《海南大学生物工程课程论文》
年产2万吨木薯酒精工业设计
说明书
题目：年产2万吨木薯燃料酒精生产工艺的初步设计──酒精发酵工艺初步设计
学院：材料与化工学院
专业：生物工程系
姓名：
班级：生物工程一班
学号：201304123100
时间：2016年5月13号
指导老师：刘平怀
摘要········································1.绪论······································· 1.1设计概述··························
1.1.1设计目的··················
1.1.2设计依据·······················
1.1.3主要设计内容······················· 1.2木薯酒精发酵的前景与意义···························· 1.3海南发展木薯燃料酒精的优势························
1.4目前酒精发酵的主要研究方向·························
2.酒精发酵的机理··································· 2.1酵母酒精发酵的几个阶段·························
2.2酵母发酵过程的十二个反应··························
3.发酵方案的选择、论证······························· 3.1传统发酵技术······························
3.1.1间歇式发酵·······························
3.1.2补料分批发酵法（半连续法）························
3.1.3连续发酵······································ 3.2新型发酵技术························
3.2.1固定化酵母细胞发酵技术······················
3.2.2真空发酵和气提发酵技术················
3.2.3浓醪发酵·······················
3.2.4无蒸煮无糖化一步发酵·················
3.2.5透析膜发酵·······················
3.2.6萃取发酵························· 3.3发酵方案的选择及论证······························· 3.4发酵流程·························
3.4.1：发酵罐的清洗······················
3.4.2：发酵罐的灭菌··············
3.4.3酒精捕集····················
3.4.4 发酵成熟醪··························
4.发酵过程参数设计与控制························ 4.1 发酵过程的控制指标··························· 4.2发酵后的放罐指标································ 4.3 发酵过程参数检测与控制····························· 4.4发酵过程中化学、生物学参数的控制····················· 4.5酒精发酵过程的其他影响因素及其控制和防治···················· 4.
5.1乙醇浓度的影响··························
4.5.2杂菌污染的影响及其防治·························
5.酒精发酵过程的物料衡算及热量衡算································ 5.1物料衡算
5.1.1工艺技术指标及基础数据
5.1.2原料消耗的计算
5.1.3蒸煮醪量的计算
5.1.4糖化醪与发酵醪量的计算
5.1.5年产20000吨木薯干原料酒精厂总物料衡算
5.2热量衡算
5.2.1发酵过程产热量：
5.2.2.冷却水用量:
6.生产设备及选型···································· 6.1、发酵罐选择原则及选型··················
6.2生产能力及发酵罐个数的计算···············
6.3发酵罐结构尺寸的确定··················
6.4冷却面积和冷却装置主要结构尺寸·············
6.6发酵罐壁厚的设计····················
6.7接管设计························
6.8支座的选择·······················
6.9离心泵的选取······················
7.相关设计图································· 7.1
7.2
7.3
8.总结······························
9.附录
1本组设计木薯酒精工业生产流程框图
摘要：近年来，随着石油等不可再生资源的不断消耗，资源短缺问题成为了困扰人类发展的大问题，在此背景下生物质能源产业应运而生，已成为本世纪最具活力、发展最快的产业之一。作为生物质能源的一种，燃料乙醇这种可再生能源部分替代成品油，不仅有助于缓解日益增长的成品油需求，而且能减少环境污染。本课程设计以木薯为原料，介绍间歇式酒精发酵工艺的初步设计，包括发酵方案的选择及论证、发酵流程的简介、发酵过程的各种指标控制和参数控制、发酵过程中的物料衡算及热量衡算、设备选型的计算及论证等。
关键词:木薯;燃料酒精;间歇式发酵;蛇管换热器;酒精捕集器;无菌空气。
1.绪论
1.1设计概述
1.1.1设计目的
在学习掌握所学的生物工艺学、生物工程设备、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上,通过本次课程设计,培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力,训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力,提高文字和语言表达能力.
1.1.2设计指导思想与原则
1.设计按照设计任务书进行?尽量符合任务书的要求?各种计划进程在任务书的可控范围内。
2.工厂充分考虑现今的一些技术?设备?以及设计先进理念?以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则?各种设计方案综合比较?取长补短?制定一个高产节能的设计方案?高效生产合格燃料乙醇。
3.设计尽量贴近实际?并且努力使其经济效益最大化?在各种设备选型中?合理考虑性价比和地区特性?不盲目追求新设备?新生产线。
1.1.3 设计基础
生产能力：年产2万吨95%酒精含量燃料乙醇
原料：木薯（海南产）糖化而来的糖化醪液
生产方法: 双酶糖化、间歇发酵生产技术
生产时间：全年生产300天，24小时连续操作
工厂厂址：海口郊区
1.2设计主要内容
(1）木薯燃料酒精的发酵方案的设计与论证
(2）发酵流程设计及论证、操作参数设计
(3）物料恒算
(4）热量恒算
(5）生产设备的设计计算与选型
(6）作图
主要设备的工艺条件图或结构尺寸图（一份，A3）
辅助设备结构示意简图（一张，A3）
生产车间设备（平、立面）布置图(一份，A3)
1.2木薯酒精发酵的意义与前景
随着国际燃油价格的不断攀升，能源的短缺及燃料酒精的推广使用，燃料酒精行业获得了大好的发展时机。从资源、技术和经济性分析，我国发展生物质能源产业时机基本成熟，需要加快发展步伐。且生物质能源能有效降低污染，与普通汽油相比，使用车用乙醇汽油后，一氧化碳的排放可降低7%，碳氢化合物可降低48%。因此，开发和使用生物质能源符合保护环境，实现循环经济和可持续发展的要求。目前，发展生物质能源替代石油，已确定为我国的一项重要战略决策。
【1】我国生产酒精的原料主要有玉米、薯类和糖蜜，分别占了 60%、30%
和 10%。随着燃料乙醇的大力发展，玉米的需求量急增，最后势必出现乙醇
原料与粮食原料相竞争的局面。1995～2003 年我国耕地面积由 19.51 亿亩
减少为 18.5l 亿亩。随着城镇发展、道路与厂矿建设、灾毁耕地，以及生
态建设的退耕等多方面原因，我国耕地减少局面还将持续，粮食紧缺的问题
已经逐显。因此国家发改委在叫停以玉米为原料加工生产生物燃料乙醇的同时，明确将使用非粮作物（木薯、甘蔗、甜高粱等）制取燃料乙醇作为新能
源政策的扶持重点。
木薯又称树薯、树番薯、木番薯，属大戟科，原产于南美亚马逊河流域。木薯是介于C3和C4的一种作物，与马铃薯、甘薯并列称为世界三大薯类作物，是全球年产亿吨以上的七大作物之一。木薯的抗逆性强，主要分布在我国华南9省区，能在贫瘩的土壤甚至滨海沙地上生长，是发展山地和旱地农业的首选作物，也是理想的能源植物之一【2】。木薯淀粉含量高，木薯的块根含淀粉30%，木薯干淀粉含量达70%，被誉为“淀粉之王”【3】。鲜木薯淀粉含量高达25%～30%，木薯干的淀粉含量高达70%～78%，是世界公认的一种具有很大发展潜力的酒精生产再生资源。一般可分为甜味木薯和苦味木薯，前者无毒但产量低，不适合作为大规模生产的原料；后者产量高，但因含有剧毒物质氢氰酸0.07%～0.24%而得名有毒木薯，不过其洒过之后，氢氰酸大部分消失，作为酒精生产原料，蒸煮时大部分蒸发出去，并不影响发酵及成品质量【4】。木薯可种植在贫瘩的土地上，且产量很高，据统计，以木薯生产酒精，每亩土地可得到的酒精产量是玉米、稻米的2倍。木薯酒精符合“不争粮，不争地，不争糖，不争油，充分利用边际性土地(指基本不适合种植粮、棉、油等作物的土地”的国家粮食发展战略，被世界公认为是很有前途的酒精生产原料。术薯原料用于生产酒精逐渐受到人们的重视，国内外学者都致力于术薯生产酒精工艺的研究。
1.3海南发展木薯燃料酒精的优势
木薯于19世纪20年代引入我国，首先在广东省高州一带栽培，随后引
入海南岛，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多。木薯
是热带亚热带作物，一年有9个月以上的无霜期，年平均温度18°以上的地
区均可栽培。木薯最适生长温度为25-29°。海南属热带气候区域，在全国
是不可多得的木薯生产区。海南木薯种质资源占全国95%，2001年木薯种植
面积已达50万亩，年收获鲜薯45万吨。所以海南发展以木薯为原料的燃料
酒精具有较大优势。
1.4目前酒精发酵的主要研究方向
（1）高浓醪发酵.“高浓发酵”是指发酵液中含有 30%或更高的可溶性固形
物
（2）改良酒精发酵菌种性能
（3）构建新型的酒精发酵工程菌
（4）纤维素原料的酒精发酵
（5）发酵工艺的改进，如淀粉原料酒精发酵中糖化液化工艺的改进、酒精
精馏分离系统的改进，以及研究酒精发酵新工艺新技术，如高密度细胞酒精
发酵新技术、酵母细胞固定化技术、酵母细胞循环回用酒精发酵新技术、膜
分离酒精与发酵同步的新技术等也是酒精生产中重要的研究方向
2.酒精发酵的机理[5]
2.1酵母酒精发酵的几个阶段
酒精发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个发酵不同阶段：
2.1.1. 前发酵期
在酒母与糖化醪加入发酵罐后,醪液中的酵母细胞数还不多,由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的营养物质,所以酵母菌仍能迅速地进行繁殖,使发酵醪中酵母细胞繁殖到一定数量.在这一时期,醪液中的糊精继续被糖化酶作用,生成糖分,但由于温度较低,故糖化作用较为缓慢.
从外观看,由于醪液中酵母数不多,发酵作用不强,酒精分和CO2产生得很少,所以发酵醪的表面显得比较平静,糖分消耗也比较馒.前发酵阶段时间的长短,与酵母的接种量有关.如果接种量大,则前发酵期短,反之则长.前发酵延续时间一般为l0小时左右.
由于前发酵期间酵母数量不多,发酵作用不强,所以醪液温度上升不快.醪液温度控制,在接种时为26—28℃,前发酵期温度一般不超过30℃.如果温度太高,会造成酵母早期衰老,如果温度过低,又会使酵母生长缓慢.
前发酵期间应十分注意防止杂菌污染,因为此时期酵母数量少,易被杂菌抑制,故应加强卫生管理.
2.1.2．主发酵期
主发酵阶段,酵母细胞已大量形成,醪液中酵母细胞数可达1亿／毫升以上. 由于发酵醪中的氧气也已消耗完毕,酵母菌基本上停止繁殖而主要进行酒精发酵作用.如果此时注意加强对发酵醪进行分折,可以发现,醪液中糖分迅速下降,酒精分逐渐增多.因为发酵作用的增强,醪液中产生了大量的CO2.随着CO2的逸出,可以产生很强的CO2泡沫响声.发酵醪的温度此时上升也很快.生产上应加强这一阶段的温度控制.根据酵母菌的性能,主发酵温度最好能控制在30—34℃,这是酒精酵母最适发酵温度.如果温度太高,很易使酵母早期衰老,减低酵母活力.
另外,高温也易造成细菌污染,尤其发酵醪温度高于37℃时,更易造成染菌现象的发生.
根据工厂实践经验,如果生产中冷却水量不足时,应在主发酵前注意提前通冷水,否则,待发酵醪液温度上来之后,由于发酵旺盛,醪温很难下降,从而使生产受到影响.
主发酵时间长短,取决于醪液中营养状况,如果发酵醪中糖分含量高,主发酵时间长,反之则短.主发酵时间一能为12小时左右.
2.1.3．后发酵期
后发酵阶段,醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉,醪液中尚残存部分糊精继续被曲中的淀粉-1,4 1,6-葡萄糖苷酶作用,生成葡萄糖.由于这一作用进行的极为缓馒,生成的糖分很少,所以发酵作用也十分缓慢.因此,这一阶段发酵醪中酒精和CO2产生得也少.
后发酵阶段,因为发酵作用减弱,所以产生的热量也减少,发酵醪的温度逐渐下降.此时醪液温度应控制在30—32℃左右.如果醪液温度太低,糖化酶的作用就会减弱,糖化缓慢,发酵时间就会延长,这样也会影响淀粉出酒率.淀粉质原料生产酒精的后发酵阶段一般约需40小时左右才能完成.
上述三个阶段只是大体的划分,而不能将此三个阶段截然分开.整个发酵过程的时间长短,除受糖化剂的种类、酵母菌的性能、酵母接种量等因素的影响外,还与接种、发酵方式和发酵温度的控制有关.一般讲,接种和发酵温度高,则发酵时间短,反之则长.另外,由于连续发酵一开始即处于主发酵状态,发酵时省去了前发酵期,所以一般较间歇发酵时间为短.发酵总时间一般多控制在60—72小时左右.
2.2：酵母酒精发酵全过程的12个反应
在酒精发酵过程中主要经过下述四个阶段,十二个已知步骤：
第一阶段：葡萄糖磷酸化,生成活泼的1,6-二磷酸果糖.
①葡萄糖的磷酸化；1-6-磷酸葡萄糖的生成葡萄糖在己糖激酶的催化下,由ATP供给磷酸基,转化成6-磷酸葡萄糖.反应需由Mg 激活.
②6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互变 6-磷酸葡萄糖在磷酸己糖异构酶的催化下,转变为6-磷酸果糖.
③6-磷酸果糖生成1,6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖在磷酸果糖激酶催化下,由
ATP供给磷酸基及能量,进一步磷酸化,生成活泼的1,6-二磷酸果糖,反应需Mg 激活.
第二阶段：1,6-二磷酸果糖分裂为二分子磷酸丙糖.
④1,6-二磷酸果糖分解生成二分子三碳糖一分子1,6-二磷酸果糖在醛缩酶的催化下,分裂为一分子磷酸二羟丙酮和一分子3-磷酸甘油醛.
⑤磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛互变磷酸二羟丙酮与3-磷酸甘油醛是同分异构体,两者可在磷酸丙糖异构酶催化下互相转变：
反映平衡时,趋向生成磷酸二羟丙酮(占96%％).
第三阶段：3-磷酸甘油醛经氧化(脱氢),并磷酸化,生成1,3-二磷酸甘油酸,然后将高能磷酸键转移给ADP,以产生ATP,再经磷酸基变位,和分子内重排,又给出一个高能磷酸链,而后变成丙酮酸.
⑥3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成l,3-二磷酸甘油酸.
生物体通过这个反应可以获得能量.
⑦3-磷酸甘油酸的生成 1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下,将高能磷酸(脂)键转移给ADP,其本身变为3-磷酸甘油酸,反应需Mg 激活.
⑧3-磷酸甘油酸与2-磷酸甘油酸的互变在磷酸甘油酸变位酶催化下,3-磷酸甘油酸与2,3-二磷酸甘油酸互换磷酸基,生成2-磷酸甘油酸.
⑨2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成在烯醇化酶的催化下,2-磷酸甘油酸脱水,生成2-磷酸烯醇式丙酮酸,反应需Mg 激活.
⑩丙酮酸的生成在丙酮酸激酶催化下,2-磷酸烯醇丙酮酸失去高能磷酸键,生成烯醇式丙酮酸.烯醇式丙酮酸极不稳定,不需酶激化即可变为丙酮酸.
以上十步反应可总结为：
上述由葡萄糖生成丙酮酸的反应称作E-M途径在代谢过程中,具有重要作用.生成的丙酮酸还可以继续降解.当在无氧条件下,可生成不同的代谢产物,如：乙醇、乳酸等.有氧时,则被彻底氧化成H2O和CO2.
第四阶段：酒精的生成.
酵母菌在无氧条件下,将丙酮酸继续降解,产生乙醇.其反应过程如下
⑾丙阔酸脱羧生成乙醛在脱羧酶催化下,丙酮酸脱羧,生成乙醛,反应需Mg 缴活.
⑿乙醛还原生成乙醇乙醛在乙醇脱氢酶及其辅酶（NADH2)的催化下,还原
成乙醇.
3.发酵方案的选择和论证：
3.1传统发酵技术
3.1.1间歇式发酵
间歇式发酵是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。培养基的量一次性加入，产品一次性收获，是目前广泛采用的一种发酵方式。整个培养系统与外界没有其它物质交换（O2、CO2、消泡剂、酸碱除外）。菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度不断变化，是一种非稳态发酵方案。具体为将糖化醪冷却到27～30℃后，接入糖化醪量10%的酒母，混合均匀后，经60～72h发酵，即成熟。优点是操作简便，便于管理，缺点是酒母用量大。适用于糖化锅与发酵容积相等的小型酒精厂。
3.1.2补料分批发酵法（半连续法）
又称半连续发酵或半连续培养，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法，是分批培养和连续培养之间的一种过渡培养方式，是控制发酵的好方法，现已广泛用于发酵工业。
特点：不需要严格的无菌条件，可以解除培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。对于耗氧过程，可以避免分批培养过程中因一次性投糖过多造成的细胞大量生长、耗氧过多以致通风搅拌设备不能匹配的状况；在某种程度上，可减少微生物细胞的生成量、提高目标产物转化率，并且不会产生微生物菌种的老化和变异。
3.1.3连续发酵
该过程是当微生物培养到对数生长期时，在发酵罐中一方面以一定速度连续不断流加新鲜液体培养基，一方面以同样速度连续不断地将发酵液排出，使发酵罐中微生物生长和代谢活动始终保持旺盛的稳定状态，而PH、温度、营养成分的浓度、溶解氧等都保持一定，并从系统外部予以调整，使菌体维持在恒定生长速率下进行连续生长和发酵，这样就大大提高了发酵的生长效率和设备利用率。
3.2新型发酵技术[6]
3.2.1固定化酵母细胞发酵技术：
发酵罐的酵母细胞的数量直接影响者发酵速度，而在传统的游离发酵过程
中，酵母细胞随着发酵后的醪液流出发酵罐，造成酵母细胞浓度的迅速降低，从而使得发酵速度变慢，因而，出现了酵母细胞循环发酵技术。但是酵母细胞的循环利用增加了设备负担。
人们由固定化酶技术得到启发，使酵母细胞固定化并且一直停留在发酵罐中，保持高的反应速度。常用的固定化技术有爆麦发，吸附法，交联法等。固定化载体包括海藻酸钠、聚乙烯醇、琼脂、果胶、活性炭和纤维素等。
固定化发酵技术极大的提高了酵母细胞的利用率，不仅提高了发酵过程的速度，节约了时间，而且具有较高的经济性，具有很好的发展前景。
3.2.2真空发酵和气提发酵技术
在酒精的发酵过程中，尝试酒精浓度增大到一定程度的时候，对酵母细胞会产生抑制作用，是的酵母细胞减少而影响发酵速度。为此，减小发酵过程中酒精浓度成为必要。真空发酵技术是通过发酵过程中抽取真空，使酒精不断逸出，从而消除酒精浓度过高对酵母细胞的一直。这种技术提高了酒精发酵的产率，使得底物得到充分的利用。
3.2.3浓醪发酵
浓醪发酵法生产酒精能够提高设备的利用率，降低生产成本，而且酒精糟容易处理，是一种具有很大应用价值的酒精发酵技术。目前估计先进酒精生产企业发酵醪酒精浓度一般在0.10~0.12。（体积分数）国内常规的发酵酒精浓度为0.9~0.10。（体积分数）
3.2.4无蒸煮无糖化一步发酵
该技术的关键在于三个方面，其一是生淀粉的直接水解；其二是糖化淀粉酶和酵母进行的直接酒精发酵；其三是杂菌污染的防治。该工业技术正在进一步的推广之中。
3.2.5透析膜发酵
常见的游戏莫发酵系统有三种形式；
第一种最为常见，连续透析膜发酵系统，由于这个发酵器避免了酵母的流失，醪液中的酵母密度高。另外，酒精的不断排除，也部分的免除了酒精发酵的抑制作用。
第二种发酵膜系统是利用选择性膜将发酵醪液中的酒精分离出来，以降低酒精一直作用。所以选择性膜的研制是该系统的关键问题。
第三种膜发酵系统即为中空纤维膜发酵系统，这是一种基于膜分离技术的发酵新工艺。该系统需要将具有微孔的纤维膜制成管状，通道直径一般为0.2~1.1mm，发酵液从通道通过，酵母和糖留在管内，而酒精随着溶剂一起经过纤维膜渗出。这样既增加了发酵醪中的酵母数，又降低了其中酒精含量，从而极大的提高了酒精发酵的效率。
3.2.6萃取发酵
其实质在于发酵醪中的酒精被溶剂所萃取，从而保持低酒精浓度，进而将酒精一直作用降低到最忌限度。萃取所用的溶剂具有对酵母无毒，有较高的分配系数和选择系数，和不与发酵液形成乳浊液等特性。
3.3发酵方案的选择与论证
新型发酵方法的出现，为我们研究与优化发酵工艺提供了途径，尤其是无蒸煮无糖化一步发酵法，具有能耗低、工艺简单、设备投资省等优点，因而具有良好的应用前景，值得工业推广。但是如何进一步提高此发酵工艺的生产效率大多数仍停留在试验研究阶段。而对于传统的发酵方法，我们选择间歇发酵法。除了基于间歇发酵本身所拥有的优点（设备费用低；同一设备可进行多种产物的生产，设备利用效率高；收率高；杂菌污染和菌种变异率低；操作简便，便于管理等）以外，主要还是考虑了以下两方面原因：
1.我们此次课程设计是年产2万吨的木薯燃料酒精生产工艺设计，相对来说生产规模不大，中小型设备即能满足。而基于上述对三种发酵方式优缺点的考虑，间歇式发酵方式的缺点被弱化（如对酒精酵母的需求量相对不是太大），它更适合这样年产量较小的小型酒精厂的酒精发酵。
2.我们此次木薯酒精发酵设计的目标厂址是在海南海口郊区。海南岛属热带季风海洋性气候，常年高温多雨，特别适合细菌的生长。虽然半连续性发酵和连续性发酵方便实现自动化控制，可以减缓培养过程中的底物抑制、产物的反馈抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。但在海南这样的地方，容易染菌是他们致命性的缺点。一旦染菌，将造成巨大的经济损失。而间歇式发酵不易染菌，这就成就了它在海南独特的优势。（最好的不一定是最好的，最适合的才是最好的）
在以上两点的考虑下，我们组决定选择间歇式发酵方式。
3.4发酵流程
3.4.1发酵罐的清洗：
水力洗涤装置是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成，两头喷水管有一定的弯度，喷水管上均匀地钻有一定数量的外孔，喷水管安装时呈水平状态，喷水管借助活接头和固定供水管连接，它是借助喷水管两头的喷嘴以一定的喷出速度而形成的反作用力，是喷水管自动旋转，在旋转过程中，喷水管内的洗涤水由喷水孔均匀的洒在罐壁、灌顶和罐底上，从而达到水力洗涤的目的。
3.4.2发酵罐的灭菌（空消）
在经喷淋冷却器或螺旋板冷却器冷却至发酵温度（26-28℃）左右的糖化醪和酒母醪进入发酵车间发酵之前，从有关管道通入蒸汽，使罐内蒸汽压力达0.147MPa，灭菌过程从阀门、边阀排出空气，并使蒸汽通过达到死角灭菌。灭菌完毕，关闭蒸汽后，待罐内压力低于空气过滤器压力时，通入无菌空气保持罐压0.098MPa，以维持正压。
3.4.3酒精捕集
在酒精发酵过程中，特别是主发酵期，除了生成酒精外，还产生大量的二氧化碳气体，并形成大量的气泡通过发酵醪层排出，二氧化碳溢出醪液时，就会带走部分酒精液滴。另外酒精容易挥发，尤其在主发酵过程中，产生大量的二氧化碳气泡使发酵醪液处于上下翻滚的沸腾状态，酒精更加容易挥发被二氧化碳带走；其次，在酒精发酵过程中，产生大量的热量，使发酵醪液温度升高，酒精沸点低，容易蒸发，在发酵醪液面，由于蒸发作用，也会使酒精伴随着二氧化碳气体被带走而造成损失。
本设计采用泡沫捕集器和二氧化碳洗涤器组合，其中泡沫捕集器采用填料为不锈钢丝网的高效丝网除雾器，二氧化碳洗涤器采用填料为陶瓷矩鞍环的填料塔。泡沫捕集器中间堆有一层瓷环(拉西环),利用瓷环表面液体吸附二氧化碳气体中所夹带的酒精液滴，借以达到气液分离之目的。被分离出来的二氧化碳气体及酒精蒸汽通过二氧化碳洗涤器，酒精蒸汽被逆流水吸收从而达到回收酒精的目的。
3.4.4 发酵成熟醪[7]
发酵成熟醪的成分随原料的种类、加热方式、菌种性能不同而不同，分成不挥发性成分和挥发性成分两大类。不挥发性成分包括甘油、琥珀酸、乳酸、脂肪酸、无机盐、酵母菌体、不发酵性及未发酵完的糖、皮壳、纤维等。挥发性杂质共有50多种，分成醇类、醛类、酸类和酯类等四大类。
发酵成熟醪的化学组成一般为：含水约80%（质量分数），乙醇约8%-12%（体积分数），干物质6%（质量分数），甲醇约是酒精总量2%（体积分数），杂醇油约是酒精总量0.3%-0.6%（体积分数）。
4.发酵过程参数设计与控制
4.1 发酵过程的控制指标
不同发酵阶段有不同的发酵指标，下面分别从镜检酵母的数目、形态、出芽率、糖分、温度、PH值、发酵时间、酒精的体积百分含量等方面进行描述不同的发酵阶段，以及相应的控制方法。
不同发酵阶段的条件控制指标
项目主酵时期后酵时期
镜观形态正常无杂菌形态不规则，开始自溶
酵母数量（亿个） 1.2左右---- 溶解氧（%）近0 ----
外观糖(Bx) 6-8 1-1.5
酒精含量(%) ≧4.5 8-10
酸度（PH） 4.0-4.5 4.0-5.0
发酵时间（h）12-16 36-38
发酵温度（℃）30-34 30-32
罐压（x105Pa）0.2-0.5 0.2-0.5
4.2发酵后的放罐指标
一般地，微生物发酵终点的判断，需要考虑经济、产品质量和一些特殊因素。放罐过早，会残留过多的养分（如糖、脂肪、可溶性蛋白）对提取不利；放罐过晚，菌体自溶，会延长过滤时间，还会使产品的质量降低（有些单位抗生素单位下跌），扰乱提取作业计划。一般放罐指标有：产物浓度、氨基氮、菌体形态、pH值、培养液的外观、粘度等。
成熟发酵醪的指标
检测项目间歇发酵
镜观酵母形态不规则
外观糖（Bx）0.5 以下
残还原糖（%）0.3 以下
总残糖（%） 1 以下
酒精含量（%）8～10
酸度酸度不大于0.5
挥发酸0.1～0.15
4.3 发酵过程参数检测与控制
发酵过程主要有温度、糖度、溶氧等参数，可分为直接参数和间接参数两大类。直接参数，如温度，可利用传感器直接测量；间接参数，如菌体浓度，需要根据测量计算得出。其中直接参数有在线和离线检测两种方式，在线检测直接根据传感器仪表检测，离线检测需要取样（如残糖浓度）。常用的检测控制系统由检测元件、控制部分和执行元件三部分组成。
发酵过程的主要物理参数控制
参数名称单位测量方法意义、主要作用
罐压Pa 压力表维持罐内正压，增加溶氧
温度℃传感器维持细菌的生长和产物的合
成
溶解氧溶度1/h 间接计算维持菌体代谢
空气流量v/（v·min）传感器供氧、排泄废气、提高Kla 黏度Pa·S 粘度计反映菌体的生长情况，提高
Kla
泡沫传感器反映菌体代谢情况
浊度FTU 浊度计反映菌体生长状况
4.4发酵过程中化学、生物学参数的控制
参数名称单位测量方法意义、主要作用
PH 传感器了解菌体的生长和产物合成
溶解氧浓度ppm 传感器反映氧供需情况
基质浓度g/ml 取样反映间接菌体生长状况
mV 传感器反映菌体代谢情况
氧化还原电
位
产物浓度g/ml 取样产物合成情况
尾气氧浓度Pa 传感器了解耗氧情况
浓度% 传感器了解菌体的呼吸情况
尾气CO
2
菌体浓度g/ml 传感器了解菌体的生长代谢情况
4.5酒精发酵过程的其他影响因素及其控制和防治：
4.5.1乙醇浓度的影响
当乙醇浓度过高时可抑制发酵。在酵母处于繁殖期时，其产生乙醇的速度是无繁殖时的30多倍。所以控制乙醇适宜的浓度，对控制发酵有很大的影响。间歇发酵工艺可采用一次加满法、分次添加法、连续添加法分割主发酵醪法，可采用分次添加法，以防止低酒精浓度过高抑制发酵。
4.5.2杂菌污染的影响及其防治
杂菌污染的防治是一个综合治理的问题。产生杂菌的原因主要是由于管道与发酵罐杀菌不彻底，或者因糖化醪液与酵母被污染。所以我们必须严格进行管道和发酵罐的灭菌，还有避免醪液与酵母的污染。主要的杂菌是乳酸菌，主要通过控制温度及PH抑制杂菌生长。
霉菌毒素能够影响酵母的生长，这些毒素的存在可能是发酵不完全的原因。由于加热不能去除所有的霉菌毒素，因此不可能通过蒸煮过程除去所有的霉菌毒素。当时在研究营养物质对动物饲料中霉菌毒素含量的影响时发现酵母细胞壁中的葡甘露聚糖能够特异性吸附某些霉菌毒素。所以通过加入酵母葡甘露聚糖，可以很有效的解决这一情况。
5.酒精发酵过程的物料衡算及能量衡算[8-9]：
5.1 物料衡算
5.1.1工艺技术指标及基础数据
（1）生产规模 20000吨/年酒精。
（2）生产方法双酶糖化，间歇发酵。
（3）生产天数每年300天。
（4）食用酒精日产量 67吨。
（5）食用酒精年产量 20000吨。
（6）副产品年产量次级酒精占酒精总产量的2%。
（7）产品质量普通三级酒精。（乙醇含量95% 体积分数）。
（8）木薯干原料含淀粉70%,水分13%。
（9）α-淀粉酶用量为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。
（10）硫酸氨用量 7kg/t（酒精）。
（11）硫酸用量（调PH用） 5kg/t（酒精）。
5.1.2、原料消耗的计算
（1）淀粉原料生产酒精的总化学反应式：
糖化：（C
6H
10
O
5
）n + nH
2
O——nC
6
H
12
O
6
162 18 180
发酵： C
6H
12
O
6
——2C
2
H
5
OH + 2CO
2
180 92 88
（2）理论生产1000kg普通三级酒精的乙醇含量在95%（体积分数）以上所需淀粉量为：
查表可知95%的燃料酒精（体积分数）所对应的质量分数为92.41%， 162×1000÷92×92.41%=1627.2（kg）.
（3）实际上，整个生产过程经历原料处理、发酵及蒸馏等工序，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论率。查文献可知各阶段淀粉损失率如表所示。
生产过程各阶段淀粉损失
生产过程损失原因淀粉损失（%）备注原料处理粉尘损失0.40
蒸煮淀粉损失及糖分损失0.50
发酵发酵残糖 1.50
发酵巴斯德效应 4.00
发酵酒汽自然蒸发与被CO
2
带走1.30 有酒精扑集器为
0.30%
蒸馏废糟带走等 1.85
总计损失9.55
假定发酵系统设有酒精扑集器，则淀粉损失率为8.55%。故生产1000kg普通三级酒精需淀粉量为：
1627.2 =1779.3（kg）
100%-8.55%
这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为1000÷1779.3=56.2%，着达到了我国先阶段甘薯干原料生产酒精的先进出酒率水平。
（4）生产1000kg普通三级酒精甘薯干原料消耗量据基础数据给出，甘薯干原料含淀粉70%，故1吨酒精耗木薯干量为：
1779.3÷70%=2541.9（kg）
（5）应用酶活力为2000u/g的α–淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗量。淀粉酶用量按8u/g原料计算。则淀粉酶消耗量：
2541.9×8 =10.2（kg）
2000
(6)所用糖化酶的活力为20000u/g，使用量为150u/g原料，则糖化酶消耗量为：
()()
kg
1.
19
20000
150
9.
2541=
÷
?
此外，酒母糖化酶用量按300u/g（原料）计，且酒母用量为10%，则用酶量为：
2541.9×10%×70%×300 =2.7（kg）
20000
式中70%为酒母的糖化液占70%，其于为稀释水和糖化剂。
（7）硫酸氨用于酒母培养基的补充氮源，其用量为酒母量的0.1%，设酒母醪量为G0，则硫酸氨耗量为：0.1%G
5.1.3.蒸煮醪量的计算
根据文献可知，淀粉原料连续蒸煮的粉料加水比为1：3.3，故粉浆量为： 2541.9×（1+3.3）=10930.2（kg）
5.1.4糖化醪与发酵醪量的计算
设发酵结束后成熟醪量含酒精10%（体积分数），相当于8.01%（质量分数）。并设蒸煮效率为98%，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1000kg95%（体积分数）酒精成品有关的计算如下：（1）需蒸馏的成熟发酵醪量为：
= 1000×92.41% ×（100+5+1）÷100 = 12478.6(kg) F
1
98%×8.01%
（2）不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：
12478.6÷106% = 11772(kg)
（3）入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为：
1000×92.41% =7.56%（质量分数）
98%×12478.6
（4）相应发酵过程放出CO2总量为：
())
92
.
1000kg
?
41
÷
=
?
66
902
(
/
44
98
%
%
(5)接种量按10%计，则酒母醪量为：
()()()
11772=
902
?
+
+
100
÷
÷
2.
kg
1152
%
100
10
10
则糖化醪量为
100/
100
902
11772=
?
+
+
11521.8
（
10
）
）
（kg
）
（
5.1.5年产20000吨木薯干原料酒精厂总物料衡算
前面对木薯干原料生产1000kg酒精（95%）进行了物料平衡计算，以下对20000吨/年木薯干原料酒精厂进行计算。
（1）酒精成品
日产普通三级酒精为：20000÷300=66.67（t），取整数67t/d
日产次级酒精为：67×（2÷98）=1.37（t）
日产酒精总量为：67+1.37=68.37（t）
实际年产量为：
普通三级酒精量为：67×300=20100（t/a）
次级酒精量为： 1.37×300=411（t/a）
酒精总产量为：20100+411=20511（t/a）
（2）主要原料木薯干用量
日消耗量：2541.9×67=170307.3（kg/d）
年消耗量：170307.3×300=51092190（kg）=51092.19（t）
淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮醪、成熟发酵醪、糖化醪、酒母醪等每日量和每年量均可算出，衡算结果见表。
20000吨/年淀粉原料酒精厂物料衡算表
数量物料生产1000kg95%
酒精物料量（kg）
每小时数量
(kg)
每天数
量
(t)
每年数
量
(t)
普通酒精980 2791.7 67 20100
次级酒精20 57.1 1.37 411
木薯干2541.9 7096.1 170.3 51092.2 α-淀粉酶10.228.5 0.7 205.0
糖化酶19.1 54.2 1.3 243.3
硫酸氨 1.15 3.2 0.0771 23.1
硫酸5140.335100.5
蒸煮醪10930.230513.5732.3 219697
成熟发酵醪11772 32862.5 788.7 236617.2 糖化醪11521.8 32167 772 231588.2 酒母醪1152.2 3216.3 77.2 23157.2 二氧化碳9022518.1 60.4 18130.3 5.2发酵过程的热量衡算：
5.2.1发酵过程产热量：
在发酵的过程中，主发酵期控制发酵温度为33度，发酵过程醪液可升高10度左右。
酒精发酵 一、实验目的 1．了解淀粉水解酶、糖化酶和活性干酵母活化的方法； 2．掌握双酶法糖化淀粉的方法； 3．掌握酵母发酵糖化液制取酒精的方法； 4．了解糖浓度和酒精含量的测定方法。 5．通过实验让学生理解糖的无氧酵解途； 二、实验原理 1．在无氧的培养条件下，酵母菌(或细菌)利用葡萄糖发酵生成酒精和二氧化碳，此过程即为酒精发酵，反应式为： C6H12O6 2C2H5OH ＋2CO2 通过对发酵醪液酒精含量的测定，可以判断酒精发酵的程度。 酵母菌在有氧和无氧条件下的糖代谢的产物不同（好氧条件下生成水和二氧化碳），无氧条件下产生酒精和CO2，所以在酒精发酵时要杜绝氧气，否则酒精产率下降。 三、实验材料及仪器 1．实验材料：大米粉、玉米粉或甘薯粉等淀粉质原料，自来水，耐高温活性干酵母，耐高温α-淀粉酶，糖化酶，蔗糖，氯化钙，硫酸铜，亚甲基蓝，酒石酸钾钠，沸石。 2．实验仪器：铝锅，恒温培养箱，高压灭菌锅，酒精蒸馏装置，恒温水浴锅，蒸馏烧瓶，酒精计，糖度计，滴定管，温度计，pH计，三角瓶，容量瓶，石棉网等。 四、实验过程 1、实验步骤 （1）取自来水2000mL，按照1：4的料水比称取大米粉（500g），一起加入铝锅中，调节pH值5.5-6.0（用HCl），保持沸腾状态1h。注意不要煮糊，可适当补水，但补水不宜过多，以免局部骤然降温，产生老化现象。此过程中，请2个同学做淀粉酶的活化，2个同学做干酵母活化所需蔗糖溶液及吸管（10根）的灭菌，以及活化糖化酶所需的无菌水。 （2）加入CaCl2 0.01mol/L（酶的保护剂）冷却到85℃，按10U/g大米粉的比例加入活化好的淀粉酶酶液，80℃-85℃水浴保温，使其DE值在15-20之间。（3）将醪液定容到2000ml，若是大于2000，则加热使其浓缩。用盐酸调节上述醪液至pH4.0-4.5，分装到8个250ml三角瓶中，装液量为150ml。121℃灭菌20分钟，冷却到手温，按150U/g大米粉的比例加入活化好的糖化酶酶液，及活化好的酵母液10ml。
木薯为原料的酒精酿造 工艺 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
以木薯为原料的酒精酿造工艺木薯具有良好的加工性能，也不与粮食作物争地，是一种有很大发展潜力的酒精生产再生资源，将其应用到发酵工业，具有广阔的发展前景。据相关资料显示广西的木薯产量较大，全国60%的木薯淀粉是由广西生产，广西对于生产木薯酒精具有独特的优势。以木薯为原料进行酒精发酵的工艺较成熟。本文简述了木薯原料预处理、液化、酶糖化、发酵酒精生产工艺。木薯是热带和亚热带广泛种植的粮食和经济作物，适应性很强，耐旱、耐瘠、耐水，对土地的质量要求不高，是可在任何土质中生长的作物。我国南方盛产木薯，产量高，淀粉含量高。木薯的块根淀粉含量达25%-30%左右，木薯干淀粉含量达70%左右，是被誉为“淀粉之王”。木薯已被世界公认是具有很大发展潜力、很有前途的酒精生产的可再生资源。近年来，随着木薯原料用于生产酒精渐渐收到人民的重视，国内外学者都致力于木薯生产酒精工艺的研究。下面就木薯原料预处理、液化、酶糖化、发酵酒精生产工艺这四个方面进行简单的介绍。 一、原料的预处理 原料在进行正式生产之前，必须预处理，以保证生产的正常进行和提高生产的效益，预处理包括除杂和粉碎两个工序。木薯在收获和干燥过程中，经常会惨夹进泥土、沙石、粗纤维，金属杂质等杂质，这些杂质如果没有在正式投入生产之前清除，将严重影响生产的正常进行。石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或损坏，造成生产的中断；机械设备运转部位，会因泥沙的存在而加速磨损，泥沙等杂质也会影响正常的发酵过程。所以用木薯原料生产酒精前，必须进行除杂，以保证生产的正常进行和提高生产的效益。 2、原料的粉碎木薯原料粉碎可以使原料的颗粒变小，原料的细胞组织部分破坏，淀粉颗粒部分外泄，增加原理的表面积，在进行水热处理时，加快原料的吸水速度，降低水
酒精生产中杂菌的分析 一、酒精生产中常见的杂菌种类及其特性 1、杂菌定义 酒精发酵不是纯培养发酵，属于开放式发酵。因此，发酵醪中除酵母菌外，还存在相当数量的其他微生，它们会对酒精发酵产生不良的影响，这些其他微生物通称为杂菌。 2、杂菌种类 常见的杂菌主要有两大类：细菌、野生酵母。 1细菌 这类杂菌对酒精发酵危害最大是杂菌中的“主要矛盾”。 革兰氏阳性细菌：乳酸杆菌、小球菌、葡萄球菌、明串珠菌、丁酸菌、枯草杆菌。 革兰氏阴性细菌：醋酸杆菌、大肠杆菌。 2野生酵母——假丝酵母、嗜杀酵母。 3、杂菌的形态与特性 1乳酸杆菌：形状为棒杆状、单生或呈短链状、不运动、不产孢子、厌气性、部分微需氧或耐氧、最适温度35—50℃，耐酸，最终产物主要是乳酸。 2小球菌：形状为卵球状，大部分互相连接成串球状或链球状、不运动不、产孢子、厌气性、部分耐氧、最适温度30—45℃、耐酸，终产物主要是乳酸、能产生不愉快的味道，具有与酵母粘连成团的性能。 3明串珠菌：形状为园柱状或球状、成对、成短或长链、微好氧或兼性厌氧、最适温 度30—45℃，终产物为葡聚糖，具有与酵母粘连成团的性能。 4丁酸菌：形状为杆状、能运动和产生孢子、专性厌氧、最适温度30—40℃，不耐酸，以下停止繁殖、终产物为丁酸和少量醋酸、乳酸、丁醇。 5枯草杆菌：形状椭圆、圆柱状、好氧、最适温度35—50℃、终产物为淀粉酶和蛋白酶。 6醋酸杆菌：形状椭园或杆状、单生、成对或成链、有鞭毛、好氧菌、最适温度30—45℃、能耐10—13%V/V的酒精度，能将乙醇转化为乙酸。 7大肠杆菌：杆状、细胞短而直、无芽孢、以周毛运动兼性厌氧、最适温度30—35℃耐低pH，终产物为多种有机酸：包括乙酸、乳酸等。 8假丝酵母：细胞为圆形、卵形或长形、无性繁殖为多边芽殖、形成假菌丝、也有真 菌丝、无孢子、好氧、最适温度30—40℃，有产生酒精的能力，但主要是产菌丝体蛋白质和其他付产物。 9嗜杀酵母：嗜杀酵母能杀死同族及亲缘酵母、而不被同族酵母杀死、主要是分泌嗜 杀毒素、杀死酵母、形状与其他酵母无区别，其生活特性也相似，终产物是能致蛋白质变性的毒素。 二、杂菌的来源 1、原料污染 淀粉质原料：木薯（鲜、干）、玉米、红薯等带来大量杂菌，而部分生产厂家又采用低温液化工艺，蒸煮不彻底（夹生），淀粉糊保护了部分耐温杂菌。 影响工段：预糊化工段、糖化工段、发酵工段。 废糖蜜原料：甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、甜高粱糖浆由于贮存和运输与输送等环节造成污染。
2.1 发酵酒的基本知识 发酵酒是以粮谷、水果、乳类等含有淀粉和糖的物质为原料，主要经酵母发酵等工艺酿制而成的。发酵酒酒度低，对人体的刺激性小。这类酒含有很多营养成分，适量饮用有益于身体健康，主要包括葡萄酒、啤酒、黄酒和清酒等。 2.1.1葡萄酒 葡萄酒是以新鲜葡萄或葡萄汁为原料、经酵母发酵酿制而成的、酒精度不低于70/0(V/V)的各类酒的总称。研究证明，葡萄酒中含有200多种对人体有益的营养成分，其中包括糖、有机酸、氨基酸、维生素、多酚、无机盐等。 1.葡萄酒的起源与发展 1)世界葡萄酒的起源与发展 葡萄酒可以说是世界上历史最悠久的酒了，它的历史超过10 000年。因为葡萄极容易自然发酵，人类的祖先依据葡萄的自然发酵发明了现代文明之一的发酵技术。据考古资料记载，大约在7000年前，葡萄开始在高加索、中亚细亚等地栽培，后来传至埃及、希腊。罗马帝国在扩的同时将葡萄的种植向北传播到欧洲各地。17、18世纪，商业的发展促成了中产阶级的兴起，也为高级葡萄酒提供了一个广大的市场。19世纪，随着科技的发展，葡萄树根不再受蚜虫的侵扰，使葡萄产量增加。20世纪，葡萄酒的酿造技术有了长足的进步，不仅酿造的过程更能被精确控制，而且发展出了各种新式的酿造方法，让欧洲以外的新兴葡萄酒产国在葡萄酒业快速成长，成为欧洲葡萄酒的主要对手。但另一方面，葡萄园的天然环境也越来越受到重视。法国于1936年建立了AOC法定产区管制制度，奠立了欧洲葡萄酒业保存传统葡萄酒的基础，地方风味得以延续。 2)中国葡萄酒的起源与发展
中国葡萄酒的起源也很早。早在周代就已经有人工种植的葡萄园了。据《史记》和《汉书》记载，“大宛左右以葡萄为酒，富人藏酒至万余石，久者数十岁不败。”可见当时葡萄酒酿造的规模之太和酿造技术的先进。西汉时期，汉武帝派遣骞出使西域，将西域的葡萄及酿造葡萄酒的技术引进中原，促进了中原地区葡萄栽培和葡萄酒酿造技术 的发展。唐朝是我国葡萄酒酿造史上很辉煌的时期，葡萄酒的酿造已经从宫廷走向民间。明朝时，时珍在《本草纲目》中多处提到葡萄酒的酿造方法及葡萄酒的药用价值。时珍说：“葡萄酒……驻颜色，耐寒。”就是说葡萄酒能增进健康、养颜悦色。我国葡萄酒虽有漫长的历史，但生产规模不大，产量不多。清光绪十八年，华侨弼士先生在省市成立了裕葡萄酿酒公司。这是我国近代第一个葡萄酒厂。公司引进了120多个酿酒葡萄品种，还引进了国外的酿酒工艺和酿酒设备，使我国的葡萄酒生产走上了工业化生产的道路。1915年，裕葡萄酿酒公司的产品葡萄酒和白兰地在美国旧金山举行的万国博览会上获得了金质奖章和最优等奖状。在裕公司之后，、、等地相继建立了葡萄酒厂，这些工厂虽然规模不大，但也预示着我国葡萄酒工业已初步形成。改革开放以后，经过广大葡萄和葡萄酒工作者的努力，我国葡萄酒工业已具规模，形成了华东、王朝、长城等国际知名品牌。 2.葡萄酒的生产原料和酿造过程 1)葡萄的成分 葡萄梗：连接葡萄粒并使之成串的葡萄梗含有丰富的单宁，并且该单宁收敛性强且粗糙，常带有刺鼻的草味。通常，酿造之前会先经过去梗的工序将梗去掉。 葡萄籽：它的部含有许多单宁和油脂，但其单宁收敛性强且不够细腻，而且油脂会破坏酒的品质，所以酿酒时应避免弄破葡萄籽。 葡萄皮：虽然葡萄皮在比例上仅占全体的1/10，但对酒的品质影响相当大。它除了含有丰富的纤维和果胶，还含有单宁和香味物质。另外，黑葡萄的皮里还含有红色素，是红葡萄酒颜色的主要来源。
酒精发酵工艺 李洋41116115 摘要 酒精是一种可再生能源，酒精发酵原料来源广泛，供应充足，推行乙醇汽油清洁燃料，可以解决国家石油短缺，粮食过剩及环境恶化三大热点问题。 正文 一．背景（全球能源短缺） 能源是人类社会发展的重要基础资源。特别是随着世界经济的发展、世界人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，由此导致对能源资源的争夺日趋激烈、环境污染加重和环保压力加大。促使我们更加关注世界能源的供需现状和趋势，也更加关注中国的能源供应安全问题。 根据美国能源信息署（EIA）最新预测结果，随着世界经济、社会的发展，未来世界能源需求量将继续增加。预计，2010年世界能源需求量将达到105.99亿吨油当量，2020年达到128.89亿吨油当量，2025年达到136.50亿吨油当量，年均增长率为1.2%。欧洲和北美洲两个发达地区能源消费占世界总量的比例将继续呈下降的趋势，而亚洲、中东、中南美洲等地区将保持增长态势。伴随着世界能源储量分布集中度的日益
增大，对能源资源的争夺将日趋激烈，争夺的方式也更加复杂，由能源争夺而引发冲突或战争的可能性依然存在。 未来世界能源供应和消费将向多元化、清洁化、高效化、全球化和市场向发展。酒精就是一种良好的清洁能源。 近年来，世界酒精产量一直处在高速攀升中，2006年产量达4063万t，较2005年的3655万t，增加了408万t，增幅达11.16%。2006年世界酒精产量最大的三个国家，美国.巴西.中国，分别占世界份额38.37%. 33.55%. 13.54%。2007年中国酒精产量达到620万t，2008年超过700万t。（最新数据无法获取） 二．发展意义 酒精化学名称为乙醇，分子式为C2H5OH,相对分子质量为46.07。无水乙醇是无色透明，易挥发，具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。酒精的用途主要有三个方面：燃料酒精，食用品酒精，化工医药用酒精，而前者是酒精的主要用途。 燃料酒精作为一种清洁能源，是指向汽油或柴油中加入一定比例的无水乙醇作为燃料使用。酒精作为一种新能源，其优势在于发酵酒精是源于太阳能的一种生物质能转化能源，属于可再生能源。燃料酒精被认
生物工程专业综合（设计）性大实验 报告书 (酒精发酵实验) 学生姓名：吴丁柱 学号：3102106216 班级：生工2102 专业：生物工程 指导教师：魏胜华
生物工程专业设计（综合）实验 安徽工程大学实验报告书 学生姓名：吴丁柱学号：3102106216 专业班级：生工2102 实验类型：□验证■综合□设计□创新实验日期：2013.12.17 实验成绩： 一、当前酒精生产工艺的技术进展及现状 1.1现状 酒精是广泛应用在食品、化工、医药、国防和科研等各个领域的重要有机工业原料。 中国工业化生产酒精始于1900年俄国人在哈尔滨建的酒精厂，但发展非常缓慢，新中国成立时，我国酒精产量不到1万吨，专业性酒精厂生产规模大都是千吨小厂，基础十分薄弱。 五十多年来，特别是改革开放以来，随着国民经济的发展，我国酒精生产取得了巨大的发展。现有酒精生产企业450多家，产量在3万吨以上的共26家，其中30万吨以上的3家、10～20万吨7家、3～5万吨9家。2005年酒精产量达368.13万千升（按年销售收入500万元以上的企业计）（不包括自产自用的酒精），比2004年增长33.6%，居世界第三位。 2004年出口酒精74.44万吨比2003年增2.28倍，每吨酒精创汇418.73美元。进口3433吨，其中变性酒精1802.18吨，用汇686.03美元/吨。酒精生产实现了连续化、使用专用酶制作和商品酒精酵母，固定化酒精酵母，淀粉利用率达到90%以上，淀粉出酒率好的企业可以达到55~56%，（96°V/V）原料出酒率可到40~40.88%。随着食用酒精和工业酒精国家标准的4次制订、修订和实施，高纯度特级酒精企业的日益增多，标志着我国酒精生产技术和产品质量水平得到了很大的提高。但是，国外酒精生产技术自石油危机和美国大力发展汽油醇以来，有了更快的进步，特别是在节能、综合利用和自动化等方面，与我国拉开了差距。我国每吨酒精平均能耗酒精800公斤以上，世界水平为300~400公斤。随着我国燃料乙醇的发展，引进、消化、吸收、创新，我国酒精生产技术正在得到飞跃发展和提高，深信21世纪初期一定可以赶上世界先进水平。 1.2国内酒精蒸馏流程的进展 淀粉质原料→ 蒸煮→ 发酵→ 蒸馏→ 酒精 （糖质含糖蜜）（糖质原料无需蒸煮） 1.2.1两塔 （1）50年代初，天津、地方国营哈尔滨（顾乡屯）等酒精厂采用的两塔间断蒸馏流程。 （2）50年代初间歇流程生产能力低、消耗大，相继改为连续蒸馏。上海新亚酒精厂采用的两塔液相过塔流程。 （3）山东黄台酒精厂采用的两塔半液相过塔流程。 （4）1953年南阳酒精厂为降低煤耗采用了两塔气相过塔蒸馏流程生产95%（V）酒精。 （5）1956年部颁医药用酒精标准实施后，上海酒精厂、资中糖厂采用的两塔气相 1
乙醇的结构简式为CH3CH2OH，俗称酒精、无水酒精、火酒、无水乙醇。乙醇的用途很广，可用乙醇来制造醋酸、饮料、香精、染料、燃料等。医疗上也常用体积分数为70%——75%的乙醇作消毒剂等。 乙醇的物性数据： 1.性状：无水透明、易燃易挥发液体。有酒的气体和刺激性辛辣味。 2. 密度：0.78945g/cm^3; (液) 20°C 3. 熔点：-11 4.3 °C (158.8 K) 4. 沸点：78.4 °C (351.6 K) 5. 在水中溶解时：p Ka =15.9 6. 黏度：1.200 mpa·s(cp)，20.0 °C 7. 分子偶极矩：5.64 fC·fm (1.69 D) (气) 8. 折光率：1.3614 9. 相对密度(水=1)：0.79 10.相对蒸气密度(空气=1)： 1.59 11.饱和蒸气压(kPa)： 5.33(19℃) 12.燃烧热(kJ/mol)：1365.5 13.临界温度(℃)：243.1 14.临界压力(MPa)： 6.137 15.辛醇/水分配系数的对数值：0.32 16.闪点(℃，开口)：16.0 17.闪点(℃，闭口)：14.0 18.引燃温度(℃)：363 19.爆炸上限%(V/V)：19.0 20.爆炸下限%(V/V)： 3.3
21.燃点（℃）：390~430 22.蒸发热：(kJ/mol，b.p)：38.95 23.熔化热：(kJ/kg) ：104.7 24.生成热：(kJ/mol，液体)：-277.8 25.比热容：(kJ/（kg·k)，20°C，定压）：2.42 26.沸点上升常数：1.03~1.09 27.电导率（s/m）:1.35×10-19 28.热导率（w/(m·k)）:18.00 29.体膨胀系数（k-1, 20°C）:0.00108 30.气相标准燃烧热(kJ/mol)：1410.01 31.气相标准声称热(kJ/mol)：-234.01 32.气相标准熵(J/mol·k)：280.64 33.气相标准生成自由能(kJ/mol)：-166.7 34.气相标准热熔(J/mol·k)：65.21 35. 液相标准燃烧热(kJ/mol)：-1367.54 36.液相标准声称热(kJ/mol)：-276.98 37. 液相标准熵(J/mol·k)：161.04 38.液相标准生成自由能(kJ/mol)：-174.18 39.液相标准热熔(J/mol·k)：112.6 乙醇生态学数据： 乙醇蒸汽对眼和呼吸道粘膜有轻微的刺痛作用。皮肤长期接触可出现干燥、皲裂现象。
酒精工艺学复习题-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
酒精发酵工艺学复习题 一、填空题（请把答案填写到空格处） 1．酒精生产常用的淀粉质原料有玉米、甘薯、木薯等。 2. 酒精生产常用的谷物原料有玉米、高粱、大麦等。 3. 酒精生产常用的薯类原料有甘薯、木薯、马铃薯等。 4．木质纤维素的主要组成成分是纤维素、半纤维素、木质素。 5．常用的原料粉碎方法有湿式粉碎、干式粉碎两种。 6．常用的原料除杂方法有筛选、风选、磁力除铁三种。 7．常用的原料输送方式有机械输送、气流输送、混合输送三种。 8. 酒精厂常用的粉碎设备是滚筒式粉碎机、锤式粉碎机。 9．酒精厂常用的输送机械有皮带输送机、螺旋输送器、斗式提升机三种。 10．玉米淀粉和甘薯淀粉的糊化温度分别是（65~75）℃、（53~64）℃。 11．双酶法糖化工艺中使用的两种酶制剂是耐高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶。12．淀粉质原料连续糖化工艺分成混合前冷却糖化工艺、真空冷却糖化工艺、二级真空冷却糖化工艺三种。 13. 酒精发酵过程中产生的副产物主要有甘油、杂醇油、琥珀酸等。 14．酒精发酵常污染的细菌有醋酸菌、乳酸菌、丁酸菌。 15．酒精蒸馏塔按作用原理可分为鼓泡塔、膜式塔。 16．从精馏塔提取杂醇油的方式可以是液相取油，也可以是气相取油。 17．酒精蒸馏塔按其塔板结构可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔。 18．酒精的化学处理是提高酒精质量的一种辅助措施，常用的化学试剂是高锰酸钾、氢氧化钠。 19．无水酒精的制备方法有氧化钙吸水法、离子交换树脂法、共沸法、分子筛法等。 20. 共沸法制备无水酒精常用的共沸剂是苯、环己烷。 21. 连续发酵可分为_全混（均相）连续发酵、梯级连续发酵两大类。 二、判断题（正确打√，错误打×） 1．酒母培养罐和酒精发酵罐的构造是一样的。× 2. 酒化酶是参与淀粉水解和酒精发酵的各种酶和辅酶的总称。（×） 3. 薯干的果胶质含量较多，使发酵醪中甲醇含量较高。（√） 4. 减少发酵过程中二氧化碳的产生量就能提高酒精生成量。（×） 5．采用高细胞密度酒精发酵时，必须定期向发酵罐中供应氧气。（√） 6．异戊醇在酒精中的挥发系数随着酒精浓度的增大而减小，但始终大于1。（×）
发酵酒的基本知识 发酵酒是以粮谷、水果、乳类等含有淀粉和糖的物质为原料，主要经酵母发酵等工艺酿制而成的。发酵酒酒度低，对人体的刺激性小。这类酒含有很多营养成分，适量饮用有益于身体健康，主要包括葡萄酒、啤酒、黄酒和清酒等。 葡萄酒 葡萄酒是以新鲜葡萄或葡萄汁为原料、经酵母发酵酿制而成的、酒精度不低于70/0(V/V)的各类酒的总称。研究证明，葡萄酒中含有200多种对人体有益的营养成分，其中包括糖、有机酸、氨基酸、维生素、多酚、无机盐等。 1.葡萄酒的起源与发展 1)世界葡萄酒的起源与发展 葡萄酒可以说是世界上历史最悠久的酒了，它的历史超过10 000年。因为葡萄极容易自然发酵，人类的祖先依据葡萄的自然发酵发明了现代文明之一的发酵技术。据考古资料记载，大约在7000年前，葡萄开始在高加索、中亚细亚等地栽培，后来传至埃及、希腊。罗马帝国在扩张的同时将葡萄的种植向北传播到欧洲各地。17、18世纪，商业的发展促成了中产阶级的兴起，也为高级葡萄酒提供了一个广大的市场。19世纪，随着科技的发展，葡萄树根不再受蚜虫的侵扰，使葡萄产量增加。20世纪，葡萄酒的酿造技术有了长足的进步，不仅酿造的过程更能被精确控制，而且发展出了各种新式的酿造方法，让欧洲以外的新兴葡萄酒产国在葡萄酒业快速成长，成为欧洲葡萄酒的主要对手。但另一方面，葡萄园的天然环境也越来越受到重视。法国于1936年建立了AOC法定产区管制制度，奠立了欧洲葡萄酒业保存传统葡萄酒的基础，地方风味得以延续。 2)中国葡萄酒的起源与发展
中国葡萄酒的起源也很早。早在周代就已经有人工种植的葡萄园了。据《史记》和《汉书》记载，“大宛左右以葡萄为酒，富人藏酒至万余石，久者数十岁不败。”可见当时葡萄酒酿造的规模之太和酿造技术的先进。西汉时期，汉武帝派遣张骞出使西域，将西域的葡萄及酿造葡萄酒的技术引进中原，促进了中原地区葡萄栽培和葡萄酒酿造技术 的发展。唐朝是我国葡萄酒酿造史上很辉煌的时期，葡萄酒的酿造已经从宫廷走向民间。明朝时，李时珍在《本草纲目》中多处提到葡萄酒的酿造方法及葡萄酒的药用价值。李时珍说：“葡萄酒……驻颜色，耐寒。”就是说葡萄酒能增进健康、养颜悦色。我国葡萄酒虽有漫长的历史，但生产规模不大，产量不多。清光绪十八年，华侨张弼士先生在山东省烟台市成立了张裕葡萄酿酒公司。这是我国近代第一个葡萄酒厂。公司引进了120多个酿酒葡萄品种，还引进了国外的酿酒工艺和酿酒设备，使我国的葡萄酒生产走上了工业化生产的道路。1915年，张裕葡萄酿酒公司的产品葡萄酒和白兰地在美国旧金山举行的万国博览会上获得了金质奖章和最优等奖状。在张裕公司之后，青岛、北京、通化等地相继建立了葡萄酒厂，这些工厂虽然规模不大，但也预示着我国葡萄酒工业已初步形成。改革开放以后，经过广大葡萄和葡萄酒工作者的努力，我国葡萄酒工业已具规模，形成了华东、王朝、长城等国际知名品牌。 2.葡萄酒的生产原料和酿造过程 1)葡萄的成分 葡萄梗：连接葡萄粒并使之成串的葡萄梗含有丰富的单宁，并且该单宁收敛性强且粗糙，常带有刺鼻的草味。通常，酿造之前会先经过去梗的工序将梗去掉。 葡萄籽：它的内部含有许多单宁和油脂，但其单宁收敛性强且不够细腻，而且油脂会破坏酒的品质，所以酿酒时应避免弄破葡萄籽。 葡萄皮：虽然葡萄皮在比例上仅占全体的1/10，但对酒的品质影响相当大。它除了含有丰富的纤维和果胶，还含有单宁和香味物质。另外，黑葡萄的皮里还含有红色素，是红葡萄酒颜色的主要来源。
酒精发酵染菌分析 现代酒精发酵工业要求纯种培养，因此在种子及发酵罐培养中，应严格控制染菌率，保证菌种纯培养。但是染菌是酒精工业乃至整个发酵行业长期以来不能彻底解决的问题，因此如何解决染菌问题就成了发酵工业的工作重点之一。 一、酒精发酵过程中的染菌带来的危害 如果在发酵过程中有其他杂菌的存在，那么杂菌的生长势必会影响到目的菌的正常生长繁殖，争夺营养物质，甚至会产生毒素，抑制目的菌的生长，最终杂菌可能占生长优势，降低发酵单位，导致发酵失败。 常规酒精发酵采用的是低温蒸煮工艺，整个工艺料液没有经过高温灭菌，最高温度只有90℃左右，势必会有杂菌的存在，如果不采用相关的措施，会对发酵的正常进行造成比较大的影响1。 随着酒精生产技术的发展，许多新的酒精生产工艺受到了很多人的关注。 固定化酵母连续发酵酒精技术2，它的机理是将活酵母细胞高度密集于载体上，并不断地生长增殖，形成高浓度的生物催化剂，从而大大地加快了反应速度，使酒精的生产能力大幅提高，该工艺简化了传统的酒精发酵工艺，缩短了发酵周期，不但提高了生产效率，而且减少了能耗，达到了节能减排的目的。但是同时也存在着一定的弊端，固定化酵母酒精发酵其工艺过程与传统的游离发酵有很大的不同：固定化酵母载体需要多批次反复使用，每次染菌后，又不能通过蒸汽来杀菌。所以染菌问题的解决成为该方法可行性的重要环节。 生料酒精发酵技术3，传统的酒精生产工艺需要对原料进行蒸煮，该工段耗能占总耗能的30~40%4，随着酶制剂工业的发展，高效能的糖化酶不断涌现，使得生料酒精发酵工艺的工业化成为可能，这种工艺可以节约大量的能源，为酒精的绿色生产带来一种新的途径。该工艺的最大特点就是原料不经过蒸煮，在节省能源的同时，简化了生产过程，由于是边糖化边发酵，还原糖的浓度不会过高，十分利于酵母的快速生长发酵，从某种程度上来说，该工艺有利于酒精产量的提高。但是杂菌问题成为阻碍该技术发展的另一难题，由于原料带入的杂菌较多，又难以用其他方法彻底清除，如果没有有效的对应措施，杂菌问题会严重影响该工艺的顺利进行。 酒精生产酒糟滤液回用新技术5：酒精蒸馏废糟经过简单的固液分离，调节酸度以后的清液作为工艺生产的拌料用水，糟渣部分经干燥作为饲料；从而消除酒糟对环境造成的污染，且在清液全部回流过程发酵时间及发酵指标不低于清水拌料。该工艺可以有效的减少污水的排放，同时节约了大量的水资源，达到绿色发酵的目的。在该工艺中，对废糟的固液分离并不能有效的去除杂菌，而全回流技术的对回用的清夜要求较高，如果染菌严重的话，也很难实现该技术。 染菌问题不仅是常规工艺需要解决的问题，而且对许多新兴的酒精工艺来说也是以非常重要的。所以我们要对杂菌的主要来源和预防措施做较深入的研究。 二、酒精发酵过程中染菌的主要原因
第四章酒精生产工艺 第一节概述 酒精生产技术发展史 酒精生产是在酿酒的基础上发展起来的，我国劳动人民早在4000多年前就会酿酒。但是由于当时的生产技术水平和认识水平的局限性，使酒精生产受到限制。直到1902年，我国酒精工业才开始起步。当时在福建省建立了一间以甘薯干为原料的生产酒精工厂。到了1934年。中国酒精厂在上海建成，该厂主要以甘蔗糖蜜和甘薯干为原料生产酒精。 新中国成立后，我国酒精工业不论产量，质量以及生产技术均有突飞猛进的发展。淀粉岀酒率提高了50%以上，在生产上大力推广新工艺，新技术和新设备，并培养了大批酒精生产的专业人才。目前国内大型酒精厂酒精年产量均在万吨以上。许多厂家生产的优质酒精已远销国外，经济效益十分显著。 二．酒精工业的发展趋势 我国酒精生产以发酵法为主，大多数工厂是采用薯干和玉米为原料。 为了进一步提高酒精生产水平，各国的工程技术人员都在研究新型的酒精发酵方法，如目前已在工业生产上应用的固定化细胞酒精发酵法，耐高温活性干酵母发酵法等新的发酵工艺。在设备方面也有不少新型生物反应器出现，如单罐连续搅拌反应器、酵母回用连续搅拌反应器、塔式反应器、细胞固定化反应器等。酒精蒸馏工艺也在不
断改进和完善。进一步改造了蒸馏塔板结构，并研究新的蒸馏工艺。目前研究较多的蒸馏工艺有高效节能的差压式蒸馏，膜分离酒精等。随着乙醇传感器和微机控制系统的应用，酒精工业的生产水平将有新的突破。 第二节原料及其处理 一原料选择 （一）选择原料的依据 1.淀粉质原料的选择 （1）原料资源要丰富，容易收集。酒精生产需要大量原料，要有一定的库存量。 （2）原料要容易贮藏。水分高的原料不易贮藏，含水量低于13%为宜。 （3）原料含杂质要少，并在生产中不产生有害、有毒物质。 （4）原料价格低廉，可降低产品成本。尽量采用野生植物原料。2.糖质原料的选择 糖质原料主要指糖蜜。根据糖蜜的含糖糖量分为三个等级：一级糖蜜：含全糖(总糖）高于50%，不溶物和胶体物质等杂质含量较少；二级糖蜜：含全糖45%~50%;三级糖蜜：含全糖低于45%。所有等级糖蜜浓度均不得低于80`~900 ,相对密度为1.41~1.50（20℃）。 （二）原料的种类 用于生产酒精的淀粉原料主要有：薯类（甘薯、马铃薯、木薯、山药等）；粮谷类（高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍
篇一：酵母菌酒精发酵实验报告 实验方案 酵母菌酒精发酵的条件研究 学院（部）：生物与化学工程学院专业：生物工程学生姓名：鑫 学号：11018150 班级：生物工程二班 指导教师：肖 一、实验目的 1、学会实验的设计和操作过程 2、找到酵母菌发酵时的最优条件二、培养基和实验方法及材料的确定 1、玉米粉的糖化方法 玉米粉的糖化采用双酶法，其工艺流程如下 玉米粉→加水→液化→糖化→发酵→蒸馏→成品酒精试验中，发酵培养按照三角瓶100ml培养。本次工做20组是要，共需发酵液20*100=2000ml。培养液按照100g玉米粉、300ml水。所以共需玉米粉700g。 液化：取１００ｇ玉米粉，加入３００ｍｌ的水，液化温度为９０℃，ｐｈ值为５．５，液化时间为３．５ｈ，液化酶的添加量为０．０３５ｇ／１００ｇ玉米粉 糖化：糖化时的工艺条件为：糖化温度为５８℃，ｐｈ值为４．５，糖化时间为３．５ｈ，糖化酶的添加量为０．３ｇ／１００ｇ玉米粉。 2、活化培养基 本实验在进行实验时采用察氏(czapck)培养基的配制，配方如下表一： 表一 3、扩大培养基 扩大培养仍然用察氏(czapck)培养基，由于要用液体的，所以将其中的琼脂配料去掉。 4、发酵培养基 糖化液稀释至l0%浓度，添加辅料（硫酸铵0.4%），ph5.5灭菌 三、培养基的制备及酵母的活化 1、准备酵母母菌一支常温下存放一天，增加菌种的活力。在母菌存放期间制作各时期培养基 2、准备固体培养基（察氏培养基）50ml，做成8支试管斜面，扩大培养基800ml（做扩大培养时使用）。做成8个三角瓶，每瓶200ml。120℃灭菌30min。 3、发酵液的制备 （1）玉米粉的筛选 实验前准备粉碎后的玉米粉700g。（2）玉米粉的液化 按照100g玉米粉、300ml水的配比对玉米粉进行液化，液化方案上文已经交代。在1000ml 烧杯里，或者500ml烧杯分两次，水浴液化。器材：烧杯500ml两个，玻璃棒一个，水浴锅一个，糖化酶0.225g 步骤：1、将糖化酶，玉米粉，水按照比例配置好在烧杯里。2、将配好的玉米液放于水浴锅中90℃液化3.5h。边液化边搅拌。（3）玉米粉的糖化 将液化后的玉米液中按照0.3g/100ml加入液化液中。再在水浴锅中，58℃糖化3.5h。（4）过滤 糖化后的糖化液有可能有没有彻底液化的玉米颗粒，会造成浑浊，这时需要对糖化液进行过滤操作。操作步骤： 最后与以上培养基一起进行灭菌处理。灭菌时，清洗16支移液管，与培养基一起灭菌。（5）活化步骤 器材：酒精灯，接种针，母菌，斜面培养基，消毒酒精。 步骤：1、将器材放于实验台上。对双手合桌面进行灭菌。对接种针进行灼烧灭菌。2、在酒精灯旁按照无菌操作步骤在酒精灯火焰旁取下试管棉塞。3、将灼烧后的接种针伸入母菌试管
化工与生物技术学院 毕业设计小论文 连续发酵法3.40万吨∕年优质酒精生产装置发酵工段 工艺设计 Continuous fermentation of 34000 tons high-quality alcohol fermentation process of industrial design 吉林化工学院 Jilin Institute of Chemical Technology
连续发酵法3.40万吨∕年优级食用玉米酒精生 产装置发酵工段工艺设计 摘要：按照成熟的连续发酵生产工艺和实际的工厂生产经验为依据，进行连续发酵法生产优级食用玉米酒精工厂的初步设计。选用安琪超级酿酒干酵母作为发酵菌种，酒精产品的质量符合食用酒精标准(GB10343-2002)的优级标准。 关键词：酒精；连续发酵；优级；设计 1 引言 能源是当今世界最令人瞩目的问题之一，目前全世界石油消耗速度以及可开发的原油储量来计算，到21世纪中期石油资源的供应将会逐渐萎缩。因此，许多国家对开发新能源的项目十分重视[1]。此外，随着人民的环保意识不断加强，被誉为可再生绿色能源的燃料酒精，由于其燃烧污染小，容易运输和贮藏在价格上也可与汽油相竞争，因此酒精最有可能成为取代石油的新能源，具有巨大的开发前景[2]。酒精是最具有发展潜力的替代品，目前世界上2/3的酒精被用作燃料[3]。剩余1/3被用来作为医务用品及饮品。高纯度食用酒精是我国配制各种白酒的主要原料。 目前，以淀粉质为原料的酒精发酵生产厂家大部分还是使用间歇发酵，这种方法投资大，设备利用率低，进行高强度的酒精发酵是解决间歇发酵弊病的唯一方法。连续发酵法具有生产损失小提高淀粉出酒率，虽短发酵时间，无空罐不仅减少了染菌生酸的机会还提高的设备利用率等优点，是一种具有重大价值的酒精发酵技术。目前一般酒精厂的料水比为1：2.6以上，采用浓醪工艺为1：2.2～1：2.4，吨酒精用水节约2t以上［4］。 2方案 2.1发酵菌种 国内外对酒精浓醪发酵的研究主要集中在两个方面：一是发酵工艺的研究，二是高产菌种的选育［5］。 在发酵工艺的研究方面，Ingledew证实了在发酵一定时间后添加酵母粉和蛋白胨可使酒精产量达20%（v/v）［6］，Thomas等通过辅加酵母抽提物、酪蛋白水解物或单一氨基酸来刺激酵母生长，使发酵周期缩短并使酒精最终含量达17%［7］。国内的研究主要集中在添加营养盐、肌醇和钙离子等营养物质来提高酒精产量。 在菌种选育方面，传统的物理和化学诱变及细胞原生质体融合技术仍是获得耐高浓度酒精菌株的最有效方法。本设计所采用的是安琪超级酿酒高活性干酵母，适合浓醪连续发酵，发酵过程酒份可达13%～14%。 在种子罐中加入10t温度为38～40℃的底水，糖化醪20t，再加入干酵母50kg轻微搅拌，静置保温10分钟，降温至32℃加入营养盐，再流加3～4t糖化醪和微量的无菌空气进行复水活化。
玉米发酵生产酒精工艺 酒精是一种重要的工业原料,广泛应用于食品,化工、医药等领域,而且可以部分或全部替代汽油,具有安全、清洁、可再生等优点。传统的酒精生产主要以糖蜜、薯类、谷物为原料发酵而成。近年来,随着人口增长和经济的发展以及可利用耕地面积的减少使得酒精生产成本日趋增高,利用丰富、廉价的玉米秸秆为原料生产酒精已成为必然趋势。我国是一个农业大国,各种纤维素原料资源非常丰富,仅玉米秸秆年产量大约2亿吨。目前,玉米秸秆除了少部分被利用外,大部分以堆积、焚烧等形式直接倾入环境,极大地污染了环境,也是一种资源浪费。如果将玉米秸秆经过预处理后水解,其所含的纤维素和半纤维素可分解成糖,经发酵可转化为酒精,转热效率可达30%以上。这样不但缓解人类所面临的食物短缺,环境污染、资源危机等一系列问题,而且还能实现人类的可持续发展,因而近年来玉米秸秆成为生物能源领域的研究热点。 玉米生产酒精的工艺流程如图。 1玉米秸秆简介 玉米秸秆主要由植物细胞壁组成,基本成分为纤维素、半纤维素和木质素等。木质素将纤维素和半纤维素层层包围。纤维素是一种直链多糖,多个分子平行排列成丝状不溶性微小纤维,半纤维素主要由木糖、少量阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖组成,木质素是以苯丙烷及衍生物为基本单位组成的高分子芳香族化合物。其中,木质素是一种燃料,半纤维素可水解为五碳糖,而纤维素水解为六碳糖比较困难。 2玉米秸秆预处理 由于玉米秸秆结构复杂,不仅纤维素、半纤维素被木质素包裹,而且半纤维素部分共价和木质素结合,同时纤维素具有高度有序晶体结构。因此必须经过预处理,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断它们的氢键,破坏晶体结构,降低聚合度。常见预处理方法有物理法、化学法、物理化学法和微生物法等。 2.1挤压膨化法 该方法属于物理处理法,是将原料粉碎后调节至一定水分,加入挤压机内,物料在螺杆的旋转推动下向前运动,同时被剪切、挤压。并且在摩擦热的作用下温度可接近140℃;然后从挤压机中喷出,物料的压力突然降低、体积迅速膨胀,纤维素晶体结构被破坏,从而为纤维素的酶解处理创造条件。这种预处理方法生产过程连续,不需要消耗蒸汽,而且具有灭菌效果。 2.2湿氧化法 湿氧化法属于化学处理法,是指在加温加压条件下,水和氧气共同参加的反应。湿氧化法对玉米秸秆处理效果很好,纤维素遇碱,只引起纤维素膨胀,形成了碱化纤维素,但能保持原来骨架,加入Na2CO3后起缓和作用,能防止纤维素被破坏,使木质素和半纤维素溶解于碱液中而与纤维素分离。这样得到的纤维素纯度较高,且副产物很少。匈牙利Eniko等人采用湿氧化法在195℃,15min,1200千帕O2,Na2CO32g/L条件下,对60g/L玉米秸秆进行预处理。其中60%半纤维素、30%木质素被溶解,90%纤维素呈固态分离出来,纤维素酶解转化率(ECC)达85%左右。 2.3酸处理法 酸处理法也是一种化学处理法,这种方法可追溯到1980年,而在德国可能更早。该法是采用硫酸、硝酸、盐酸、磷酸等对纤维素原料进行预处理,其中以硫酸研究和应用的最多。处理后,半纤维素首先水解得到无碳糖,纤维素的结晶结构被破坏,原料疏松,可发酵性强。但水解前必须将pH值调整到中性,还应该注意反应器的耐酸性。
摘要 酒精在我国酿酒行业、化工行业等，都发挥着重要作用。食用酒精作为硬饮料中不可缺少的添加成分，它的品质越来越受到人们的重视，特别是我国做为世界白酒消费大国，食用酒精品质的好坏，就显得更重要了。 本设计是对年产10万吨酒精工厂发酵车间工艺设计。主要包括酒精生产的工艺流程设计、工艺计算、全厂物料衡算（工艺技术指标及基础数据）、各个工段物料和热量衡算（蒸煮工段、糖化冷却工段、发酵工段、蒸馏工段以及酒精生产过程中的供水供气衡算）、设备的设计与选型（包括发酵罐、预发酵罐、酒精捕集器、酒母培养罐，泵），厂房的整体布置和轮廓设计、发酵车间的布置设计。绘制酒精生产工艺流程图、发酵车间带控制点工艺流程图和发酵车间平面、立面布置图。 关键词：酒精；工艺；设计；设备
目录 摘要 ............................................................... I 目录 .............................................................. II 前言 ............................................................. VII 第1章全厂工艺论证. (1) 1.1 生产原料：木薯（淀粉质原料） (1) 1.1.1木薯的主要成分 (1) 1.1.2木薯作为酒精原料的特点 (2) 1.1.3生产过程中的木薯干相关工艺参数 (2)
1.2 原料的预处理 (2) 1.2.1原料的除杂 (2) 1.2.2原料的粉碎和输送 (2) 1.3 原料蒸煮工艺 (4) 1.3.1蒸煮目的 (4) 1.3.2粉浆的预煮 (4) 1.3.3间歇蒸煮与连续蒸煮工艺相比较其优缺点 (5) 1.4 糖化工艺 (6) 1.4.1糖化的目的 (6) 1.4.2糖化工艺 (6) 1.4.3测定糖化醪质量的方法 (7) 1.5 糖化醪的发酵 (8) 1.5.1糖化醪发酵目的 (8) 1.5.2影响酒精发酵的因素 (8) 1.5.3酒精发酵的方式 (9) 1.5.4发酵生产工艺 (10) 1.6 酒精的蒸馏和精馏工艺及分支筛脱水工艺 (11)
酒精发酵工艺 一.糖化醪发酵的目的要求及设备结构特点 (一)发酵的目的要求 淀粉质原料经过蒸煮，使淀粉呈溶解状态，又经过曲霉糖化酶的作用，部分生成可发酵性糖，这还不是酒精生产的终了，在．糖化醪中接入酵母菌；在酵母的作用下，将糖分转变为酒精和CO2，获得了酒精产品，这才是酒精发酵的目的。从表面上去观察酒精发酵，其过程十分简单，它只是将糖化醪打入发酵罐后，接入酒母，就可以进行发酵了。但是，在酒精发酵过程中却发生着十分复杂的生物化学变化过程：在这里既有糖化醪中的淀粉和糊精继续被糖化酶水解，生成糖分的作用(即后糖化作用)，也还有蛋白质在曲霉蛋白酶进一 步水解下生成低分子含氮化合物如是是眎、动胨、肽和氨基酸的作用。生成的这些物质，有的被酵母吸收利用，合成酵母菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和CO2及其它 副产物。 酒精生产，要求用最少的原料来生产尽可能多的酒精产品，并应尽量减少发酵损失，为了达到这一目的，必须创造如下有利条件来实现这一目的要求： (1)在发酵前期，要创造条件，让酵母菌继续繁殖到一定数量。 (2)使糖化醪中的淀粉和糊精继续被分解，生成可发酵的糖分。
(3)发酵过程的中期和后期，要创造厌气条件，使酵母在无氧条件下将糖分发酵生成酒精。 (4)发酵过程中产生的CO2应设法排除，并注意加强对随CO2逸出时被带走酒精的捕集回收。 (二)发酵设备 酒精发酵的工艺方式不同，发酵设备也赂有差异。从发酵形式来分，有开放式、半密闭式和密闭式三种。如果从材质上分，则可分为钢板和水泥制两种。 半密闭式发酵罐多采用钢板制成，罐顶设有顶盖，顶盖上设有能启闭的人孔。 密闭式发酵罐也用钢板制成，钢板厚度视发酵罐容积不同而异，一般采用4 — 8毫米厚钢板制成，罐身呈圆柱形，罐身直径与高之比为1：1.1；盖及底为圆锥形成碟形；罐内装冷却蛇管，蛇管数量一般取每立方米发酵醪用不少于0.25平方米的冷却面积。蛇管可分上下两组安装，并加以固定。也有采用在罐顶用淋水管或淋水围板使水沿罐壁流下，达到冷却发酵醪的目。对于容积较大的发酵罐，这两种冷却形式可同时采用。对地处南方的酒精厂，因气温较高，故应加强冷却措施。有的工厂在发酵罐底部设置吹泡器，以便进行搅拌醪液，使发酵均匀。罐顶设有CO2排出管和加热蒸汽管、醪液输入管。但管路设置应尽量简化，做到一管多用，这对减少管道死角，防止杂菌污染有重要作用。大的发酵罐的顶
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
主讲教师：敬科举
第九章
厌氧发酵设备
厦门大学化学化工学院 化学工程与生物工程系
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
? 发酵设备是发酵工厂中主要的设备， 它提供了一个适应微生物生命活动和 生物代谢的场所。 ? 由于微生物分厌氧和通风两大类， 故供微生物生存和代谢的生产设备也 就各不相同。 ? 不论厌氧或通风发酵设备，除了满足 微生物培养所必要的工艺要求外，还 得考虑材质的要求以及加工制造难易 程度等因素。
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
本章主要讲述的内容
1
酒精发酵设备及计算
2
啤酒发酵设备及计算
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
第一节
酒精发酵设备及计算
? 满足酒精发酵的工艺要求
– 满足酒精酵母生长和代谢的 必要工艺条件 – 将发酵产生的热量及时移走
? 有利于发酵液的排出，设备 的清洗、维修以及设备制造 安装方便等问题。
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
一、酒精发酵罐的结构
1，基本结构 ? 酒精发酵罐筒体为圆柱形 ? 底盖和顶盖均为碟形或锥形的立 式金属容器 ? 罐顶装有废汽回收管，进料管， 按种管，压力表、各种测量仪表 接口管及供观察清洗和检修罐体 内部的人孔等 ? 罐底装有排料口和排污口对于大 型发酵罐，为了便于维修和清 洗，往往在近罐底也装有人孔 ? 罐身上下部装有取样口和温度计 接口
https://www.doczj.com/doc/5b7779245.html,
2，发酵罐的冷却装置
– 中小型发酵罐：多采用罐顶 喷水淋于罐外壁表面进行膜 状冷却； – 大型发酵罐：由于罐外壁冷 却面积不能满足冷却要求， 所以，罐内装有冷却蛇管或 罐内蛇管和罐外壁喷洒联合 冷却装置。 – 此外，也有采用罐外列管式 喷琳冷却的方法，此法具有 冷却发酵液均匀、冷却效率 高等优点。