食用酒精工厂的设计概述 .doc

东北电力大学本科毕业设计说明书（论文）毕业设计说明书作 者： 学 号： 院 系： 专 业： 题 目：年产12万吨食用酒精工厂的设计 设计重点:双酶法液糖化 指导者： 评阅者： 2012 年 6 月 吉 林- 1 -摘 要摘 要本设计为年产12万吨酒精工厂的设计。依据要求选择以玉米为原料，耐高温-淀粉酶作为液化酶；-淀粉酶作为糖化酶；安琪牌高温酒精活性干酵母作为酵母菌。在工艺上的选择有双酶法液糖化工艺，目的是将淀粉变成可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的作用生成酒精与CO2,再通过细胞膜将这些产物排出体外。所需的工艺2指标有加水比1：3.5，拌料罐内pH值6.5，液化温度90100，糖化醪pH值4.04.5，糖化温度6065，糖化时间1.5 h等。五塔压差蒸馏工艺，分子筛工艺，通过物料衡算、设备选型计算、水电气耗的计算等合理优化设计生产工艺过程。关键词：酒精 玉米 粉碎 双酶法液糖化 发酵 蒸馏II东北电力大学本科毕业设计说明书（论文）AbstractThe design for the design of an annual output of 120,000 tons of ethanol plants. According to the asked to select from corn, thermostable a-amylase as amylase; -amylase, glucoamylase; Angel brand high temperature alcohol active dry yeast as the yeast. Choice in the technology solution with dual enzymatic saccharification process, the starch into fermentable sugar, alcohol and CO2, after liquor role of enzymes within the cells generated and excreted through the cell membrane. Add water required for process indicators than 1:3.5 the spices tank pH of 6.5, the liquefaction temperature of 90 to 100 C, mash pH of 4.0 to 4.5, saccharification temperature of 60 65 C for 1.5 h saccharification time. The five-tower differential pressure distillation process, the molecular sieve process, by material balance, equipment selection, calculation, water, electric power consumption calculation optimized design and production process.Key words：Alcohol Corn crushed Dual enzymatic liquid glycosylated Ferment Distillation目 录目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论- 5 -1.1 酒精的主要性质- 5 -1.2 酒精的应用- 5 -1.3 我国酒精工业的发展史- 5 -1.4 世界酒精工业的发展史- 6 -1.5酒精工业的发展趋势- 7 -第2章 设计概论- 8 -2.1 设计的目的- 8 -2.2 设计的任务- 8 -2.3 设计的指导思想- 8 -2.4废水处理- 9 -2.4.1酒精废水- 9 -2.4.2 环保措施CO2的回收利用- 10 -2.4.3 杂醇油的回收利用- 11 -第3章 规模及产品规格- 12 -3.1主要原辅料- 12 -3.2原辅料的规格及质量标准- 12 -3.3 水的质量标准- 13 -第4章 工艺设计- 16 -4.1淀粉质原料酒精生产的总工艺流程- 16 -4.2总工艺流程说明- 17 -4.2.1原料预处理- 17 -4.2.2原料的蒸煮- 17 -4.2.3糖化- 18 -4.2.4酒母- 19 -4.2.5发酵- 19 -4.2.6蒸馏- 20 -4.3双酶法液糖化- 21 -4.3.1 主要原辅料及工艺参数- 21 -4.3.2 双酶法玉米酒精生产工艺流程- 22 -4.3.3 双酶法玉米酒精生产工艺流程说明- 22 -4.3.4 双酶法酒精生产工艺特点：- 23 -第5章 物料衡算- 24 -5.1 基础数据- 24 -5.2原辅料消耗计算（以生产1000kg国标食用酒精为例）- 25 -5.2.1原料计算- 25 -5.2.2辅料计算- 26 -5.3 蒸煮醪量计算- 26 -5.4糖化醪与发酵醪量计算- 27 -5.5 蒸馏醪液与成品计算- 28 -5.6 耗水量的计算- 29 -5.7 蒸汽消耗量的计算- 30 -5.8 根据要求实际原料耗算一览表- 30 -第6章设备的选型及计算- 33 -6.1 气流输送装置的选型计算- 33 -6.2 粉浆罐- 35 -6.3发酵罐- 36 -6.4酒母罐- 36 -6.5搅拌器- 37 -6.6 酒精蒸馏设备及计算- 37 -6.6.1 蒸馏塔的设计- 37 -6.6.2塔径的计算- 41 -6.6.3塔负荷的确定- 44 -6.6.4 袍罩的设计- 45 -6.6.5 溢流装置的设计- 46 -6.6.6 塔板数的确定- 47 -6.6.7 塔板的溢流装置和流体力学计算- 48 -6.6.8 塔的有效操作范围与安全操作范围- 51 -第7章 重点工段的设计与计算- 54 -7.1蒸煮锅和后熟器- 54 -7.2糖化罐- 56 -7.3连续液糖化设备的计算- 57 -第8章全厂总体平面设计- 62 -8.1 厂址的选择的基本原则- 62 -8.2 总体平面设计的要求- 62 -8.3 全厂总平面设计- 63 -结束语- 64 -参考文献- 65 -致 谢- 66 -东北电力大学本科毕业设计说明书（论文）第1章 绪论1.1 酒精的主要性质酒精是一种无色透明、易挥发、易燃烧，不导电的液体1。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇,分子式C2H5OH，（酒精燃烧C2H5OH+3O2=2CO2+3H2O）因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.7893(20/4)，相对分子质量46.07，相对密度0.7893，凝固点-117.3，沸点78.2，闪点14。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性，自燃点390430，乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.3%19%（V）。1.2 酒精的应用酒精广泛地应用于国民经济的许多部门2：在食品工业中，酒精是配置各类白酒、果酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料；它也是许多化工产品不可缺少的基础原料和溶剂，利用酒精可以制造合成橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯类、环氧乙烷、氯乙醇、二氯乙烷和乙基苯等大量化工产品；它是生产油漆和化装品不可缺少的溶剂；在医药5工业和医疗事业中，酒精用来配制、提取医药制剂和作为消毒剂；燃料生产，国防工业等其他工业部门也需要大量的酒精。酒精工业与其它工业相比具有投资少、见效快的特点，而且生产工艺简单、稳定，不易造成原料浪费。可以利用农副产品、野生植物等再生资源进行酒精生产。随着社会的进步和人民生活水平的提高，市场对酒精产品的需求也逐步提高，而从国际上酒精消费的格局来分析，酒精作为替代能源将是生物发酵法酒精最大的潜在市场。1.3 我国酒精工业的发展史酒精生产是在酿酒的基础上发展起来的3，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。酒精不仅可作为一种燃料，更是一种战略物资，世界上2/3的酒精被用作燃料。发展酒精不仅可以促进农业的可持续发展，并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染，保护环境，同时也可缓解原油进口的压力。中国的酒精工业4始于1900年黑龙江省哈尔滨市，虽经19001949年约50年的演变和设备技术的发展，但全国酒精总产量还不到一万吨。19492000年，中国的酒精产量迅速增长到300万吨，跃居世界第三位。新中国成立后，历经50年的发展初步形成了企业生产，工程设计，科学研究，人才培养，设备制造，综合利用，环境保护，标准制定，检验检测，成品运输，产品销售第一个完整的酒精工业体系。中国现有发酵法酒精生产能力已达500万吨，其中年产5万吨以上的企业10家，3万吨级的企业20家，1万吨级的企业50家。中国酒精产业虽然有专业厂200家，设有酒精车间的企业500家，总体上看，生产规模小，生产技术落后的小型酒精企业的数量还很多。自1989年中国安徽特级酒精厂5从法国Speichim公司引进六塔差压蒸馏全套设备和技术投产后，我国酒精质量上了一个新台阶。1996年黑龙江华润酒精有限公司年产24万吨优质食用酒精生产线的投产标志着中国酒精行业初步完成了引进和消化现代国外大型酒精生产技术。中国政府在2000年决定将燃料酒精开发生产使用列入第一个五年计划，标志着中国酒精产业还要上一个大台阶，2003年吉林（一起年产30万吨）大型燃料酒精企业的投产说明中国酒精生产能力已接近世界先进水平。河南、安徽、黑龙江等省燃料酒精企业也已相继投产，为2008年北京举办奥运会提供绿色环保燃料打下基础。1.4 世界酒精工业的发展史2003年世界产酒精302万吨6,2004年产342万吨,预计2005年产4057万吨,2010年达到5680万吨;其中燃料乙醇产量以每年510%的速度增长,2004年产2563万吨,预计2005年产3108万吨,2010年达到4700万吨。目前7，全球酒精年产量约2525万吨（3.21010L），其中美国和巴西的酒精产量占全球总产量的66%。到2005年全球总产量将增至3394万吨。增长部分全部来自燃料酒精。美国、巴西、中国、俄罗斯是世界酒精生产大国。2001年中国酒精总产量已居世界第三位。巴西，预计其产量增长11 以上，而美国产量增长16，令人眩目，超过110亿升。这两个国家把其它国家远远地抛在了后面。例如在欧盟，酒精产量增长不到5。亚洲的产量增长与欧盟差不多，而非洲和大洋洲的产量增长不到4%。全世界范围内燃料酒精的巨大利益似乎在改变着酒精国际贸易的方式。新的还没达标的地区将出现越来越多的国家试图达到京都协议的要求即通过增加燃料酒精的使用。这将是许多发展中国家的一个机遇，在这些国家，甘蔗酒精可以很低的成本生产。燃料酒精生产的波涛也将影响到传统的酒精市场。对从可更新能源生产酒精的支持，有可能给合成酒精的生产者提出挑战。另一方面，酒精消费者也许会从低价酒精中获益，因为大企业可能会增加开发的经济规模和经济模式。巴西主要以甘蔗汁生产燃料乙醇,2004年出口酒精1244万吨8。是世界最大的酒精输出国,占世界贸易量的30%,主要出口到美国、印度等国。美国主要以玉米为原料生产燃料乙醇,2004年产酒精1131万吨,2005年产酒精1300万吨,2006年将成为世界最大的酒精生产国。印度年产酒精162万吨,未来拟将产量扩大到占世界产量的10%。日本酒精年需求量为45万吨,其中21万吨用于食用,24万吨用于工业,自产7万吨, 其余的依靠进口,2004年从中国进口数量不大,主要从巴西进口(近年来,中国酒精的价格在与世界接轨,考虑到运距的问题,我国的酒精将具有较好的竞争力)。目前,我国逐步在汽油中添加10%的燃料乙醇,和下一步将在柴油中添加5%的燃料乙醇,到2008年对燃料乙醇的需求将达到406568万吨每年。韩国酒精年需求量为24万吨,其中50%依靠进口。1.5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9。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2章 设计概论2.1 设计的目的通过毕业设计使我们在深入理解学过的专业理论知识的基础上，理论联系实际，熟悉酒精生产的工艺过程，树立正确的指导思想，选择合理的工艺流程和工艺条件，能独立进行物料衡算和设备的计算及选型，培养学生查阅文献资料，独立编写设计文件，熟练使用CAD软件绘图的能力，提高学生综合分析和解决生产实际问题的能力。为学生今后走上工作岗位打下良好的基础。2.2 设计的任务（1）以玉米为主要淀粉原料，采用发酵的方法生产酒精。生产规模为12万吨/年，生产中不能有次级酒精产品，全部为国标普通级食用酒精。（2）确定生产中原料、辅料消耗量及副产品生产量。并根据物料衡算结果，初步选择生产设备，绘制带控制点工艺流程图（3）根据厂区总平面布置的基本原则，在自己设定的厂区平面上，将酒精生产的各个车间（包括辅助车间）合理的布置在厂区平面上。（4）根据初步设计阶段设备布置的基本原则，进行蒸煮糖化车间设备布置设计。2.3 设计的指导思想（1）在工艺上的选择和设备的选用上为确保工艺稳定、可靠和产品质量，部分采用了传统式，同时进行了革新改造，引进了一部分国外较先进的技术和设备。（2）设计中考虑尽量降低操作费用及啤酒的单耗量，使其具有上马快、收效大的特点。(3) 设计考虑到酒精厂今后的发展趋势（如增加品种、扩大产量等），在建筑和平面布置上及设备选取上，都留有适当的余地，同时又不致于造成现有设备、场地的太大浪费。(4) 设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低，采用了一些新工艺、新设备，同时又确保酒精质量。(5) 考虑到酒精厂的环境，进行了污水处理、CO2回收等综合利用，不但改善了环境污染，同时增加工厂的收入。(6) 设计采用部分自动化仪表控制，使本厂在机械化、自动化水平上与国外先进水平差距缩短了。2.4废水处理2.4.1酒精废水酒精废水是一种高浓度有机废水,是我国排放有机污染物浓度最高、造成水环境污染严重的第二大轻工废水。若直接将这些废水排放,将会对周围环境造成严重污染。酒精废水中的渣就是酒精生产原料中的粗纤维10，半纤维素等多糖类物质。这类物质在酒精生产过程中，虽也同样经历了液化、蒸煮、糖化工艺单元处理，但由于纤维素必须经过酸解或纤维素酶水解，才能由多糖转化为单糖，所以在酒精发酵中不能被酵母菌所利用，在蒸馏单元随废水排出。这种“渣”在废水中即表现为COD又表现为SS。根据我们在酒精污水多项治理工程中的测定，渣占COD总量的2530%。由于渣在废水中需经特殊处理，才能把多糖的纤维素转化为厌氧菌所能直接利用单糖类物质，所以酒精废水中常用的一种治理方法就是去渣厌氧。去渣是通过固液分离的预处理手段，使酒精废水在进入生化处理系统前，把渣去掉以降低废水中的COD浓度。有机废水经厌氧处理后，出水的B/C会降低11，出水可生化性较原污水差。采用一般的好氧生物处理方法（活性污泥法和生物膜法），处理厌氧出水，其去除率约只有60%，而处理同等浓度的原有污水，COD可达到80%。尽管采用生物膜法处理效果可能会好一些，但难以适应BOD大于250mg/L的来水。近年来开发了一些处理此类废水（进水浓度较高，可生化性较差，不易降解）的工艺技术，如AB工艺、延时曝气法（OD工艺）、SBR、塔式生物过滤池法、高负荷生物接触氧化法等。这些先进的工艺技术均能对不易降解的有机污染物有较好的处理效果。废水经厌氧好氧工艺处理后再经过深度处理，提高处理后的废水水质、达到符合中水标准，可用于生产拌料、生产设备冷却水、补充水及厂区草坪和树木灌溉以及厕所冲洗、厂区卫生清洁用水，达到水资源综合利用，降低吨酒精新鲜水耗。对食用酒精要求的12项检测指标中12，有甲醇、杂醇油、氧化时间、硫酸试验等4项指标不易达到。归结起来，主要是甲醇、杂醇油、醛类在生产中比较难以排除。甲醇对人体毒害大，含量控制越少越好。甲醇是由果胶质在果胶酶、高温及酸作用下分解而成。果胶质是植物细胞壁的组成成份。生产酒精的原料不同，果胶质的含量不同。薯类果胶质含量高，在蒸煮120以上时剧烈水解分解生成甲醇和果胶酸。蒸煮时间愈长，压力、温度愈高，生成量愈多。据资料介绍，薯干蒸煮醪中含甲醇0.0008%0.0016%，蒸煮废汽液中，甲醇含量在0.20g/100ml。我们在沙城酒精厂测定，薯干蒸煮醪中甲醇含量平均为0.0014g/100ml。与此同时，由聚戊糖所组成的半纤维素及龙葵贰，也能形成甲基戊糖，进而水解生成少量甲醇。其生成量随蒸煮压力和时间的增加而增长。醛类主要是乙醛，乙醛有较大的挥发系数和较低的沸点13，它是导致氧化时间长短变化最灵敏的一种物质。乙醛的产生与发酵酸败有关，生产工艺上要控制杂菌感染。根据生产实践，在发酵醒预热之后，进粗塔之前,加一个旋风分离器，可脱去糖化、发酵产生的部分甲醇等杂质，效果比较明显。发酵醒预热到70后，温度越高，醒液中气体溶解量越小，再进行脱气，便于杂质的排除。另外排出二氧化碳等不凝气体，也提高了粗塔的效率。在发酵过程中向发酵醪中补加氮源，选用优良的酵母菌种，控制较低温度发酵，相应缩短发酵时间，蒸煮时采用较低压力等，都对减少杂醇油有利。同时注意不用霉烂变质或低劣的淀粉质原料生产，因这类原料会使发酵醒中乙醛含量增加，还会产生甲醛、丙醛、丙烯醛、丁烯醛等杂质，缩短了氧化时间。2.4.2 环保措施CO2的回收利用来自发酵罐回收的CO2 除沫器 水洗塔1KMnO4洗涤塔水洗塔2储气囊 回流 二级压缩机活性碳吸附塔分子筛干燥塔蒸馏塔冷凝器制冷机 成品CO2 不凝气体排空图21 CO2低温低压液化工艺流程CO2是含碳化合物氧化反应的最终产物14,广泛存在于大气海洋中,可以说是取之不尽,用之不竭的碳源。CO2又是一种公害物质,它是温室效应的主要贡献者。CO2的液化过程的实质就是对CO2气体同时进行加压和冷却使其迅速液化。根据CO2的不同温度下具有不同饱和蒸汽压得性质，可将温度和压力这两个状态函数之一处于常态下，而强化另一个状态函数以使CO2液化过程在工业中容易实现，这就是目前低温低压回收CO2和常温高压回收CO2的两种工艺。CO2在常温常压是无色无嗅气体,由于它在常温下加压即可液化或固化,安全无毒,使用方便.因此用量逐年增加,应用范围不断扩大。可用作:烟丝膨胀剂;萃取溶剂;饮料添加剂;果蔬、肉类保鲜剂;发泡剂;石油开采;植物气肥;焊接保护气体;灭火;制冷;生产无机化工产品;生产有机化工产品;合成有机高分子化合物。CO2是含碳化合物氧化反应的最终产物15,广泛存在于大气海洋中,可以说是取之不尽,用之不竭的碳源。CO2又是一种公害物质,它是温室效应的主要贡献者。降低CO2的排放量和开展对CO2的综合回收利用,是保护我们赖以生存的地球环境的一件不刻不容缓的大事。不少国家和地区,日本、瑞典等欧共体国家,都采取了限制CO2的排放的措施和征收CO2排放税。目前,世界上不少国家对CO2的回收利用深为关切。CO2已在化学工业、石油开采、机械工业、食品工业等领域有广泛的应用,特别是在食品在冷藏、保鲜中具有潜在的优越性。工业生产排放的CO2气,其浓度常常较低或含有其他杂质, 所以在其回收利用中, 首先碰到的是CO2的浓缩问题。2.4.3 杂醇油的回收利用杂醇油是饮料酒芳香成份之一。但含量稍高时有恶劣臭味和辣苦涩味，饮后使人头痛，对人体有害16。杂醇油产生于酒精发酵原料中蛋白质分解和酵母菌体蛋白质水解，生成的氮基酸进一步分解放出氨生成醇 。由于发酵醒中含有多种氮基酸，进而生成多种醇杂醇油。主要成份是异戊醇、异丁醇、正丙醇、戊醇等。杂醇油组成的分离过程是一个液液萃取过程。酒精被水萃取，水是萃取剂。向杂醇油液体中加水会导致混合分成两层，下层含水和酒精,称萃取相；上层主要含杂醇油，称萃余相。第3章 规模及产品规格3.1主要原辅料原料：从生产工艺的角度来看，凡是含有可发酵性糖或可变为发酵性糖的物料，多都可以作为酒精生产的原料。主要有玉米。辅料：辅助原料是指糖化剂时用来补充氮源所需的原料17，主要有麸皮、米糠、玉米粉等富含碳源和氮源的物质。3.2原辅料的规格及质量标准表3-1 我国食用酒精国家标准GB103432002理化指标项目单位特级 优级普通级外观_ 无色透明气味具有乙醇固有的香气，无异味无异臭口味纯净，微甜纯正，微甜较纯正 乙醇（20）%（体积）96.095.595.0氧化时间（15）Min403020色度号10 10 10硫酸试验101060甲醇mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L250150CH3CHO1330正丙醇235100 异戊醇+异丁醇1230CH3COOH71020CH3COOC2H5101825不挥发物102025Pb1 1 1HCN5 5 5表3-2 玉米的规格及标准成分 水分 淀粉 蛋白质 粗纤维 脂肪 灰分含量516% 6065% 810% 1.3% 3.15% 1.5% 表3-3 耐高温-淀粉酶的规格及标准最适PH值 最适作用温度Ca2+浓度 液化力 5.45.8 90摄氏度以上5060mg/kg120KNU/g 表3-4 活性干酵母的规格及标准杂质淀粉出酒率酵母活细胞率 保存率水分 重金属无异物48%80%85%5.0%203.3 水的质量标准酒精厂是传统的用水大户,在酒精生产过程中实施节水,特别是结合工艺中的各用水特点,采用新设备、新技术,以达到节水的目的,对企业节能减排、增加效益有着重要的作用。酒精废水属超高浓度有机废水18,具有酸性高、含固量高、粘度大、CODcr值高等特点,其中含有的大量悬浮物能长期稳定存在,很难自然沉淀,如直接排放不仅严重影响水体质量,且浪费很多有用物质,如何回收有用物质,使排放达标,经济效益、社会效益相统一,是目前酒精生产行业需要解决的问题。在酒精厂里水的主要用途是：工艺过程用水，成品和半成品冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水。工艺用水要求符合饮用水标准。水的硬度不应超过7mEq，即中等硬度的水。不符合要求的水要经过必要的处理才能应用。硬度过高的水不能用于酒精生产，因为所有的酒精生产工艺过程都是在弱酸性的条件下进行的（pH4.55.5）。冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，影响冷却效果。锅炉用水应符合锅炉用水标准，硬度超标一定要进行软化处理。表3-5 生活饮用水水质标准项目标准感官性状和 一般化学指标色度浑浊度气味pH 总硬度（以碳酸钙计）铁锰铜锌挥发酚类（以苯酚计）阴离子合成洗涤剂硫酸盐氯化物 溶解性总固体色度不超过15度并不得呈现其他异色 不超过3度，特殊情况不超过5度 不得有异臭、异味不得含有6.58.5450mg/L0.3mg/L0.1mg/L 1.0mg/L1.0mg/L 0.002mg/L0.3mg/L250mg/L 250mg/L1000mg/L毒理学指标氟化物 氰化物砷 硒 汞 镉铬(六价)铅银硝酸盐(以氮计)氯仿*苯并(a)芘滴滴涕六六六1.0mg/L0.05mg/L 0.05mg/L 0.01mg/L0.001mg/L0.01mg/L0.05mg/L 0.05mg/L 0.05mg/L 20mg/L60g/L0.01g/L1g/L5g/L细菌学指标细菌总数 总细菌总数游离余氟100个/mL3个/L 在与水接触300后应不低于0.3 mg/L。集中式给水除出厂水应符合上述要求外,管网末梢水不应低于0.05 mg/L。项目标准放射性指标总放射性总放射性0.1Bq/L1Bq/L 表3-6 水的硬度分类水质类别硬度值碱性离子浓度（mmol/L H2O）较软水04.001.44软水4.18.01.452.88中硬水8.112.02.894.21较硬水12.118.04.336.48硬水18.130.06.4910.80极硬水31.010.81第4章 工艺设计4.1淀粉质原料酒精生产的总工艺流程 淀粉质原料 除杂粉碎 粉 料 加水调浆 粉 浆 加-淀粉酶喷射液化 粉浆液化液 加入糖化酶糖化 取小部分加入酵母 糖 化 醪 酒母 加入酒精酵母进行酒精发酵 CO2 酒精发酵醪 蒸馏 其他产品或杂质 废 醪 酒 精 图41 淀粉原料酒精生产的总工艺流程淀粉质原料酒精生产的特点（1）淀粉是以淀粉颗粒的形式存在于原料的细胞之中，为了使淀粉能最终转化成酒精，首先要创造条件，使淀粉有可能从细胞中游离出来。为此,原料要粉碎，以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。（2）采用水热处理，使淀粉糊化-液化，并破坏细胞3，形成均一的醪液，使它能更 好地接受酶的作用并转化成为可发酵性糖。所以，淀粉质原料粉碎以后要加水拌成浆液并进行加热处理。多年来都是采用高压，高温的水-热处理方法，即高压蒸煮的方法；近年来低温常压的水-热处理方法，即低温蒸煮或8085 C液化法得到了广泛的推广和应用。本次试验要求为高压蒸煮，即416k，5个大气压（表压）蒸煮。（3）糊化或液化淀粉只有在催化剂的作用下才能转成葡萄糖，这种催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类生物催化剂。目前国内外酒精生产上用的是淀粉酶系统。淀粉酶系统主要是糊化酶（一般是细菌-淀粉粉酶,因其更耐高温）和糖化酶，-淀粉粉酶水解淀粉的产物主要是糊精，糖化酶则主要把糊精转化为可发酵的葡萄糖。4.2总工艺流程说明从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理（原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的。下面分别对上述诸工段作详细的介绍。4.2.1原料预处理（1）原料的的除杂淀粉原料中最常见的杂质有泥沙、石块和金属杂质三大类。常用的除杂方法有筛选、风送除杂和电磁除铁三种。（2）原料的粉碎在酒精生产过程中，淀粉原料都应进行粉碎处理18。投产前先把块状或粒装的原料磨碎成粉末状态。原料经粉碎后，受热面积可增加，利于淀粉原料的吸水膨化糊化，从而提高热处理效率。原料粉碎的方法：原料粉碎方法有干法和湿法粉碎两种。干法粉碎：干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺。原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎（原料颗粒应通过610mm的筛孔）。常用的设备是轴向滚筒式粗碎机和锤式粉碎机。粗碎后的物料在送去进行细粉碎（原料颗粒应通过。1.21.5mm的筛孔）。湿式粉碎：粉碎时将搅拌用水与原料一起加到粉碎机种进行粉碎。4.2.2原料的蒸煮玉米等淀粉质原料，吸水后在高温高压条件下进行蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂，由于吸水膨胀而破坏，使淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可发酵性糖。其次，由于原料表面附着大量的微生物，如果不将这些微生物杀死12，会引起发酵过程的严重污染，使生产失败。通过高温高压蒸煮后，对原料进行了灭菌作用。在蒸煮过程中植物组织和细胞的变化过程如下：(1)预煮 在加温水投料浸泡和预煮时，原料吸水膨化，此时不仅淀粉膨化，纤维素也膨化，细胞间的物质（主要是果胶质）和细胞内的物质部分溶解，是，使植物组织的坚固性减弱。为下一步蒸煮创造良好的条件。(2)蒸煮 在原料蒸煮过程中，当温度升高至120135时，最初2025min内，果胶质的溶解便可完成，淀粉和多聚戊糖的溶解也开始剧烈地进行。果胶质的溶解对细胞壁的破裂有重要意义。此后，当温度升高至145150时，由于细胞壁的强度大为削弱，淀粉便从细胞内释出，直至蒸煮完毕为止。(3)后熟 在原料的蒸煮阶段，虽然原料不断软化，植物组织和细胞也有部分裂解，但大部分仍未失去原有的形态，只有经过一定时间的后熟，在吹醪时即醪液在蒸煮罐内吹出时，由于醪液通过蒸煮锅喷出口的狭缝，压力发生变化，产生蒸汽的绝热膨胀，使细胞破裂，植物组织才能完全碎解。为了尽可能使原料细胞完全破裂而成为均一的醪液，在吹醪时醪液放出的速度应当快些。但是如果吹醪速度太快，则醪液容易从糖化锅或后熟器中喷出。4.2.3糖化淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮液14，或者无蒸煮工艺的醪液中，淀粉变成了糊精，糊精不能直接被酵母菌利用发酵生成酒精。糊化醪（进行液化过程后得到的溶液，也叫液化醪）在发酵前必须加入一定数量的糖化剂（麸曲、液体曲、糖化酶），使淀粉、糊精水解生成为酵母能发酵的糖类，同时糊化醪在进行糖化是应该先经过冷却器冷却降温，使糊化醪降温到接近60，才能进入糖化罐。再加入糖化酶与糊化醪混合就能进行糖化过程了。淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化。糖化后的醪液称为糖化醪。（1）糖化的目的糖化的目的是将淀粉水解成可发酵性糖。在糖化工序内不可能将全部淀粉都转化为糖，相当一部分淀粉和糊精要在发酵过程中进一步酶水解，并生成可发酵性糖。后面这个过程早在酒精生成上称为“后糖化”，而前面的糖化工序则称为“前糖化”或简称“糖化”。（2）淀粉水解的基本原理淀粉质原料的糖化过程，就是把淀粉转变成葡萄糖。在进行糖化的过程中，往往需要酸或酶作为糖化剂，因此工业上常采用的方法有酸法糖化和酶法糖化。酸解法 酸解法又称酸糖化法，它是以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。酶解法 酶解法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖。酶解法制葡萄糖可分为两步：第一步是-淀粉酶将淀粉液转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为“液化”。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程。在生产上称为“糖化”。淀粉的“液化”和“糖化”都是在微生物酶的作用下进行的，故也称为双酶水解法。酸酶结合法 酸酶结合水解法是集酸法及酶法制糖的优点而形成的生产工艺。根据原料淀粉性质又可分为酸酶水解法和酶酸水解法。4.2.4酒母（1）酒精生产对酵母的要求应具有较高的发酵能力，即能快速并完全地将糖分转化为酒精。繁殖速度快，即具有高的比生长速度。具有高的耐酒精能力，即对本身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发酵。抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物的稳定性高，耐有机酸能力强。对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。（2）接种接种与成熟久母细胞数的关系对于同一种酒母糖化醪，接种量过大，则新增酵母细胞数相应减少；接种量太小，因酵母世代数增加，新鲜强壮的酵母量也会相应的减少。接种量与培养时间的关系接种量变大，培养时间就缩短，工厂中如采用分割法培养小酒母或大酒母成熟时间以成倍缩短。接种时间在繁殖旺盛期，醪液中酵母的增殖能力特别强，其生命活动也处于最旺盛的阶段，细胞总数也达到或接近最高峰，这时接种最有利于酵母的继续扩大培养，它能迅速地造成酵母优势，抑制杂菌的生长。酒母培养温度由于酒母培养期间会产生热量而使醪液温度升高，操作时要及时注意开冷却水冷却，以保证酵母菌健壮成长。通风培养久母在实际培养酒母时，往往用不停期的搅拌来适当地补充一点溶解氧，就能基本满足酵母生长的需要。如果工厂具备无菌空气，则也可以通23次风，每次12min，风量为每立方米酒母醪每小时通入2立方米无菌空气即可。防止杂菌污染除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中要加强无菌管理和环境卫生工作，特别要注意酒母罐的情况和管道阀门的清洗和灭菌，要注意消除死角。酒母车间应与其他车间隔开，避免污染。4.2.5发酵淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等作用18，大部分淀粉转化成可发酵性糖。可发酵性糖在酵母菌的作用下，转变为酒精和二氧化碳，获得酒精产品。酒精发酵过程以外观现象可以将其分为如下3个发酵不同阶段：（1）前期发酵 在酒母与糖化醪加入发酵罐后，酵母细胞利用醪液中溶解的少量的氧和营养物质，迅速的进行繁殖，并达到一定的数量。同时，醪液中的糊精继续被糖化酶作用生成糖分。醪液温度控制，接种时为2628，前发酵期温度不超过30。前发酵时间的长短取决于酵母的接种量及种酵母的菌龄，一般为68h。（2）主发酵期 醪液中酵母细胞数达每毫升1亿个以上，酵母菌因氧气已消耗基本上停止繁殖，主要进行酒精发酵作用。此阶段，醪液中糖分迅速下降，酒精逐渐增多，并产生大量二氧化碳。发酵温度应控制在3034。时间为1014h。（3）后发酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，其中残存的糊精会继续被淀粉酶水解为糖，此水解作用的速度缓慢，发酵作用也十分缓慢。此时醪液温度应控制在3032。后发酵一般约需6072h左右。4.2.6蒸馏发酵成熟醪的化学组成随原料种类、加工方法、菌种性能以及操作条件不同而变化。化学组成一般为：含水82%90%，酒精7%11%,还含有醇、醛、酸、酯等挥发性物质，浸出物、无机盐、酵母泥和其他不挥发性物质以及夹杂物。要得到高浓度和高纯度的酒精，就需要用蒸馏和精馏的方法，把酒精从成熟醪中分离出来。（1）蒸馏的基本原理蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同而分离组成的方法4。在酒精生产中，通常把酒精和其他挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来的过程，称为蒸馏，也称为粗馏。蒸馏所得到的是含挥发性杂质较多的粗酒精，所用的设备称作醪塔，也称粗馏塔。从塔底排出的废液称为酒糟，其主要成分是水和少量不挥发性物质。除去混在粗酒精中的挥发性杂质和一部分水，进一步提高酒精浓度和纯度的操作过程，称为精馏。精馏有的结果可以得到各种符合产品质量要求的酒精（医药酒精或精馏酒精），所用的设备称为精馏设备。精馏设备除了精馏塔以外，还要视其产品质量要求，安装排醛塔（也称分馏塔）或甲醇塔等。（2）蒸馏工艺醪液蒸馏和酒精精馏的主要设备是蒸馏塔，它把酒精从醪液中蒸馏分离出来，把酒精蒸馏到高浓度；同时分离出部分杂质。酒精发酵的成熟醪除含有固形物外，主要成分是酒精和水，并伴随许多微量物质如醛、醇、酮、酯等，这些微量物质在酒精蒸馏系统中统称杂质。酒精和低沸点物质容易挥发，高沸点物质经水蒸气蒸馏也气化上升，因此酒精与杂质混杂起来。但是酒精和杂质的挥发系数不同，比酒精更易挥发的杂质称为头级杂质，这些杂质的沸点多数比酒精低，也称低沸点杂质，如乙醛、乙酸乙酯等；尾级杂质的挥发性比乙醇低，沸点多数比乙醇高，也称为高沸点杂质，因呈油状漂浮在蒸馏酒的酒尾液面上，故称杂醇油。杂质因挥发性不同而在塔里分布和聚集的区域不同，运用杂质分布的规律可在蒸馏操作中分离部分杂质。各种杂质不是高度集中于塔德某一区域，而且杂质的聚集还受操作的影响，不可能一次性除净，也不可能在一个塔里把各种杂质同时除净。根据产品质量的不同要求和杂质的特性，组成不同的流程，蒸馏得到不同质量的成品。常见的流程有单塔式、双塔式、三塔式和多塔式。4.3双酶法液糖化4.3.1 主要原辅料及工艺参数（1）主要原辅料原料： （市售）玉米粉。玉米粉是由脱皮、脱胚的优质玉米精制而成5。无有害、有毒物质，无沙子或其它不纯物，质量一致且符合食品级，无任何添加剂和抗氧剂。 外观：色泽、气味、口味均正常、无霉变、无杂物，白色至黄色自由流动的颗粒，没有其它杂质。 气味及味道：具有特有的玉米香味，没有酸味、霉变的味道及其它异味。液化酶：耐高温-淀粉酶，20000U/mL，张家港市金源生物化工有限公司生产。糖化酶：-淀粉酶，80000U/mL，张家港市金源生物化工有限公司生产。酵母菌：安琪牌高温酒精活性干酵母。碱液：NaOH溶液，用于中和醪液。（2）工艺参数拌料温度：6065 加水比：1:3.5蒸煮温度：120125 蒸煮时间：6070min液化温度：8595 液化时间：100120min初液化时间：30 min 末液化时间：5060 min糖化温度：6065 糖化时间：1.5h糖化醪pH值：4.04.5 糖化率：45%55%糖化醪浓度 2425Bx(清液回配)4.3.2 双酶法玉米酒精生产工艺流程 玉米粉调浆喷射器蒸煮柱后熟 液化酶 1#液化罐碱(NaOH) 液化醪冷却降温 2#液化罐碱(NaOH) 真空冷却器 糖化锅糖化酶 二次蒸汽 板式换热器 冷凝器 糖化醪发酵罐图42 玉米原料酒精生产的液糖化工艺流程4.3.3 双酶法玉米酒精生产工艺流程说明液化过程：指催化剂将淀粉液转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这一过程叫液化。这里的催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类