪量的计算（a）连续蒸煮首先将粉碎的原料在配料调浆罐内与温水混合，加水比一般为1:3.3左右，则粉浆量为:2594.5(1+3.3)=11156.4 kg加入氨水后的粉浆量为:11156.4+80=11236.4 kg（b）使用连续蒸煮工艺，调浆后粉浆温度为55，应用预煮罐使粉浆升温至90，然后用液化喷射器使粉浆醪升温到105，然后进入维持罐保温液化5-8min，进入汽液分离器和后熟器，温度降低，最后在用螺旋板冷却器冷却到糖化的温度60。其
44、工艺流程示意如图4-2所示淀粉酶60水木薯粉调浆罐预煮罐液化喷射器维持罐后熟器淀粉酶气液分离器真空冷却器糖化罐螺旋板冷却蒸 汽水糖化酶去发酵28度图4-2双酶连续蒸煮糖化酒精生产工艺流程（c）取干物质含量W0=87%的薯干比热容为：1.63 KJ/(kgK),水的比热容Cw=4.18 KJ/(kgK)，粉浆干物质量为: W1=,蒸煮醪比热容为: C1=4.18 (1- W1)+1.63W1=3.66 KJ/(kgK)为计算方便，假定蒸煮醪的比热容在整个蒸煮过程保持不变，蒸煮醪温度变化为:55901059560(1)预液化醪液量：若醪液平均比热取3.66KJ/(kgK)，混合后粉浆温度为55，用
45、焓为2257.2 KJ/kg，0.2Mpa表压的蒸汽加热，预蒸煮在90下进行，5590，则预液化醪量为:G=G+W，W=GC（T2-T1）/（I-CwT2)(2)经液化喷射加热后(90105)蒸煮醪量为:式中 2748.9喷射液化器加热蒸汽(0.6Mpa)的焓(KJ/(kg)(3) 经液化维持管出来的蒸煮醪温度降为102，量为:式中 2253液化维持管的温度为102下饱和蒸汽的汽化潜热(KJ/(kg)(4)经闪蒸汽液分离器分离后10295蒸煮醪量为:式中 227195下饱和蒸汽的汽化潜热(KJ/kg)(5) 加2/3 -淀粉酶 即21.04=2.08 kg后，进入后熟器(约45min)的醪液量
46、为:12089+2.08=12091.08kg(6)糖化酶适宜在PH=4.04.5的范围内，因此使用硫酸酸化,约20 kg/t(酒精)12091.08+20=12111.08 kg(7)经换热器后,温度降至60后，加入2.95 kg糖化酶后，糖化醪量为:12111.08+3.90=12114.98 kg4.1.6 糖化醪与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟醪含酒精10%(体积分数)，相当于8.01%(质量分数)。并设蒸馏效率为98.5%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪量的5%和1%，则生产1000 kg 93.85%(质量分数)酒精成品有关的计算如下:需蒸馏的成熟发酵醪量为:F1=若不计酒精捕集器和洗罐用水,则成熟发酵醪量为:入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为:相应发酵过程放出CO2总量为:接种量按10%计，则酒母醪量为m0:酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量为:H2SO4 用量为20 kg/t(酒精) 蒸煮醪量为12089 kg糖化酶消耗量 : 3.90+0.55=4.45 kg需加水: 12457.2-12089-4.45-20=344 kg4.1.7 酒精厂总物料衡算酒精成品日产酒精量为: 50000/300=166.7t/d 取整167t/d 一年按生产300天计实际每年生产酒精量为: 167300=50100 t/a