年產(chǎn)2萬(wàn)噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)-酒精發(fā)酵工藝初步設(shè)計(jì)

1、海 南 大 學(xué) 生物工藝學(xué)課程設(shè)計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)題 目：年產(chǎn)2萬(wàn)噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)酒精發(fā)酵工藝初步設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 材料與化工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 生物工程 班 級(jí)： 2011級(jí)生物工程2班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 趙慶榮 指導(dǎo)教師： 劉平懷老師 時(shí) 間: 2011年5月 摘要發(fā)酵設(shè)備是發(fā)酵工廠中的主要設(shè)備，發(fā)酵設(shè)備必須具有適宜微生物生長(zhǎng)和形成產(chǎn)物的各種條件，促進(jìn)微生物的新陳代謝，使之能在低耗能下獲得較高產(chǎn)品。因此發(fā)酵設(shè)備必須具備微生物生長(zhǎng)的基本條件。發(fā)酵主要分為嫌棄發(fā)酵和好氣發(fā)酵兩大類(lèi)，根據(jù)發(fā)酵微生物的不同特性我們可以選擇與之相對(duì)應(yīng)的不同的發(fā)酵設(shè)備來(lái)進(jìn)行所需要的發(fā)酵過(guò)程。酒精發(fā)酵屬于嫌棄發(fā)酵

2、過(guò)程，所以酒精發(fā)酵罐也需設(shè)計(jì)制造成嫌棄發(fā)酵罐來(lái)進(jìn)行發(fā)酵。酒精發(fā)酵罐除了滿足微生物生產(chǎn)和代謝的基本條件外，發(fā)酵微生物熱的釋放和冷卻設(shè)備及發(fā)酵廢液的排放等一系列工藝條件也必須滿足。木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，適應(yīng)性很強(qiáng)，耐旱、耐瘠、耐水，對(duì)土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長(zhǎng)的作物。我國(guó)南方盛產(chǎn)木薯，產(chǎn)量高，淀粉含量高，木薯的塊根淀粉含量達(dá)25-30左右，木薯干淀粉含量達(dá)70左右，是被譽(yù)為“淀粉之王”。木薯已被世界公認(rèn)具有很大發(fā)展?jié)摿Α⒑苡星巴镜木凭a(chǎn)的可再生資源。近年來(lái)，隨著木薯原料用于生產(chǎn)酒精逐漸受到人們的重視，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都致力于木薯生產(chǎn)酒精工藝的研究。所以對(duì)木薯發(fā)酵生產(chǎn)酒精的

3、研究具有重要的意義。本課程設(shè)計(jì)題為年產(chǎn)2萬(wàn)噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)發(fā)酵糖化醪的發(fā)酵工藝初步設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)的酒精發(fā)酵罐為年產(chǎn)20000噸，99.5%的酒精，針對(duì)500m3關(guān)鍵詞：燃料酒精 木薯 發(fā)酵目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc388302597 1.緒論 PAGEREF _Toc388302597 h 5 HYPERLINK l _Toc388302598 1.1 設(shè)計(jì)的目的及意義 PAGEREF _Toc388302598 h 5 HYPERLINK l _Toc388302599 1.3 設(shè)計(jì)依據(jù) PAGEREF _Toc388302599

4、h 6 HYPERLINK l _Toc388302600 設(shè)計(jì)課題 PAGEREF _Toc388302600 h 6 HYPERLINK l _Toc388302601 1.3.2 設(shè)計(jì)條件 PAGEREF _Toc388302601 h 6 HYPERLINK l _Toc388302602 2 生產(chǎn)工藝流程選擇和論證 PAGEREF _Toc388302602 h 7 HYPERLINK l _Toc388302603 2.1 燃料酒精生產(chǎn)流程（附圖2） PAGEREF _Toc388302603 h 7 HYPERLINK l _Toc388302604 2.2 酒精發(fā)酵工藝流程 P

5、AGEREF _Toc388302604 h 7 HYPERLINK l _Toc388302605 酒精發(fā)酵的要求 PAGEREF _Toc388302605 h 7 HYPERLINK l _Toc388302606 2.2.2 酒精發(fā)酵機(jī)理 PAGEREF _Toc388302606 h 7 HYPERLINK l _Toc388302607 酒精發(fā)酵工藝流程選擇 PAGEREF _Toc388302607 h 8 HYPERLINK l _Toc388302608 2.2.4 木薯酒精發(fā)酵工藝的論證 PAGEREF _Toc388302608 h 8 HYPERLINK l _Toc3

6、88302609 酒精發(fā)酵工藝優(yōu)化最新研究進(jìn)展 PAGEREF _Toc388302609 h 10 HYPERLINK l _Toc388302610 2.3 酒精發(fā)酵動(dòng)力學(xué) PAGEREF _Toc388302610 h 12 HYPERLINK l _Toc388302611 酒精發(fā)酵的表示方法 PAGEREF _Toc388302611 h 12 HYPERLINK l _Toc388302612 三酒精發(fā)酵的階段 PAGEREF _Toc388302612 h 12 HYPERLINK l _Toc388302620 2.3.3 酒精發(fā)酵的機(jī)制 PAGEREF _Toc3883026

7、20 h 14 HYPERLINK l _Toc388302621 2.3.4 酒精發(fā)酵過(guò)程中主要副產(chǎn)品的生成 PAGEREF _Toc388302621 h 14 HYPERLINK l _Toc388302622 2.3.5 發(fā)酵成熟醪的指標(biāo) PAGEREF _Toc388302622 h 15 HYPERLINK l _Toc388302623 2.3.6 影響酒精發(fā)酵的因素 PAGEREF _Toc388302623 h 15 HYPERLINK l _Toc388302624 2.3.7 酒精發(fā)酵中雜菌污染的危害及其防止 PAGEREF _Toc388302624 h 16 HYPE

8、RLINK l _Toc388302626 3 生產(chǎn)工藝操作條件 PAGEREF _Toc388302626 h 16 HYPERLINK l _Toc388302627 3.1 設(shè)計(jì)任務(wù) PAGEREF _Toc388302627 h 16 HYPERLINK l _Toc388302628 3.2 設(shè)計(jì)工藝方案的計(jì)算 PAGEREF _Toc388302628 h 16 HYPERLINK l _Toc388302629 物料衡算 PAGEREF _Toc388302629 h 16 HYPERLINK l _Toc388302630 3.2 .2原料消耗的計(jì)算 PAGEREF _Toc3

9、88302630 h 18 HYPERLINK l _Toc388302631 4. 無(wú)水燃料酒精發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的選型 PAGEREF _Toc388302631 h 23 HYPERLINK l _Toc388302632 4.1 主要設(shè)備發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選擇 PAGEREF _Toc388302632 h 24 HYPERLINK l _Toc388302633 4.1.1 發(fā)酵罐選擇原則及選型 PAGEREF _Toc388302633 h 24 HYPERLINK l _Toc388302634 糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算 PAGEREF _Toc388302634 h 25 HYPERLIN

10、K l _Toc388302635 4.1.3 發(fā)酵罐幾何尺寸及全罐表面積的確定 PAGEREF _Toc388302635 h 26 HYPERLINK l _Toc388302636 設(shè)備材料的選擇 PAGEREF _Toc388302636 h 27 HYPERLINK l _Toc388302637 4.1.5 發(fā)酵罐的壁厚計(jì)算 PAGEREF _Toc388302637 h 27 HYPERLINK l _Toc388302638 接管設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc388302638 h 28 HYPERLINK l _Toc388302639 支座的選擇 PAGEREF _Toc3

11、88302639 h 28 HYPERLINK l _Toc388302640 5. 發(fā)酵廢醪后處理工藝 PAGEREF _Toc388302640 h 28 HYPERLINK l _Toc388302643 7 總結(jié)感想 PAGEREF _Toc388302643 h 30 HYPERLINK l _Toc388302644 8 附圖 PAGEREF _Toc388302644 h 32 HYPERLINK l _Toc388302645 8.1 工藝流程圖（見(jiàn)附圖1） PAGEREF _Toc388302645 h 32 HYPERLINK l _Toc388302646 間歇發(fā)酵流程及

12、其程序控制圖（見(jiàn)附圖2） PAGEREF _Toc388302646 h 32 HYPERLINK l _Toc388302647 發(fā)酵罐示意圖（見(jiàn)附圖3） PAGEREF _Toc388302647 h 32 HYPERLINK l _Toc388302648 8.4 生產(chǎn)平面圖示意圖（見(jiàn)附圖4） PAGEREF _Toc388302648 h 32 HYPERLINK l _Toc388302649 8.5 車(chē)間布置圖（見(jiàn)附圖5） PAGEREF _Toc388302649 h 32 HYPERLINK l _Toc388302650 9 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc38830265

13、0 h 321.1 設(shè)計(jì)的目的及意義在學(xué)習(xí)掌握所學(xué)的生物工藝學(xué)、生物工程設(shè)備、化工原理等課程的基本理論和基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用這些知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力以及協(xié)作攻關(guān)的能力，訓(xùn)練我們使用文獻(xiàn)資料和進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、運(yùn)算的能力，提高文字和語(yǔ)言表達(dá)能力，為其它專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)和畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）打下基礎(chǔ)。隨著國(guó)際燃油價(jià)格的不斷攀升，能源的短缺及燃料酒精的推廣使用，燃料酒精行業(yè)獲得了大好的發(fā)展時(shí)機(jī)。從資源、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析，我國(guó)發(fā)展生物質(zhì)能源產(chǎn)業(yè)時(shí)機(jī)基本成熟，需要加快發(fā)展步伐。且生物質(zhì)能源能有效降低污染，與普通汽油相比，使用車(chē)用乙醇汽油后，一氧化碳的排放可降低7%，碳?xì)浠?/p>

14、物可降低48%。因此，開(kāi)發(fā)和使用生物質(zhì)能源符合保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的要求。目前，發(fā)展生物質(zhì)能源替代石油，已確定為我國(guó)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略決策。為避免燃料乙醇與人“爭(zhēng)糧”問(wèn)題的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)科技工作者努力尋求各種非糧材料以替代玉米、小麥等。所以第二代生產(chǎn)燃料乙醇的基礎(chǔ)原料是非糧材料，包括薯類(lèi)物質(zhì)、稻草和其他植物纖維材料等。發(fā)展燃料乙醇的重點(diǎn)在于推進(jìn)“非糧”原料的應(yīng)用，以推進(jìn)第二代生物燃料乙醇的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。我國(guó)木薯資源總量巨大，而現(xiàn)在其利用率極低，相當(dāng)數(shù)量的都爛在地窖里。木薯是多年生植物，盛產(chǎn)于我國(guó)南方，主要是碳水化合物，其他成分，如蛋白質(zhì)、脂肪、果膠質(zhì)等含量都比較少，因此被譽(yù)為“淀粉之

15、王”。鮮木薯淀粉含量高達(dá)25%30%，木薯干的淀粉含量高達(dá)70%78%，是世界公認(rèn)的一種具有很大發(fā)展?jié)摿Φ木凭a(chǎn)再生資源。一般可分為甜味木薯和苦味木薯，前者無(wú)毒但產(chǎn)量低，不適合作為大規(guī)模生產(chǎn)的原料；后者產(chǎn)量高，但因含有劇毒物質(zhì)氫氰酸0.07%0.24%而得名有毒木薯，不過(guò)作為酒精生產(chǎn)原料，蒸煮時(shí)大部分氫氰酸蒸發(fā)出去，并不影響發(fā)酵及成品質(zhì)量。同時(shí)，利用木薯作為生產(chǎn)燃料酒精的原材料還有極大地成本優(yōu)勢(shì)，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示1噸木薯酒精原料成本為2600元/噸左右，1噸蔗糖酒精原料成本為3500元/噸左右，而1噸玉米酒精需成本達(dá)到了4000多元/噸。而且以木薯生產(chǎn)酒精，每畝土地可得到的酒精量是玉米、稻米的兩

16、倍。為更進(jìn)一步推進(jìn)“非糧”原料生產(chǎn)燃料乙醇產(chǎn)業(yè)化發(fā)展；同時(shí)也為更好的促進(jìn)對(duì)我國(guó)木薯價(jià)值的開(kāi)發(fā)利用，增加農(nóng)民收入，推進(jìn)農(nóng)業(yè)的進(jìn)步，將木薯作為我國(guó)生產(chǎn)燃料酒精的主要非糧原材料，不失為一項(xiàng)明智的選擇。1.2 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想和原則一、設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)進(jìn)行，盡量符合任務(wù)書(shū)的要求，各種計(jì)劃進(jìn)程在任務(wù)書(shū)的可控范圍內(nèi)。二、工廠充分考慮現(xiàn)今的一些技術(shù)，設(shè)備，以及設(shè)計(jì)先進(jìn)理念，以“工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠、系統(tǒng)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)合理、安全環(huán)?！睘樵瓌t，各種設(shè)計(jì)方案綜合比較，取長(zhǎng)補(bǔ)短，制定一個(gè)高產(chǎn)節(jié)能的設(shè)計(jì)方案，高效生產(chǎn)合格燃料乙醇。三、設(shè)計(jì)盡量貼近實(shí)際，并且努力使其經(jīng)濟(jì)效益最大化，在各種設(shè)備選型中，合理考慮性?xún)r(jià)比和地區(qū)特性，不

17、盲目追求新設(shè)備，新生產(chǎn)線。 設(shè)計(jì)依據(jù)年產(chǎn)2萬(wàn)噸木薯燃料酒精生產(chǎn)工藝的初步設(shè)計(jì)酒精發(fā)酵工藝初步設(shè)計(jì) （海南大學(xué)生物工程課程內(nèi)容任務(wù)書(shū)）1.3.2 設(shè)計(jì)條件生產(chǎn)能力：年產(chǎn)2萬(wàn)噸99.5%酒精含量燃料乙醇原料：木薯（海南產(chǎn)）糖化而來(lái)的糖化醪液 生產(chǎn)方法: 雙酶糖化、間歇發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù) 生產(chǎn)時(shí)間：全年生產(chǎn)300天（24小時(shí)），連續(xù)操作工廠廠址：?？诮紖^(qū)廠址地域與自然條件：當(dāng)?shù)貧夂驐l件（來(lái)自海南氣象臺(tái)資料）：溫度 高溫39 最低溫度6 平均溫度濕度 最高濕度92% 平均濕度85% 水溫 河水（1米） 最高30 最低10 自來(lái)（飲用）水 最高30 最低10 深井水 平均18 風(fēng)頻率 年平均風(fēng)速： 降水量 年

18、平均：1691ml/a 風(fēng)向 東北風(fēng)和東風(fēng)產(chǎn)品：根據(jù)GB183502001要求，生產(chǎn)含酒精含量99.5%的成品。2 生產(chǎn)工藝流程選擇和論證2.1 燃料酒精生產(chǎn)流程（附圖2）2.2 酒精發(fā)酵工藝流程 （1）在發(fā)酵前期，要?jiǎng)?chuàng)造條件，讓酵母菌迅速繁殖，并占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治地位。（2）保持一定量的糖化酶活力，使糖化醪中糊化了的淀粉繼續(xù)被分解，生成可發(fā)酵性糖，即要保持后糖化的繼續(xù)進(jìn)行。（3）發(fā)酵過(guò)程的中期和后期，要造成厭氣條件，使酵母在無(wú)氧條件下進(jìn)行糖的酒精發(fā)酵。（4）要搞好雜菌污染的防止工作，避免因此中造成的損失。（5）要采取必要的措施，提高酒精發(fā)酵強(qiáng)度，降低酒精廠的造價(jià)和酒精的生產(chǎn)成本。（6）注意回收二氧

19、化碳及其夾帶的酒精，二氧化碳應(yīng)進(jìn)一步利用。2.2.2 酒精發(fā)酵機(jī)理 酒精酵母進(jìn)入糖化醪后，糖分被酵母細(xì)胞所吸收，并滲入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)酵母細(xì)胞內(nèi)酒化酶系統(tǒng)的作用，最終生成酒精、和能量，一部分能量被酵母細(xì)胞用作新陳代謝的能源，余下的部分和酒精及一起，通過(guò)細(xì)胞膜排除體外。酵母菌就是以這種方式進(jìn)行燙的酒精發(fā)酵的。 酒精從細(xì)胞膜滲出后很快就滲透到周?chē)橘|(zhì)中去了，因?yàn)榫凭梢匀魏伪壤c水混合。這樣，酵母細(xì)胞周?chē)木凭珴舛炔⒉槐弱惨褐械母摺Ｒ矔?huì)在液體中。但是很快就達(dá)到飽和狀態(tài)。此后產(chǎn)生的就吸附在細(xì)胞表面，直至超過(guò)細(xì)胞重力的時(shí)候，氣泡就帶著細(xì)胞上浮，直至氣泡破裂，釋入空中，細(xì)胞留在醪中慢慢下沉。由于的上升，帶動(dòng)

20、了醪液中酵母細(xì)胞的上下游動(dòng)，使酵母細(xì)胞更能充分的與醪液中的糖分接觸，發(fā)酵作用更充分和徹底。 在發(fā)酵后期，醪液中的糖分含量降低到一定水平以下，而液體中的已經(jīng)飽和，這時(shí)，不再能排除細(xì)胞，因而對(duì)發(fā)酵形成阻礙。在這種情況下，為了使得以釋放，必須使它和某種表面接觸。與表面接觸后易于釋放的原因在于它的電荷。和其他液體中的氣體一樣是帶負(fù)電荷的，當(dāng)它和帶負(fù)電的發(fā)酵罐表面接觸時(shí)，因?yàn)殡姾傻呐懦饬Γ篃o(wú)法在管壁停留二溢出。所以，容易沿管壁溢出。 隨著的上升，不僅帶動(dòng)了酵母細(xì)胞，也使固形物一起上浮，有時(shí)也能使底層的物料持久的浮在醪液表面，這種類(lèi)型的發(fā)酵稱(chēng)為被蓋式發(fā)酵。如果發(fā)酵醪較粘稠，氣泡到達(dá)頁(yè)面后并不破裂，逐漸形

21、成持久不散的泡沫。嚴(yán)重是，泡沫會(huì)從罐頂溢出，造成可發(fā)酵性物質(zhì)損失，這種類(lèi)型的發(fā)酵稱(chēng)為泡沫型發(fā)酵。被蓋型和泡沫型發(fā)酵都是不理想的發(fā)酵類(lèi)型。 酒精發(fā)酵是屬于厭氣性發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行無(wú)氧呼吸，在此過(guò)程中，發(fā)生著復(fù)雜的生物化學(xué)變化，既有糖化醪中淀粉和糊精繼續(xù)被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白質(zhì)在曲霉蛋白酶水解下生成肽和氨基酸。這些物質(zhì)一部分被酵母吸收合成菌體細(xì)胞，另一部分則被發(fā)酵，生成酒精和CO2。 酒精發(fā)酵的方式分為間歇式、半連續(xù)式和連續(xù)式三種。 間歇發(fā)酵：指全部發(fā)酵過(guò)程始終在同一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行的發(fā)酵方式。其優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，易于管理，不會(huì)大面積感染雜菌。缺點(diǎn)是酒母用量大，非生產(chǎn)性時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低。

22、 連續(xù)發(fā)酵：指把發(fā)酵的不同階段的分別放入發(fā)酵罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵的方式。由于糖液是一直連續(xù)不斷地流加，故每個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)的流量、醪液濃度、酒精濃度、酵母細(xì)胞數(shù)以及溫度、pH值等均相應(yīng)穩(wěn)定，有利于酵母的生長(zhǎng)繁殖。優(yōu)點(diǎn)是可以提高設(shè)備利用率，節(jié)省酒母，便于自動(dòng)化控制，缺點(diǎn)是對(duì)無(wú)菌條件要求嚴(yán)格。半連續(xù)發(fā)酵：介于間歇發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵方式。指主酵期采用連續(xù)發(fā)酵而后酵期采用間歇發(fā)酵。其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約酒母，設(shè)備利用率較間歇發(fā)酵有所提高，缺點(diǎn)是對(duì)無(wú)菌要求較為嚴(yán)格。2 木薯酒精發(fā)酵工藝的論證（1）提高了設(shè)備利用率連續(xù)發(fā)酵法生產(chǎn)酒精，其生產(chǎn)設(shè)備始終處于發(fā)酵狀態(tài)。另外，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐后，立即處于主發(fā)酵狀態(tài)，省去了間歇發(fā)酵

23、中的前發(fā)酵期。因此提高設(shè)備利用率20以上。（2）提高了淀粉利用率連續(xù)發(fā)酵無(wú)菌條件要求高，雜菌不易污染，發(fā)酵醪液始終處于流動(dòng)狀態(tài)，促進(jìn)了酵母與醪液的均勻接觸，并有利于CO2排除，因此增強(qiáng)了酵母的發(fā)酵作用，提高了出酒率。（3）省去了酒母工段連續(xù)發(fā)酵工藝每15 天左右才需接一次酒母，而間歇發(fā)酵一天就要培養(yǎng)幾次灑母，因此大大減少了繁瑣的酒母培養(yǎng)工作。（4）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化目前，酒精生產(chǎn)中蒸煮、糖化和蒸餾工藝多數(shù)已采用連續(xù)生產(chǎn)，如果發(fā)酵工藝也能采用連續(xù)化，則整個(gè)生產(chǎn)都趨于連續(xù)化了。木薯酒精發(fā)酵動(dòng)態(tài)酒精發(fā)酵過(guò)程從外觀現(xiàn)象可以將其分為如下三個(gè)發(fā)酵不同階段.（1）前發(fā)酵期酒母與糖化醪加入發(fā)酵罐后，醪液中含有少量

24、的溶解氧和充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以酵母菌迅速繁殖，使發(fā)酵醪中酵母細(xì)胞繁殖到一定數(shù)量。前發(fā)酵階段時(shí)間的長(zhǎng)短，與酵母的接種量有關(guān)。如果接種量大，則前發(fā)酵期短，反之則長(zhǎng)。前發(fā)酵延續(xù)時(shí)間一般為l0小時(shí)左右。（2）主發(fā)酵期主發(fā)酵階段，酵母細(xì)胞已大量形成。由于發(fā)酵醪中的氧氣也已消耗完畢，酵母菌基本上停止繁殖而主要進(jìn)行酒精發(fā)酵作用。主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短，取決于醪液中營(yíng)養(yǎng)狀況，如果發(fā)酵醪中糖分含量高，主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)，反之則短。主發(fā)酵時(shí)間一能為12 小時(shí)左右。（3）后發(fā)酵期后發(fā)酵階段，醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚殘存部分糊精繼續(xù)被曲中的葡萄糖苷酶作用，生成葡萄糖。后發(fā)酵階段，因?yàn)榘l(fā)酵作用減弱，此時(shí)醪液溫度應(yīng)

25、控制在3032左右。木薯原料生產(chǎn)酒精的后發(fā)酵階段一般約需40小時(shí)左右才能完成。發(fā)酵成熟醪的指標(biāo)（1）外觀糖成熟醪用紗布過(guò)濾后，直接用糖度計(jì)測(cè)量所得的數(shù)值叫外觀糖。干物質(zhì)濃度越低，酒精含量越高，糖度計(jì)測(cè)量得到的數(shù)值越小。（2）還原糖是取濾布過(guò)濾后的發(fā)酵醪液，加熱蒸去所含酒精，并加水恢復(fù)到原來(lái)體積后，以測(cè)定還原糖的方法測(cè)得的數(shù)值。（3）殘總糖是發(fā)酵醪不經(jīng)過(guò)濾，用2%HCL水解轉(zhuǎn)化后測(cè)得的糖量，它不僅包括發(fā)酵醪中的具有還原性的糖類(lèi)，而且還包括未被轉(zhuǎn)化發(fā)酵的淀粉和糊精。（4）酸度發(fā)酵醪酸度采用滴定法測(cè)定。它是判斷發(fā)酵醪是否感染雜菌的可靠指標(biāo)，因?yàn)榻湍赴l(fā)酵基本不產(chǎn)生酸，只有雜菌才會(huì)產(chǎn)酸。（5）揮發(fā)酸測(cè)定

26、方法是取發(fā)酵醪若干加入適量水后，以蒸餾方法蒸出相當(dāng)于原發(fā)酵醪體積的餾出液，按測(cè)定酸度方法測(cè)定。（6）酒精含量用蒸餾方法測(cè)定。 目前木薯酒精發(fā)酵工藝主要有分別水解發(fā)酵工藝, 同步水解、發(fā)酵工藝, 固定化細(xì)胞發(fā)酵工藝, 生淀粉發(fā)酵工藝等。1、分別水解發(fā)酵工藝(SHF) SHF 法的工藝特點(diǎn)是糖化和發(fā)酵分別在不同的反應(yīng)器中進(jìn)行。當(dāng)前木薯原料發(fā)酵生產(chǎn)酒精普遍采用的是SHF 模式,SHF 模式發(fā)酵速度較慢, 一方面是由于發(fā)酵初期高的葡萄糖濃度對(duì)酵母發(fā)酵產(chǎn)生抑制, 另一方面即使SHF 模式中也存在后糖化過(guò)程, 酵母自身不能利用淀粉, 發(fā)酵結(jié)束除了取決于酵母利用葡萄糖的速度, 還取決于發(fā)酵后期糖化酶的后糖化

27、速度。SHF 模式中, 糖化后高的葡萄糖對(duì)糖化酶的抑制使其活性下降較快, 造成后糖化作用弱, 發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)2。2、 同步水解、發(fā)酵工藝 同步水解、發(fā)酵工藝即同步糖化發(fā)酵法。20 世紀(jì)70 年代,一些學(xué)者在研究纖維素發(fā)酵轉(zhuǎn)化乙醇的過(guò)程中, 為了防止糖積累和最終產(chǎn)物抑制, 從而提高纖維素酶的催化水解效率, 提出了同步糖化發(fā)酵(SSF)模式, 受到了廣泛的重視, 各國(guó)學(xué)者進(jìn)行了大量研究。采用SSF 模式發(fā)酵淀粉原料生產(chǎn)酒精, 省略了糖化工段, 能耗降低; 糖化和發(fā)酵在同一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行, 設(shè)備投資省; 另外糖化和發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行, 糖化生產(chǎn)的葡萄糖一經(jīng)產(chǎn)生就被酵母利用, 解除了產(chǎn)物抑制, 保持了糖化酶的

28、活性, 有利于防止染菌。劉振等對(duì)木薯干原料同步糖化發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的各影響條件進(jìn)行研究, 得出最優(yōu)的工藝條件: 原料粉碎粒度0.45mm, 加水比2.8, 100下蒸煮30 min, - 淀粉酶、糖化酶的添加量分別為10、180U/g, 30O下發(fā)酵48h。并與普通的先糖化后發(fā)酵(SHF)生產(chǎn)模式進(jìn)行了對(duì)比, 認(rèn)為SSF 具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、發(fā)酵迅速、醪液酒精度高等眾多優(yōu)點(diǎn), 但是同步糖化發(fā)酵法存在糖化和發(fā)酵溫度不協(xié)調(diào)等缺點(diǎn)。3、 固定化細(xì)胞發(fā)酵工藝 固定化細(xì)胞發(fā)酵具有能使發(fā)酵罐內(nèi)細(xì)胞濃度提高, 細(xì)胞可連續(xù)使用, 使最終發(fā)酵液酒精濃度得以提高。在游離發(fā)酵過(guò)程中, 酵母隨著醪液流出, 造成酵母細(xì)胞

29、迅速降低, 發(fā)酵速度變慢。人們從固定化酶技術(shù)得到啟發(fā), 使酵母一直停留在發(fā)酵罐中, 保持高的反應(yīng)速度。常用的方法有吸附、包埋、交聯(lián)等, 可用的固定載體多種多樣, 常用的載體有海藻酸鈉、卡拉膠、多孔玻璃等。趙玲等2以海藻酸鈉為載體進(jìn)行了固定化酵母流化床生物反應(yīng)器木薯淀粉酒精的間歇發(fā)酵試驗(yàn), 得出發(fā)酵醪初糖濃度為15%- 17% , 經(jīng)過(guò)9 h 的發(fā)酵, 發(fā)酵醪酒精含量達(dá)到9.3%- 9.6%(v/ v), 酒精收率為87.35%- 92.27% 。反應(yīng)器的乙醇生產(chǎn)能力為5.71- 5.90 g/ L.h, 殘?zhí)蔷陀?% , 與常規(guī)的生產(chǎn)工藝相比極大地縮短發(fā)酵時(shí)間, 提高生產(chǎn)強(qiáng)度2- 3 倍。李

30、魁3采用聚乙烯(PVA)為載體共固定化酵母菌細(xì)胞和糖化酶制劑, 以木薯糖化醪為發(fā)酵底物在共固定化生物反應(yīng)器中, 控制發(fā)酵溫度300, 在糖化醪流加速率為9mL/h, 停留時(shí)間3.1h 和稀釋速率為0.155h- 1 條件下進(jìn)行酒精連續(xù)發(fā)酵, 成熟發(fā)酵醪液殘余總糖和殘余還原糖含量均較低, 游離細(xì)胞數(shù)較常規(guī)發(fā)酵低1 個(gè)數(shù)量級(jí)以上, 總糖利用率高達(dá)96.91%。 8O 年代初, K.Esser 等人率先提出利用某些具有強(qiáng)自身絮凝能力的菌株形成顆粒, 以此作為一種固定化細(xì)胞的方法4。這種技術(shù)被稱(chēng)為無(wú)載體細(xì)胞固定化技術(shù), 與通常的載體固定化方法相比, 它具有如下優(yōu)點(diǎn): 固定化操作方法簡(jiǎn)單, 無(wú)載體附加費(fèi)

31、, 不消耗任何輔助材料, 顆粒制各成本低; 與載體固定顆粒相比, 細(xì)胞顆粒內(nèi)部傳質(zhì)阻力小, 有利于維持細(xì)胞的活性和發(fā)酵的進(jìn)行; 反應(yīng)器中菌體濃度高, 可獲得很高的生產(chǎn)強(qiáng)度。2000 年, 馬悅等以一株粟酒裂殖酵母變異株( Schizosacharomycespombe )在懸浮生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行了以木薯淀粉糖化液為發(fā)酵底物的酒精清液連續(xù)發(fā)酵研究, 得出了二級(jí)連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)可明顯改善一級(jí)系統(tǒng)的不足, 并取得了平均流加糖液濃度150g/ L, 發(fā)酵強(qiáng)度為9.7g/ L.h, 流出液酒精濃度72.7g/ L, 殘?zhí)菨舛?.74g/ L, 總糖利用率90% 的較好結(jié)果, 并且整個(gè)系統(tǒng)在連續(xù)一個(gè)月的運(yùn)行中從

32、未發(fā)現(xiàn)染菌現(xiàn)象, 發(fā)酵操作穩(wěn)定5。4、 生淀粉發(fā)酵工藝 生料釀酒就是指釀酒原料不用蒸煮, 糊化直接將生料淀粉進(jìn)行糖化和發(fā)酵, 生料發(fā)酵在釀酒上已得到廣泛應(yīng)用, 生產(chǎn)實(shí)踐表明, 與傳統(tǒng)的釀酒方法相比:能耗低, 生料釀酒可節(jié)約能源50%; 成本低, 降低成本37%; 改善勞動(dòng)條件, 降低勞動(dòng)強(qiáng)度30%左右; 出率高, 能提高出酒率20%- 30%, 酒質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn),但以生料發(fā)酵在木薯酒精生產(chǎn)中的研究比較少見(jiàn)。1981 年, Seiuosuke Ued6等人報(bào)道了用木薯制酒精的試驗(yàn)方法, Asp.awamoriNRRL3l12 和Asp.niger 菌種在麩皮上于300培養(yǎng)3d 制成淀粉酶, 將粉碎的

33、木薯漿和淀粉酶、酵母混合, 在pH3.5, 300下發(fā)酵5d, 生木薯的酒精產(chǎn)量是理論值的82%- 99%。2005 年, 李志平7以木薯為原料, 通過(guò)單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn), 認(rèn)為生淀粉分解酶的酶用量為30u/ g 原料, 料水比為1:4.5, 酵母接種量為5%, 發(fā)酵時(shí)間4d 為生淀粉直接發(fā)酵生產(chǎn)酒精的最佳發(fā)酵條件, 并且得出發(fā)酵成熟醪酒分為7.04%(v/v), 發(fā)酵率為78.38%。2.3 酒精發(fā)酵動(dòng)力學(xué) （1）測(cè)定發(fā)酵度數(shù)值的變化。 （2）測(cè)定釋放二氧化碳的重量或體積。 （3）按時(shí)測(cè)定已被發(fā)酵糖的數(shù)量，并以絕對(duì)或百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。 （1）前發(fā)酵期 在酒母與糖化醪加入發(fā)酵罐后，醪液中的酵母細(xì)

34、胞數(shù)還不多，由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以酵母菌仍能迅速地進(jìn)行繁殖，使發(fā)酵醪中酵母細(xì)胞繁殖到一定數(shù)量。 在這一時(shí)期，醪液中的糊精繼續(xù)被糖化酶作用，生成糖分，但由于溫度較低，故糖化作用較為緩慢。 從外觀看，由于醪液中酵母數(shù)不多，發(fā)酵作用不強(qiáng)，酒精分和CO2產(chǎn)生得很少，所以發(fā)酵醪的表面顯得比較平靜，糖分消耗也比較饅。前發(fā)酵階段時(shí)間的長(zhǎng)短，與酵母的接種量有關(guān)。如果接種量大，則前發(fā)酵期短，反之則長(zhǎng)。前發(fā)酵延續(xù)時(shí)間一般為l0小時(shí)左右。 由于前發(fā)酵期間酵母數(shù)量不多，發(fā)酵作用不強(qiáng)，所以醪液溫度上升不快。醪液溫度控制，在接種時(shí)為2628，前發(fā)酵期溫度一般不超過(guò)30。如果溫度太高，會(huì)造成酵母早

35、期衰老，如果溫度過(guò)低，又會(huì)使酵母生長(zhǎng)緩慢。 前發(fā)酵期間應(yīng)十分注意防止雜菌污染，因?yàn)榇藭r(shí)期酵母數(shù)量少，易被雜菌抑制，故應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)生管理。 （2）主發(fā)酵期 酵母細(xì)胞已大量形成，醪液中酵母細(xì)胞數(shù)可達(dá)1億毫升以上。 由于發(fā)酵醪中的氧氣也已消耗完畢，酵母菌基本上停止繁殖而主要進(jìn)行酒精發(fā)酵作用。 醪液中糖分迅速下降，酒精分逐漸增多。因?yàn)榘l(fā)酵作用的增強(qiáng)，醪液中產(chǎn)生了大量的CO2。隨著CO2的逸出，可以產(chǎn)生很強(qiáng)的CO2泡沫響聲。 發(fā)酵醪的溫度此時(shí)上升也很快。生產(chǎn)上應(yīng)加強(qiáng)這一階段的溫度控制。根據(jù)酵母菌的性能，主發(fā)酵溫度最好能控制在3034 主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)短，取決于醪液中營(yíng)養(yǎng)狀況，如果發(fā)酵醪中糖分含量高，主發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)

36、，反之則短。主發(fā)酵時(shí)間一能為12小時(shí)左右。 （3）后發(fā)酵期醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，醪液中尚殘存部分糊精繼續(xù)被曲作用，生成葡萄糖。由于這一作用進(jìn)行的極為緩饅，生成的糖分很少，所以發(fā)酵作用也十分緩慢。因此，這一階段發(fā)酵醪中酒精和CO2產(chǎn)生得也少。后發(fā)酵階段，因?yàn)榘l(fā)酵作用減弱，所以產(chǎn)生的熱量也減少，發(fā)酵醪的溫度逐漸下降。此時(shí)醪液溫度應(yīng)控制在3032左右。如果醪液溫度太低，糖化酶的作用就會(huì)減弱，糖化緩慢，發(fā)酵時(shí)間就會(huì)延長(zhǎng)，這樣也會(huì)影響淀粉出酒率。淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精的后發(fā)酵階段一般約需40小時(shí)左右才能完成。2.3.3 酒精發(fā)酵的機(jī)制1）葡萄糖磷酸化，生成活潑的1，6-二磷酸果糖。 （1）葡萄

37、糖的磷酸化6-磷酸葡萄糖的生成 （2）6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互變 （3）6-磷酸果糖生成1，6二磷酸果糖2） 1，6-磷酸果糖裂解稱(chēng)為兩個(gè)分子的磷酸丙糖。 （1）1，6二磷酸果糖分解生成兩分子三碳糖 （2）磷酸二羥基丙酮與3-磷酸甘油醛互變3）3-磷酸甘油醛經(jīng)氧化，并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸然后將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，以產(chǎn)生ATP，再經(jīng)磷酸基變位，和分子內(nèi)重新排列，再給出一個(gè)高能磷酸鍵，而后生成丙酮酸。 （1）3-磷酸甘油醛脫氫并磷酸化生成1，3-二磷酸甘油酸。 （2）3-磷酸甘油酸的生成 （3）3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸的互變 （4）2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成 （5）丙

38、酮酸的生成2.3.4 酒精發(fā)酵過(guò)程中主要副產(chǎn)品的生成 （1）甘油的生成 酵母在一定條件下，可以轉(zhuǎn)化糖分為甘油。但是，在正常酒精發(fā)酵條件下，發(fā)酵醪中只有少量的甘油生成，其含量約為發(fā)酵醪量的0.3-0.5%。正常的酒精發(fā)酵應(yīng)在酸性情況下進(jìn)行，以免甘油過(guò)多產(chǎn)生，造成酒精出率的降低。 （2）雜醇油的生成 在酒精發(fā)酵過(guò)程中，由于原料中蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生了氨基酸，后者的氨基酸被酵母菌同化，用作氮源，存下額部分脫羧生成相應(yīng)的醇類(lèi)，這些醇類(lèi)就是雜醇油。 （3）琥珀酸的生成 （4）乳酸等有機(jī)酸的生成最常見(jiàn)的有機(jī)酸，醋酸，和丁酸等。它們分別是由乳酸菌，醋酸菌和丁酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的。2.3.5 發(fā)酵成熟醪的指標(biāo) （1）外觀

39、糖 成熟醪用紗布過(guò)濾后，直接用糖度計(jì)測(cè)量所得的數(shù)值叫外觀糖。干物質(zhì)濃度越低，酒精含量越高，糖度計(jì)測(cè)量得到的數(shù)值越小。 （2）還原糖 是取濾布過(guò)濾后的發(fā)酵醪液，加熱蒸去所含酒精，并加水恢復(fù)到原來(lái)體積后，以測(cè)定還原糖的方法測(cè)得的數(shù)值。 （3）殘總糖 是發(fā)酵醪不經(jīng)過(guò)濾，用2%HCL水解轉(zhuǎn)化后測(cè)得的糖量，它不僅包括發(fā)酵醪中的具有還原性的糖類(lèi)，而且還包括未被轉(zhuǎn)化發(fā)酵的淀粉和糊精。 （4）酸度 發(fā)酵醪酸度采用滴定法測(cè)定。它是判斷發(fā)酵醪是否感染雜菌的可靠指標(biāo)，因?yàn)榻湍赴l(fā)酵基本不產(chǎn)生酸，只有雜菌才會(huì)產(chǎn)酸。 （5）揮發(fā)酸 測(cè)定方法是取發(fā)酵醪若干加入適量水后，以蒸餾方法蒸出相當(dāng)于原發(fā)酵醪體積的餾出液，按測(cè)定酸度方

40、法測(cè)定。 （6）酒精含量 用蒸餾方法測(cè)定。2.3.6 影響酒精發(fā)酵的因素 （1）糖化醪的濃度 糖化醪濃度高，所得到發(fā)酵醪的酒精含量高，設(shè)備利用率也就提高，水，電，氣等單消耗則相應(yīng)降低，酒精額生產(chǎn)成本就低。 （2）發(fā)酵溫度 為了節(jié)約冷卻水用水和保證熱天酒精發(fā)酵的順利進(jìn)行，國(guó)內(nèi)外都在研究耐高溫酵母，在進(jìn)行高溫酵母酒精發(fā)酵時(shí)，要特別注意防止細(xì)菌的繁殖，否則難以得到良好的結(jié)果。 (3）發(fā)酵醪酸度 （4）酵母接種和發(fā)酵時(shí)間 （5）連續(xù)發(fā)酵稀釋比2.3.7 酒精發(fā)酵中雜菌污染的危害及其防止 （1）雜菌污染造成的直接損失 雜菌消耗糖，造成直接損失。 （2）雜菌污染造成的間接損失 雜菌產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)酵母的生命

41、活動(dòng)有明顯的影響。酸度增加對(duì)淀粉酶系統(tǒng)活性造成抑制性影響，這只有麥芽作為糖化劑時(shí)候才能明顯影響。 （3）雜菌污染的防止 提高他們對(duì)車(chē)間清潔衛(wèi)生和操作規(guī)程中規(guī)定的消毒滅菌工作重要性認(rèn)識(shí)，其次就是健全操作規(guī)定，特別是有管消毒滅菌的條例。3 生產(chǎn)工藝操作條件3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）原料液（糖化醪：13178.0Kg/t）乙醇含量7.14%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 糖化醪液組成: 70%的糖化醪,30%補(bǔ)充糖化劑與稀釋水（2）發(fā)酵成熟醪:酸度6.2，殘?zhí)?%，殘余還原糖0.3%，酒精份1012%（v/v）（3）雜醇油的產(chǎn)量為酒精產(chǎn)量的0.3%-0.7%（4）生產(chǎn)能力為年產(chǎn)2噸99.5%的無(wú)水乙醇產(chǎn)品3.2 設(shè)計(jì)工藝

42、方案的計(jì)算 （一）年產(chǎn)20000噸淀粉原料酒精廠發(fā)酵車(chē)間物料衡算1. 物料衡算的內(nèi)容（1）原料消耗的計(jì)算 發(fā)酵原料為木薯干含淀粉68，水分13（2）中間產(chǎn)品 糖化醪，酒母醪，發(fā)酵醪等。（3）成品酒精，副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣即雜醇油、二氧化碳和廢糟等。2. 工藝流程示意圖生產(chǎn)工藝采用雙酶糖化，間歇發(fā)酵，如圖 木薯料 空氣 種子粉碎車(chē)間 -淀粉酶空壓機(jī) 斜面培養(yǎng) 糊化車(chē)間 糖化酶過(guò)濾器 三角瓶培養(yǎng) 酒母罐 發(fā)酵車(chē)間 蒸餾車(chē)間 廢糟 酒精 雜醇油3. 工藝技術(shù)指標(biāo)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù) （1）生產(chǎn)規(guī)模 20000噸/年酒精。 （2）生產(chǎn)方法 雙酶糖化，間歇發(fā)酵。 （3）生產(chǎn)天數(shù) 每年300天。 （4）燃料酒

43、精日產(chǎn)量 67噸。 （5）燃料酒精年產(chǎn)量 20000噸。 （6）副產(chǎn)品年產(chǎn)量 次級(jí)酒精占酒精總產(chǎn)量的2%。 （7）雜醇油量 為成品酒精量的0.5%。 （8）產(chǎn)品質(zhì)量 國(guó)標(biāo)燃料酒精，乙醇含量9% 以上（體積分?jǐn)?shù)）。 （9）木薯干原料含淀粉68%，水分13%。 （10）-淀粉酶用量為8u/g原料，糖化酶用量為150u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量300u/g原料。 （11）硫酸胺用量 8kg/t（酒精）。 （12）硫酸用量（調(diào)PH用） 5.5kg/t（酒精）。 .2原料消耗的計(jì)算1. 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：糖化： （1） 162 18 180發(fā)酵： （2） 180 46 44 2. 生

44、產(chǎn)1000kg燃料酒精的理論淀粉消耗量由（1）和（2）式可求得理論上生產(chǎn)1000kg燃料酒精（乙醇含量95算）所消耗的淀粉量為：100099.5%燃料酒精體積分?jǐn)?shù)99.5%換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.18%的食用酒精。3.生產(chǎn)1000kg國(guó)際燃料酒精的理論淀粉消耗量 國(guó)標(biāo)燃料酒精乙醇含量在99.5（體積分?jǐn)?shù)）以上，相當(dāng)于99.18（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），故生產(chǎn)1000kg食用酒精成品理論上需淀粉量為： 1752 =1(kg)4. 生產(chǎn)1000kg燃料酒精實(shí)際淀粉耗量實(shí)際上，整個(gè)年產(chǎn)過(guò)程經(jīng)歷原料處理、發(fā)酵及蒸餾等工序，要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的物理化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)品得率必然低于理論產(chǎn)率。酒精生產(chǎn)給各過(guò)程各階段淀粉損失如

45、表所示：生產(chǎn)過(guò)程損失原因淀粉損失備注原料處理粉塵損失蒸煮淀粉殘留發(fā)酵發(fā)酵殘?zhí)前l(fā)酵巴斯德效應(yīng)發(fā)酵酒氣蒸發(fā)發(fā)酵二氧化碳帶走蒸餾廢槽帶走總計(jì)損失假定發(fā)醇階段系統(tǒng)設(shè)有酒精捕集器，則淀粉總損失率為%,故生產(chǎn)1000kg用酒精需淀粉量為：1746.4這個(gè)原料消耗水平達(dá)到了我國(guó)現(xiàn)階段木薯原料生產(chǎn)酒精的先進(jìn)出酒率水平。5.生產(chǎn)1000kg食用酒精木薯原料消耗量據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，木薯原料含淀粉30%，故1噸酒精耗木薯量為： 1930.830%6.蒸煮醪量的計(jì)算根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,淀粉原料連續(xù)蒸煮的粉料加水比為1:3,故粉漿量為:64367.糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%(體積分?jǐn)?shù))，相當(dāng)于8.0

46、1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).并設(shè)蒸餾效率為98%，而且發(fā)酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分別為成熟醪量的5%和1%，則生產(chǎn)1000Kg9%(體積分?jǐn)?shù))酒精成品有關(guān)計(jì)算如下:8.需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量為：F1=9. 若不計(jì)酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發(fā)酵醪量為：1343610.入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為：100098%11. 相應(yīng)發(fā)酵過(guò)程放出 總量為：99598%12. 接種量按10%計(jì)，則酒母醪量為：12675+971.2（13.酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為:12675+971.2（二）年產(chǎn)20000t淀粉原料酒精廠總物料衡算1.前面對(duì)木薯干原料生產(chǎn)1000kg%，體積分?jǐn)?shù)）進(jìn)行了

47、物料平衡計(jì)算，以下對(duì)20000噸/年木薯干原料燃料酒精廠進(jìn)行計(jì)算。酒精成品日產(chǎn)燃料酒精量為：20000300=66.67t，取整數(shù)67t/d實(shí)際年燃料酒精總產(chǎn)量為：67300=20100t/a主要原料木薯干用量107=56730t糖化醪、酒母醪、蒸餾發(fā)酵醪等日用量和每年用量均可算出，衡算結(jié)果如下表：生產(chǎn)1000kg燃料酒精物料量/kg每小時(shí)數(shù)量/kg每天數(shù)量/t每年數(shù)量/t燃料酒精木薯干原料糖化醪酒母醪蒸餾發(fā)酵醪二氧化碳10003428678912010056730總發(fā)酵熱Q的計(jì)算： Q=Q1-(Q2+Q3) Q1=msq 式中，m每罐發(fā)酵液量，kg s糖度降低百分值， q每1kg糖發(fā)酵放熱，

48、J Q主發(fā)酵期，每小時(shí)糖度降低1度所放的熱量所以 Q1=48610001418.6=2034396kJ/h Q2=5Q1=101719.8 kJ/h Q3=AKC(TW-TB) 假定罐底不包扎保溫層，壁溫最高可達(dá)35，生產(chǎn)廠所在地區(qū)的夏季平均溫度可查閱有關(guān)資料，現(xiàn)假定為32。可得出KC=33.5kJ/(m h)所以 Q3=347因?yàn)?Q=Q1-(Q2+Q3)所以 Q=1897802.7 kJ/h對(duì)數(shù)平均溫度差的計(jì)算: Tm=(TF-T1)-(TF-T2)/2.3(TF-T1)/(TF-T2) （3-10）主發(fā)酵期控制發(fā)酵液溫度TF為30，冷卻水進(jìn)出口溫度分別為T(mén)1=20， T2=25 所以2.

49、熱量衡算:此計(jì)算過(guò)程均以單個(gè)罐一年為研究對(duì)象:（1）. 物料帶入的熱量:Q1=mct =(2107108 kJ其中 C = (C木M木C水M水)/(M木M水)692712)/(187588+692712) = 3.75kJ/(kg) C水 = 4.18kJ/(kg)（2）. 物料帶出的熱量:Q4 = mct = (2107108 kJ成熟醪比熱容(3). 過(guò)程熱效應(yīng)Q3:過(guò)程的熱效應(yīng)主要有生物合成熱Qb,攪拌熱Qs 和狀態(tài)熱.Q3 = Qb + Qs : 其中:已知每生成1kg 酒精放出熱量約1170kJ , 1010 109kJ攪拌熱Qs = 3600P=3600500106kJ109106

50、 109 kJ(4). 加熱設(shè)備耗熱量Q5:為了使簡(jiǎn)化計(jì)算,忽略設(shè)備不同部分的溫度差異,則Q5 = mc(t2t1) = 500103 106 kJ500103 kg 設(shè)備總質(zhì)量 設(shè)備材料比熱容(5). 加熱物料需要的熱:Q6 = mc(t2t1) = (2107107 kJ(6). 根據(jù)熱量衡算式:Q1+Q2+Q3 =Q4+Q5+Q6可知:加熱(或冷卻)介質(zhì)傳入(或帶出)的熱量Q2 = Q4+Q5+Q6Q1Q3 108106107108109 109 工廠一年總Q2 = 61010 kJ由此可知，整個(gè)過(guò)程需進(jìn)行冷卻。(7).冷卻水消耗量的計(jì)算取發(fā)酵工段冷卻水初溫tw1，=20深井水，終溫tW

51、2，=25，平均耗水量：2520=90673.8/h4. 無(wú)水燃料酒精發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的選型 4.1 主要設(shè)備發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)與選擇 4.1.1 發(fā)酵罐選擇原則及選型工業(yè)生產(chǎn)上對(duì)于發(fā)酵罐具有一定的要求，概括起來(lái)有下列幾個(gè)方面。（1）及時(shí)移走熱量。在酒精發(fā)酵過(guò)程中，酵母將糖轉(zhuǎn)化為酒精，將釋 放出一定數(shù)量的生物熱。若該熱量不及時(shí)移走，必將直接影響酵母的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。 （2）有利于發(fā)酵液的排出。 （3）有利于回收二氧化碳。 （4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，維修方便，耐腐蝕，操作清洗方便等。 （5）設(shè)備的制造和安裝費(fèi)用要低 （6）設(shè)計(jì)方法成熟，符合生產(chǎn)企業(yè)提出的專(zhuān)業(yè)要求以及本國(guó)、本地區(qū)、本單位的具體情

52、況,如水、電、汽等 鋼板制酒精發(fā)酵罐采用鋼板制成，鋼板厚度視發(fā)酵罐HYPERLINK :/ hudong /wiki/ o 容積 容積不同而異，一般采用48毫米厚鋼板制成，罐身呈圓柱形，罐身直徑與高之比為1：1.1；蓋及底為圓錐形成碟形；罐內(nèi)裝冷卻蛇管，蛇管數(shù)量一般取每立方米發(fā)酵醪用不少于0.25平方米的冷卻面積。蛇管可分上下兩組安裝，并加以固定。也有采用在罐頂用淋水管或淋水圍板使水沿罐壁流下，達(dá)到冷卻發(fā)酵醪的目。對(duì)于容積較大的發(fā)酵罐，這兩種冷卻形式可同時(shí)采用。對(duì)地處 o 南方 南方的酒精廠，因氣溫較高，故應(yīng)加強(qiáng)冷卻措施。有的工廠在發(fā)酵罐底部設(shè)置吹泡器，以便進(jìn)行攪拌醪液，使發(fā)酵均勻。罐頂設(shè)有C

53、O2排出管和加熱蒸汽管、醪液輸入管。但管路設(shè)置應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，做到一管多用，這對(duì)減少管道死角，防止雜菌污染有重要作用。大的發(fā)酵罐的頂端及側(cè)面還應(yīng)設(shè)有人孔，以便于清洗。 1.產(chǎn)量：20000t/a 99.5%酒精2.罐公稱(chēng)體積：500m3 3.裝液量：按90%計(jì)4.發(fā)酵周期：72h5.物料量：每天進(jìn)入發(fā)酵罐的醪液為893t, 密度1080kg/m3 6.糖度降低百分值：1糖化醪與發(fā)酵醪量的計(jì)算設(shè)發(fā)酵結(jié)束后成熟醪量含酒精10%(體積分?jǐn)?shù))，相當(dāng)于8.01%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)).并設(shè)蒸餾效率為98%，而且發(fā)酵醪酒精捕集器回收酒精洗水分別為成熟醪量的5%和1%，則生產(chǎn)1000Kg9%(體積分?jǐn)?shù))酒精成品有關(guān)計(jì)算如

54、下:(1) 需蒸餾的成熟發(fā)酵醪量為：F1=所以總發(fā)酵量：F=(2) 每天發(fā)酵量： 268720000300=895733（kg）(3) 酵罐罐數(shù)的確定確定發(fā)酵罐個(gè)數(shù)N: N= EQ nt/24+1一個(gè)發(fā)酵罐可裝的醪液量m： m=901080500=486t每24h進(jìn)行加料的發(fā)酵罐數(shù)目： n=/486=2個(gè)發(fā)酵罐的個(gè)數(shù)： N=nt/24+1=(272)/24+1=7個(gè)式中，t 一次發(fā)酵周期所需時(shí)間，h4.1.3 發(fā)酵罐幾何尺寸及全罐表面積的確定發(fā)酵罐體積： v=(/4)D(H+h13+h23) （3-1） H=1.2D （3-2） h1= 0.12D （3-3） （3-4）所以 D=8m H=m

55、 h1= h2=m式中，D罐的直徑 H罐的回柱部分高度h1罐底高度 h2罐蓋高度由發(fā)酵罐的基本結(jié)構(gòu)尺寸，可確定全罐表面積，罐體援助部分表面積A1 罐底、罐頂表面積A2, A3分別為： A1=DH=3.148=m （3-5）A2= A3= 式中，R罐的半徑所以全罐表面積為: A=A1+A2+A3=m （3-6） 4.1.4 設(shè)備材料的選擇發(fā)酵設(shè)備的材質(zhì)選擇，優(yōu)先考慮的是滿足工藝的要求，其次是經(jīng)濟(jì)性。如激素、抗生素、有機(jī)酸發(fā)酵等，考慮到對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響、安全性、后道工藝除鐵困難或腐蝕性強(qiáng)等，則必須使用18-25Mo2Ti制作水解設(shè)備。為了降低造價(jià)也可在碳鋼設(shè)備內(nèi)襯薄的不銹鋼板。而像谷氨酸發(fā)酵則可以

56、用碳鋼制作發(fā)酵設(shè)備，精制時(shí)用除鐵樹(shù)脂除去離子。如企業(yè)實(shí)力雄厚，也可以用不銹鋼制作發(fā)酵設(shè)備。絕熱層材料應(yīng)具有：導(dǎo)熱系數(shù)底、體積質(zhì)量低、吸水小、不易燃等特性。絕熱層材料常用：聚酰氨樹(shù)脂和自熄式聚苯乙烯泡沫塑料。外防護(hù)層一般采用0.7mm的不銹鋼板，特別是 瓦楞型板更受歡迎。4.1.5 發(fā)酵罐的壁厚計(jì)算發(fā)酵罐罐壁厚度S的計(jì)算： S=PD2 P+C (cm) （5-1）式中 P D發(fā)酵罐內(nèi)經(jīng)，D=800cm A3鋼的許用應(yīng)力，=127 MPa 1之間，現(xiàn)取 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3 （5-2）式中 C1 鋼板負(fù)偏差，視鋼板厚度查表確定，其范圍為0.131.3，現(xiàn)取C1 C2 為腐蝕裕

57、量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm C3 加工減薄量，對(duì)冷加工=0，熱加工封頭=S010；現(xiàn)取查C3=0，代入上式 S=2.12(cm)4.2接管設(shè)計(jì)接管的長(zhǎng)度h設(shè)計(jì)：各接管的長(zhǎng)度h根據(jù)直徑大小和有無(wú)保溫層，一般取100200nm，具體見(jiàn)表6.1。表6.1 接管長(zhǎng)度h（mm）公稱(chēng)直徑Dg不保溫接管長(zhǎng)保溫設(shè)備接管長(zhǎng)適用公稱(chēng)壓力15801304020501001501670350150200167050010接管直徑的確定：接管直徑的確定，主要根據(jù)流體力學(xué)方程式計(jì)算。已知料的體積流量，又知各種物料的體積流量，又知各種物料在不同情況下的流速，即可求管道截面積，計(jì)算出管徑。計(jì)算出

58、的管徑在勻整到相近的鋼管尺寸即可。也可用圖算法球管徑?，F(xiàn)已排料管（也是通風(fēng)管）為例計(jì)算其管徑。該罐實(shí)裝醪量450m，設(shè)4h之內(nèi)排空，則物料體積流量Q=45036004=0.03125（ms）發(fā)酵醪流速取v=1ms；則排料管截面積為F物。 F物=Qv=0.031251=0.03125（m） （3-20） F物,管徑d=0.20m=200mm （3-21）取無(wú)縫鋼管213219,200mm213mm，認(rèn)為適用。4.3支座的選擇支座的選?。喊l(fā)酵工廠設(shè)備常用支座分為臥式支座和立式支座，其中臥式支座又分為支腿，圖型支座和鞍型支座三種，立式支座也分為三種：懸掛支座，支撐式和裙式支座。對(duì)于公稱(chēng)容積為75立方

59、米以上的發(fā)酵罐，由于設(shè)備的總重量較大，應(yīng)選用裙式支座。本設(shè)計(jì)的罐體容積為500立方米，故選用裙式支座。5. 發(fā)酵廢醪后處理工藝燃料酒精發(fā)酵副產(chǎn)物主要包括酒糟液。1、淀粉質(zhì)原料酒精糟處理液回用技術(shù)理論：“三個(gè)平衡和一個(gè)穩(wěn)定”理論淀粉質(zhì)原料酒精糟處理液回用是將酒精糟液固液分離，濾渣作飼料，濾液經(jīng)處理后回用與酒精生產(chǎn)同時(shí)需對(duì)酒精生產(chǎn)工藝參數(shù)和操作方法作出調(diào)整以適應(yīng)濾液的回用，確保“三個(gè)不影響”的酒精生產(chǎn)方法。所謂“三個(gè)平衡和一個(gè)穩(wěn)定”理論是指濾液回用一段時(shí)間后，濾液中的固形物必須平衡，對(duì)生產(chǎn)有害的物質(zhì)必須平衡，濾液生產(chǎn)量與生產(chǎn)用水量必須平衡；濾液的理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)必須穩(wěn)定。只有做到“三個(gè)平衡和一

60、個(gè)穩(wěn)定”理論，才能保證酒精生產(chǎn)的正常連續(xù)和濾液回用的持續(xù)?！耙粋€(gè)穩(wěn)定、三個(gè)關(guān)鍵”理論：即指酒精生產(chǎn)原料水熱處理必須以雙酶工藝為前提，掌握好酒精糟液固液分離、濾液處理以及酒精生產(chǎn)工藝參數(shù)、工藝調(diào)整等三個(gè)關(guān)鍵。2、淀粉質(zhì)原料酒精糟處理液回用技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐（1）切實(shí)做好原料的水熱處理（2）精心挑選固液分離設(shè)備優(yōu)化組合固液分離流程最大限度的去除酒精糟液固形物的去除率，降低濾液中的固形物質(zhì) 木薯酒精發(fā)酵應(yīng)采用“立式分離機(jī)+高效沉淀+高精度固液分離機(jī)”。（3）濾液處理 為了濾液回用于生產(chǎn)后，不影響淀粉向糖的轉(zhuǎn)化，不影響糖向酒精的轉(zhuǎn)化，必須對(duì)濾液進(jìn)行處理，必須加入水質(zhì)穩(wěn)定劑，以穩(wěn)定回用液水質(zhì)穩(wěn)定。（4）生產(chǎn)