酒精工厂设计.doc

精品文档 综述 摘要：简要介绍了酒精的主要性质，用途，世界酒精的生产概况和我国究竟行业的基本情况。关键词：生化性质 酒精的用途 世界酒精生产 现状 标准 酒精学名乙醇，是由碳，氢，氧三种元素组成的有机化合物，机构式是C2H5OH，相对分子质量为46。酒精既是食品，化工，医药，染料等工业十分重要的基础材料，又是可再生的清洁能源。究竟生产工业化始于19世纪末，至今已有百余年历史。酒精工业化生产的方法有两种，即化学合成法和生物发酵法。化学合成法是以乙烯为原料加水合成酒精，其杂质含量较多，应用受到限制。生物发酵法是以淀粉或糖蜜原料等通过生物发酵产生酒精，其杂质含量教低，广泛应用于饮料，食品，香精，调味品和医药等工业。酒精工业在国民经济中占有较重要的地位，随着国民经济的发展，实际石油储量的锐减，环境保护工作的加强和汽车用油醇需求量的增加，酒精的用途更为广泛，酒精的需求量将与日俱增，酒精工业的前途将日趋灿烂。1.1酒精的主要性质酒精的化学名称是乙醇，相对分子质量46.07。分析纯级的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。相对密度为0.7893，沸点为78.3，凝固点117.3，闪点14，自燃点390430，乙醇蒸气与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3.319（体积）。酒精能使细胞蛋白质凝固，尤以75%（体积分数）的酒精作用最为强烈，浓度过高，细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜，阻止酒精向内部渗透，作用效果反而降低，浓度过低则不能使蛋白质凝固。因此，常选用75%的酒精作消毒杀菌剂。酒精易被人体肠胃吸收，吸收后迅速分解放出热量。少量酒精对大脑有兴奋作用，数量较大则有麻醉作用，大量酒精对肝脏和神经系统有毒害作用。1.2酒精的主要用途酒精的用途按需求量多少可分为三方面：用量最大的燃料酒精；调制酒精饮料用的食用酒精；化工医用酒精。燃料酒精 酒精是一种新能源，其优势在于发酵酒精属于可再生能源。因为目前世界上发酵法生产酒精的主要原料有：谷物作物中的玉米，大麦，燕麦，水稻等；薯类作物中的甘薯，木薯，马铃薯等；燃料作物中的甘蔗，甜菜，甜高梁等。随着粮食作物产量的提高，对以玉米为代表的新能源植物的利用已经进入良性状态，即用做饲料的玉米，先发酵制备酒精，作为燃料；其副产品再加工成高蛋白饲料，作为喂养畜生的优质饲料，经济效益和社会效益明显提高。 我国现在是石油净进口国，解决好燃料酒精问题是重要国策之一。目前国家已有吉林燃料乙醇有限公司，河南天冠企业集团公司，黑龙江华润酒精有限公司进行试点优先扶持发展，这对全国酒精行业的发展无疑是一个极大的推动。据统计，我国每年大约需要燃料酒精400万吨，食用酒精200万吨，化工医药酒精100万吨，而实际我国酒精生产的总装备能力只有上述需求量的45。可见，发展可再生能源燃料酒精的潜力相当大。再过510年，如果就总产量达到1200万吨以上，则可代替大约20的汽油，届时我国的绿色能源，绿色环保，酒精产业能说有一个真正的开始，这对解决我国能源安全，顺畅更新陈化粮和建设优质饲料工程将起到重要作用。 乙醇不仅是一种优良燃料，它还作为一种优良的燃料品质改善剂被广泛使用，其优良特性表现为：乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保的目的；乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值都在120以上，可有效提高汽油的抗暴指数，乙醇还可以经济有效的降低芳烃，烯烃含量，即降低炼油厂的改造费用，达到新汽油标准；乙醇是源于太阳能的一种生物质转化能源，是可再生资源。 巴西，美国等国推行燃料乙醇的经验证明，燃料乙醇能给国家带来巨大的综合效益，如推动农业发展，维持粮价相对稳定，减少对一次能源的依赖，完善能源安全体系，节约外汇，增加就业，增加财政收入，改善燃油品质及大气环境质量等。继巴西，美国推广燃料乙醇成功之后，农业资源丰富的国家如英国，德国，奥地利，泰国，南非等，其政府均已制定规划，积极发展燃料乙醇工业。调制蒸馏酒 我国著名白酒专家周恒刚先生在半个多世纪的白酒科研与实践中，对我国白酒，世界流行很广的著名蒸馏酒及酒精生产均有深刻的见解。他在（酒精和新型白酒）指出：以优质酒精为基础，以固体发酵白酒及其调香酒进行调配；或以酒精串香，使固体酒中的香味成分在加热蒸馏过程中充分混合溶解，或有效的提取酒糟中残留的香味成分的方法生产新型白酒。由于过去白酒的质量差，含杂醇油及其他杂质多，勾兑时影响白酒质量，甚至饮后上头。在新型白酒生产的初期阶段，由于经验不足，确也存在一些问题。从20世纪70年代开始，新型白酒迅速发展，同时也促进了酒精工业的发展。例如，1978年全国发酵酒精年生产量40.6万吨，1995年增加到227.5万吨，这与新型酒精的发展是分不开的。据统计，现在销售的酒精总量有5060左右用于新型白酒，说明酒精厂与白酒厂已成为相濡以沫的关系了.中国的白酒进步的进程比外国蒸馏酒慢，比如说从1949年至今50多年中 只有两大变化：一是白酒的酒精浓度多数已降至40，这与世界上多数蒸馏酒酒精浓度已相近；二是现在中国白酒市场中源于优质食用酒精的产品已成主流，并且白酒的广告也开始已醇净，清爽为特色。医药化工等方面的用途酒精在化工方面的用途很广，高浓度的酒精吸水性很强，是供细胞生物学试验和研究使用的优良的固定剂和脱水剂；70的酒精是对微生物菌体蛋白作用最强的凝固变性剂，是常用的理想的消毒，防腐，灭菌剂；与碘制成碘酊，是外伤，手术常用的抑制有害微生物繁殖的消毒剂。酒精是生化制药中提纯酶制剂，DNA，RNA的有效沉淀物。酒精在化学工业上是生产乙醛，乙酸，乙醚，聚乙烯，乙二醇，合成橡胶，氯仿，染料，油漆，树脂及农药等的重要原料之一。酒精是大规模发酵生产优质食用乙酸的最好原料。1.3世界酒精生产概况目前全球酒精年产量约2525万吨（3.2X1010L），其中美国和巴西的酒精产量占全球总产量的66。据估计到2005年全球总产量将增至3394万吨（4.3X1010L），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。 1.4我国酒精行业的基本状况中国的酒精工业始于1900年黑龙江省哈尔滨市，虽经1900-1949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1万吨。1949-2000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，产品销售等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（最大的华润酒精有限公司年产24万吨），3万吨级的企业20家，万吨级的企业70家。中国酒精产业虽然有专业厂200家，设有酒精车间的企业700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。中国政府在2000年决定将燃料酒精的开发生产，使用列入第十个五年规划。目前中国的酒精主要用于调制蒸馏酒，医药化工，化学试剂等，而用做燃料酒精尚处于试验阶段。在政府的规划下，几个大型的燃料酒精企业正在建设之中，如吉林燃料乙醇有限责任公司（年产60万吨）这一特大型酒精企业于2001年9月启动，2002年5月全面开工。其中年产30万吨生产线于2003年8月开始投料试车，产品已于2003年10月投放市场。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。中国酒精工业面对加入WTO后需要解决的具体问题还很多，如产业结构和产品结构的调整，酒精新工业思想和设备大型化科技化的更新换代，酒精副产品的综合利用和三废治理，清洁生产的落实，酒精行业营销与市场经济的融合等。中国酒精工业的质量和价格体系与国际接轨，将涉及中国大型酒精企业和相关院校，科研院所研发水平的提高与进步，直接目标就是食用酒精及燃料酒精成本的进一步降低，产品质量的进一步提高。全球的发酵酒精产业，在生产规模和整体加工工艺方面已经出现一场由生物工程技术指导下的跨越性进步，如每吨原料的酒精产量的逐步提高，每吨酒精能耗的大幅度降低；过去认为的能量副平衡发情况，现在生产燃料酒精的能耗已为正平衡1：3。这是由于发酵罐容积变大以及连续发酵的实现，发酵成熟醪酒精浓度的大幅度提高等多项设备，工艺，发酵分析进步的结果。1.5酒精国家标准 中国究竟的快速发展是从20世纪90年代开始的近十多年。2002年9月1日开始实施的食用酒精国家标准标志着中国酒精生产的质量水平已基本接近国际发达国家酒精标准。 项目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，微甜较纯正食用酒精感官要求项目特级优级普通级色度/号10乙醇（体积分数）/%96.095.595.0硫酸试验/号51060氧化时间/min403020醛（以乙醛计）/ mgL-11330甲醇/mgL-1250150正丙醇/ mgL-1235100异丁醇+异戊醇/ mgL-11230酸（以乙酸计）/ mgL-171020酯（以乙酸乙酯计）/ mgL-1101825不挥发物/ mgL-1102025重金属（以Pb计）/ mgL-11氰化物（HCN计）/ mgL-15（木薯原料）食用酒精理化指标发酵法生产酒精的能力将成为一个国家经济势力的标志。现在可以说石油和由于乙醇发酵的谷物等原料都源于太阳能的储备。发酵法生产乙醇比石油更有优势的地方是发酵法效率高，其原料年年种，年年收，不用像开采石油那样投资巨大。根据当今农业，酒精生产能力，改造汽油发动机和柴油发动机的能力，相信不久的将俩，一个良性的能源资源将更多地出现在世人面前。第一章 厂址选择及总平面设计1.1 厂址选择由于我国南方盛产甘蔗，用甘蔗制糖的工厂较多，我们将厂址选在长江以南，与较多甘蔗制糖工厂不超过40公里，邻靠河流的城郊建厂，这样不仅容易获取甘蔗糖蜜原料和生产用水进行生产，还方便产品的向外运输。预计征用3千平方米左右的土地作为年产9千吨食用酒精的工厂建设用地。在我国由于历史原因和人们的习惯，现在绝大部分的食用酒生产都以高粱，玉米等粮食为主要原料，但以甘蔗糖蜜为原料生产的酒有很多优点，产出的酒以无色至金黄色色泽为主，口味清淡，香味浓郁，富含挥发酯。用甘蔗汁酿酒，早在公元前两千年印度古经中就有记载。因此，甘蔗糖蜜酿酒将会有更大的市场前景。1.2 总平面设计（1） 根据生产规模进行厂房的合理布置；（2） 主要厂房，从原料经中间产品到成品各车间，按生产流程排列；（3） 公用设施和仓库尽量靠近有关生产车间，以缩短物料往返运送距离，避免运输线上发生阻碍；（4） 酒精成品贮存库，应分开设于厂区外围，与相邻车间保持一定距离安全防火。（5） 原料与成品库应靠近运输线布置便于车辆进出方便。（6） 产生有害气体的车间，应设于主导方向下方。（7） 为了节约用地和能源，又便于操作和集中管理，能源的装置组合在一个厂房内。第二章 酒精生产工艺流程我们选用糖蜜为原料进行究竟发酵生产，糖蜜原料中含有较多的可发酵性糖，可用以发酵生产酒精。我国糖蜜酒精的产量约为酒精总产量的1/5左右。由于糖蜜原料中糖的浓度较高，焦糖，氨基酸等胶体物质较多，灰分含量较高等原因，因此糖蜜原料生产酒精工艺与淀粉质原料酒精生产工艺有所差异。糖蜜原料酒精生产全过程为：稀糖液的制备及处理，酒母的制备，发酵和蒸馏。原糖蜜 加水调酸加营养盐加防腐剂（或加热灭菌）发酵用糖液加酵母菌种发酵蒸馏成品酒精（杂醇油，酒精，头级杂质）食用酒精2.1糖蜜原料及其贮存(1) 糖蜜原料糖蜜是制糖生产的副产品，其中含有较丰富的可发酵糖，是生产酒精的好原料。在我国南方各省糖蜜又称橘水。甘蔗糖蜜出产于我国南方的广东，广西，云南，福建，台湾，四川，江西等和自治区，其产得率为甘蔗的2.5-3.0。甘蔗糖蜜锤度80-86Bx ,全糖分48%-55%,蔗糖25-35，转化糖18-20，纯度60左右，非发酵性糖5左右，胶体10左右，酸度10左右，含氮量仅0.5，含磷量相对较高为0.2左右。(2) 糖蜜的质量标准我国没有制定统一的糖蜜质量标准，一般对糖蜜质量有如下要求：外观 糖蜜为棕黄色或黄褐色的均匀浓稠液体。气味 糖蜜应无异臭味，无发酵现象。杂质 糖蜜中不含沙土、浮渣等机械杂质(3) 糖蜜的贮存 为了防止糖蜜的污染保持糖蜜的纯净，保证酒精生产的正常进行，无论的制糖的酒精车间，还是外购糖蜜生产酒精的工厂都要有一定容量的糖蜜贮存。糖蜜贮存的要求A. 为防止尘沙，污水，杂菌的污染，保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器 。B. 为保证生产正常进行，常备有20-30d生产用糖蜜的贮存量。C. 贮存罐的位置应兼顾运输和生产两方面，以有利于使用方便。D. 贮存罐放料口径宜啊，并设有糖蜜降温装置。E. 稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜过久贮存，以免造成糖分的过多损失。糖蜜的贮存设备糖蜜贮存设备主要的贮罐。贮罐因制造材质不同分为：水泥贮罐和钢板贮罐。由于水泥贮罐建造和维修费用等方面存在很多缺点，因此现在很少使用。钢板结构的贮罐通常是由柱形罐身和锥形顶盖构成。糖蜜贮罐应设上，下人孔，上设排气口，下设放糖口，罐体外侧设有液位指示标尺和人梯。2.2稀糖液的制备及处理糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为： 糖蜜 稀释 酸化 添加营养盐 灭菌 澄清 稀糖掖（1） 糖掖稀释的目的及方法 目的是为了降低糖液中糖的浓度和无机盐的浓度，使其适合于酵母的生长，繁殖和发酵。糖蜜酒精生产工艺可以分为单浓度流程和双浓度流程两钟。本工艺采用的是单浓度流程，也就是酒母培养和发酵采用同一浓度稀糖液的酒精生产流程。糖液浓度一般控制在22-25oBx。稀释方法分为间歇稀释法和连续稀释法两种。本工艺采用的是间歇稀释法，也就是将糖蜜泵入高位计量槽，计量后进入稀释罐，同时假如灭菌剂及稀释水等，开动搅拌，充分搅匀即得需要的浓度的稀释液。（2）添加营养盐为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵，根据糖蜜原料的化学组分，必须在糖液中添加酵母所必需的营养。工厂实践和甘蔗糖蜜的组分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为没吨糖蜜使用21%的硫酸铵1-1.2kg，即糖蜜用量的0.1%-0.12%。（3）糖液的灭菌糖蜜中常污染有大量杂菌，主要是野生酵母，白念球菌及乳酸菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵，除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖外，还必须对糖蜜进行灭菌。糖蜜常用的灭菌方法有：化学灭菌法和物理灭菌法。 化学灭菌法化学灭菌法是采用化学防腐剂来杀灭杂菌的方法。常用的糖蜜杀菌防腐剂及其用量见下表名称用量备注漂白粉每吨糖蜜用200500g有效氧30甲醛每吨糖蜜用600ml浓度40氟化钠为稀糖液的0.01毒性很大五滤苯酚钠为糖蜜量的0.0020.004残留多，于环境有害灭菌灵为糖蜜量的0.002于环境无害无毒 物理灭菌法物理灭菌法是将糖液加热至8090，保持40min的灭菌方法。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液得到澄清。该方法要消耗大量的蒸汽，工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时，才采用此法予以灭菌。（4）酸化糖蜜酸化的主要目的在于防止杂菌在发酵时的繁殖，同时得到适合于酵母发酵的pH糖液，此外，酸化还有利于去除糖液中的部分灰分和胶体物质。 酸化用酸的种类糖蜜酸化最常用的是硫酸，也有使用盐酸的，使用盐酸有使设备无结垢等优点，但其用量较大。 酸的加用 酸的加用可以在稀糖液中加用，也可以在原糖液中加用。在使用甜菜糖蜜生产酒精时要注意加酸时产生的棕黄色NO2 予以吸收，并保持操作场所空气的流动。（5）稀糖液的澄清 稀糖液中含有很多胶体物质，色素，灰分和其他悬浮物质，他们的春存在对酵母的正常生长，繁殖和发酵有害，应尽量予以去除。稀糖液的澄清处理就是为了解决这个问题。糖蜜的澄清方法分为机械澄清法和加酸澄清法。机械澄清法即压滤法和离心法，是将糖蜜稀释后加H2SO4,调pH值至3.7酸化12h，采用离心分离机或压滤机将沉淀分离，此法国内应用较多。糖蜜澄清处理中应该注意以下问题：a，糖蜜浓度低，粘度低，有利于不容性无机盐的生成析出，有利于与清夜分离，但无机盐在糖液或水中溶解度是有一定限度的，碱土金属盐类的溶解度与糖液浓度成正比，糖液越稀，其溶解度越大，蒸汽耗用越多。B，糖液澄清处理后，可高浓度发酵，发酵率和产品质量较不澄清的高，发酵速度比未澄清的糖液及澄清后的残渣都低。C，胶体除去后，削弱了酵母对高浓度酒精的抵抗。正因为如此，糖蜜澄清处理时的浓度不要过高，不要单纯从量的方面追求最大限度的除去非糖物质，而应从质的方面研究去除糖蜜物质中有碍酒精发酵工艺的成分，保留对酵母生长，繁殖和发酵有益的物质。以此来达到既提高发酵率和产品质量，又保持理想的发酵速度。2.3 糖蜜酒精酵母及其培养(1) 蜜酒精酵母 为糖蜜原料酒精生产，糖蜜酒精酵母应该具有下列性质：1.耐渗透压强，即在含有高浓度灰分和胶体物质的糖液中能正常生长，繁殖和发酵；2.酒化霉活性强，酒精发酵速度快，能力强，残糖低；3.耐酸，耐温能力强，以保证在酸度条件下，在较高温度条件下正常发酵；4.耐酒精能力强，产泡沫少，以提高生产能力和设备利用率；5.具有较强的抗毒能力，如抗重金属能力，以保证发酵顺利进行。(2) 糖蜜酒精酵母的纯种扩大培养糖蜜酒精酵母纯种扩培流程固体斜面 液体试管 三角瓶 卡氏罐 小酒母培养条件和操作A. 固体斜面 培养基，麦芽糖，接种后于2729下培养35天，长好后放入冰箱于4以下保存备用。B. 液体试管 用1012Bx ,麦芽汁培养液，接种后于2729温度下培养2224h，接三角瓶。注意接种量宜小，不能大，并定时摇试管。C. 三角瓶 用1012Bx麦芽汁和1214Bx的稀糖液作培养液，前者2530，后者7570%,接种后于2729下培养2224h，接入卡氏罐。要求14h后每隔23h，摇瓶一次。D. 卡氏罐 全部使用稀糖，接种后在2730温度下培养1416h，接入下酒母。E. 小酒母 使用稀糖液培养液，接种后2730下培养1012h，当糖液的糖度降至5.57Bx，接入大酒母，下酒母培养时要注意通入无菌空气供氧或开搅拌供氧。(3) 酒母的制备酒母的制备方法有：间歇制备法和连续制备法。 间隙制备法 在酒母罐中加入稀糖液，接入1525种子，通风培养,28-29培养68h，当糖度降至原糖度60左右时即成熟。成熟酒母流1525作下罐种子。 连续培养法 稀糖液连续不断的进入酒母罐组，酒母成熟醪连续不断的从酒母罐中流出，进入发酵罐组首罐或酒母增殖罐。一般酒母罐由34只组成罐组来培养酒母，总容量为每天发酵醪量的1215。培养过程中必须连续通气，同期量2为23m3/m3.h。为防止杂菌污染，隔35天应空出其中一只酒母罐进行清洗杀菌后再用。2.4 影响酵母细胞的繁殖速度因素及其处理办法(1) 影响因素 正常的一级培养酒母，一般培养1824小时，就可成熟，酒母醪中的酵母细胞数，则可达到工艺规定的范围。如果超过正常的培养时间，酵母细胞数仍不能达到工艺指标规定的范围，则表明细胞的生长受到了抑制，其它因素对它产生了影响。根据经验，往往引起酵母细胞繁殖过慢的主要因素有培养温度过低、酒母醪中营养物太少或糖度太高、醪中pH值太低、接种量太小或接种时间不当，酒母质量低下等。当采用通风培养酒母时，还可能由于风量太小所致。(2) 处理办法 复查酒母醪中的准确温度后，进行调整，把温度控制在2830或略偏高12。当查明确认是由于醪中缺少营养物质时，可适当补加新鲜的、具有丰富营养的糖化醪，再加入适量的硫磺铵或尿素，以补足其中的碳源、氮源、生长素等营养物。当查明是由于酒母醪中糖度太高所引起时，应调整其糖度，把酒母醪中的糖度控制在1014Bx以内。因为糖度过高，不但不能被酵母菌很好的利用，而且糖还要对其产生抑制，增大对酵母细胞的渗透压，从而影响酵母细胞的繁殖速度。取样分析酒母醪中的pH值，当发现醪中pH值低于3、应用氨水来调节pH值，使pH值保持在3.84.5以内，若pH值低于这个范围要抑制酵母细胞的繁殖，若pH高时则易引起细菌侵入。当采用通风培养酒母时，要保证每小时每m3的酒母醪有1230m3的无菌空气供给。其次，当酒母接种时，若不是处于酵母生长的对数期接种，或不通风培养接种比小于110时，也会影响酒母的成熟时间，这时可再加入生长旺盛的酵母细胞进行培养。2.5杂菌污染的因素及其处理办法(1) 污染因素 酒母醪杂菌污染的主要因素在以下几个方面，原菌种不纯，培养酒母的设备、管道及原料灭菌不彻底，违章操作，酒母培养温度太高，pH不当，培养时间过长等。当采用通风培养酒母时，还可能由于空气净化系统失去作用，带入杂菌而污染。(2) 处理办法 加强工艺管理，避免杂菌污染，严格按照工艺要求办事，加强对设备、管道、酒母培养的配料，空气净化系统的灭菌，使培养酒母的环境基本上能成为无菌状态。控制好适宜的温度、pH值，保证正常的培养时间。对于已经污染，但不太严重的酒母醪，可加入一定量的H2SO4，采用以酸治酸(即降低酒母培养液中的pH值，以达到不抑制生产用菌种的生长，而又能抑制杂菌生长的酸化环境，就是所谓以酸治酸)的办法。H2SO4的添加量，可以通过取样，做小型实验，来控制p量值(常控制在2.84.0之间)，以测得一定体积的添加H2SO4量，或者控制一定的酸度来确定添加量。具体的计算方法和过程，可参照第九章，生产常用的物料计算。以酸治酸的原理是根据酵母菌和杂菌具有不同的起始生长pH值。如酵母菌最低可从pH值2开始，而其它杂菌一般需要 pH值最低为4.0。这样控制一定的pH范围，可使杂菌不能生长，而不影响酵母菌。当加入H2SO4后，可保持作用24小时，然后再加入生长旺盛的酵母菌和新鲜无菌的酒母培养液，进入酒母培养罐中，随后进行偏酸性、偏低温的培养，一般将pH值控制在3.04.0之间，温度在2528以内，待酒母检查变正常后，即可进行常规培养。对于污染严重的，就必须重新制备酒母，可将污染的酒母醪进行彻底地煮沸灭菌后，送入发酵罐，作为发酵醪使用。第三章 糖蜜酒精发酵3.1酒精发酵的定义所谓酒精发酵，就是指发酵酵中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的全过程。酒精的发酵过程中，酵母菌的发酵是属于厌气性发酵，进行着无氧呼吸，发生着复杂的生化反应。从整个发酵工艺来讲，既有发酵醪中的淀粉、糊精继续被糖化酶作用，水解生成糖类物质的反应，同时又有发酵醪中的蛋白质在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各种氨基酸的反应，这些水解产物一部分被酵母细胞吸收合成菌体，另一部分则发酵生成了酒精和二氧化碳，还要产生副产物杂醇油、甘油等。酵母的酒精发酵，可用如下化学方程式表示：蔗糖酶C12H22O11(蔗糖) 水水解酒化酶 解糖化酶(C5H10O5)n C6H12O6 C2H5OH+CO2 +Q3.2发酵的方法本工艺采用的是糖蜜席糖液单浓度连续发酵法，也就是只用一种浓度的糖液进行单流加以实现连续发酵的流程。该流程以稀糖液与成熟酒母同时进入第一发酵罐，酵母繁殖和糖液发酵同时进行，产生含足够数量酵母细胞的发酵醪，并且随着糖液的连续进入，发酵罐满罐后醪液依次进入下一连续发酵直至发酵成熟。1.3发酵的管理为了生产原料的有效利用，及提高产品的质星和数量，加强原料的发酵管理，控制恰当的发酵工艺指标，是生产酒精的关键之一。大生产中，发酵工艺指标的控制主要是控制不同发酵时期发酵醪中的糖度、发酵温度、发酵醪的pH值、发酵醪中含酒分、发酵时间、成熟发酵醪的化学分析等项目，用以保证发酵地顺利进行，尽可能地提高原料的出酒率。大生产中，把整个原料的发酵管理分为三期，即是发酵前期、主发酵期和后发酵期。(1) 发酵前期的管理发酵前期，即酵母菌生长规律中的调整期，成熟的酒母从营养丰富的酒母醪中，一下转入营养成分与酒母醪有所区别的发酵醪中，从量上和质上都发生了较大的改变，酵母菌的生长环境不如酒母醪、营养物质不如酒母醪中丰富，醪中单位体积内酵母细胞也相应减少，为了保证发酵醪中有足够的酵母细胞使发酵醪中至少能有0.81.2亿ml的酵母细胞。所以，在此期间，还必须进行一定的酵母细胞增殖培养，控制好发酵醪中的糖度、pH值、酒精含量、发酵温度，给予酵母细胞一个诱导作用，从而使发酵醪中获得足够的酵母细胞数。发酵前期发酵醪中的温度一般控制在酵母生长、繁殖的最适温度范围内，通常为2831，气候炎热的夏天，其温度可能还要偏高12。但要注意温度不能太高。发酵前期温度偏高，尽管酵母繁殖较快，但易引起酵母菌体细胞过早的衰老，并且容易引起杂菌污染。但温度不可太低，温度太低，酵母生长、繁殖缓慢，使发酵周期延长，设备利用率降低，同时。还易引起青霉菌等偏低温生长的杂菌侵入。发酵前期。一般以2833为宜。发酵前期的糖度控制，一般说来、如果淀粉质原料采用145的加水比，其糖化后的糖化醪进入发酵罐时的糖度一般为1216Bx。当采用稀释后的糖蜜，一般进入发酵罐时的糖度为2223Bx或1415Bx两种(分单流进罐或双流加稀糖进罐两种)。发酵醪中的糖度，在发酵前期不宜太高，过高的糖度，不但不能被酵母细胞正常的利用，相反还会抑制酵母地生长和繁殖，产生高渗压抑制性。前发酵期，发酵醪中的糖度一般控制在712Bx为宜。发酵前期，发酵醪中的pH值也应控制在适宜的范围内。偏高易使杂菌浸入而污染，偏低虽能抑制杂菌生长，但影响酵母的生长，在发酵的前期，发酵醪中pH值保持在4.00.2比较适宜。确定pH值冬天可比夏天略高。这样有利于酵母的生长和抑制杂菌的污染。发酵前期，还要控制发酵醪中的含酒分，一股使酒精含量不超过6(容量)，若前期发酵醪中酒精含量过高，会抑制酵母的生长和繁殖，产生反馈抑制。发酵前期的时间约为410小时，在此期间，管理一定要严格，因醪中酵母细胞并不多。生长也不十分旺盛，易使杂菌侵入，引起发酵醪中大量地杂菌污染，甚至造成整个生产停止，使原料被浪费。所以，发酵前期的管理是很重要的。(2)主发酵期的管理主发酵期，也就是酵母生长、繁殖的最旺盛时期和细胞增殖的平衡期。这个时期，发酵醪中已有较多的酵母菌，足够满足发酵的需要，醪中的溶解氧也几乎耗尽，酵母细胞开始进行无氧呼吸，进行大量物质代谢，产生酒精和CO2。同时酵母在进行物质代谢时，要放出自由能，其中一部分能量以热能的形式进入发酵醪中，放出的热能会使醪液升温。在不冷却的情况下，可使整个罐内温度上升410。在此时期，应特别注意控制发酵醪温度升高和排除CO2气体。在整个发酵过程中，约每产1kg无水酒精，要排除0.860.91kgCO2，这样多的CO2如果不及时排除；也会影响酵母的发酵。主发酵期的发酵温度。最高不得超过35，因为发酵温度的高低与酵母的后发酵力有密切的关系，这时如果温度过高，酵母过早衰老，酒化酶失活率高，加上发酵醪中又存在大量酒精，使酵母的发酵力受到叠加抑制。根据现阶段用于生产酒精的酵母菌耐温程度，当温度达到40时，发酵就难以进行甚至停止。所以，这阶段的温度(发酵温度)以偏低为好，酵母细胞中的酒化酶活力不易被损失，发酵结束后，成熟醪中残余糖分较少，出酒率也较高。一股说来，主发酵期的发酵温度在3135之间为好。其次，主发酵期发酵醪的糖度、pH等都应控制在适当的范围内，酵母菌的主发酵时间约为812小时左右，但是对于那些营养丰富、淀粉含量较高的原料，主发酵时间还应适当延长一些。让原料中的有效成分80以上，在这一阶段转化为酒精和二氧化碳。(3) 后发酵期的管理当酵母菌在前阶段1520小时的发酵后，由于发酵醪中营养物质的消耗，代谢产物-酒精的积累，使酵母菌体细胞的代谢能力大大减弱，发酵能力大为下降，发酵速度也变缓慢，酵母活力下降，死酵母数逐渐增加，最后大多数酵母死亡(或底物耗完)发酵结束。这段时间需要2640小时左右，糖蜜原料要2428小时，淀粉质原料则需3648小时左右。到了后发酵期，发酵醪中的温度有所下降，冬天下降更快，有时可在几小时内下降24。夏天后发酵温度下降不大。后发酵温度也应适当控制。冬天防止温度太低，影响糖化酶的后糖化作用，使成熟醪中残余总糖浓度过高，造成原料出酒率不高。发酵后期，发酵醪中的温度一般以保持在3032为宜。(4) 发酵成熟醪的化验分析成熟醪的化验分析，主要表明发酵成绩如何？说明是否正常，衡量发酵工艺管理是否恰当等。它主要测定发酵成熟醪的含酒分，用来确定发酵效率和原料的利用率，测定发酵醪的增酸，用来衡量发酵中是否被杂菌污染，以及污染程度，测定发酵中的残余总糖和残余还原糖的多少，用来证明酵母菌的发酵性能等。现介绍成熟醪的化验分析情况如表6l。表6-1 成熟醪化验分析通知单 年 月 日 时罐 号类 别淀粉原料含酒分7.13%外观糖度Bx0总酸度4.2残余还原糖0.033%挥发酸0.25残余总糖0.39%发酵率91%分析人：上述发酵前期、主发酵期、后发酵期，是为了讲清发酵的管理过程，而把它们相对地划分开来的，生产中这三个阶段是连贯的，不能截然分开。整个发酵成绩的好坏，除了受糖化剂、酵母菌的性能影响外，同时还与发酵方式、控制条件、设备性能和原料种类有关，所以，发酵工艺的管理还应根据本生产单位的实际情况、因地制宜、制定工艺管理规程。以便得到较高的发酵效率。最后还应该指出，采用连续发酵时，几乎不存在发酵前期，整个发酵过程若无外界因素的影响，一般都是稳定的，糖化醪或酸化后的稀糖蜜，一进入发酵罐就能被酵母发酵，进出醪量基本相等。表6-2 发酵三期管理参考表发酵时期前发酵期主发酵后发酵温度 293133353233糖度 Bx614410任其发展酵母数 亿/ml0.81.00.81.2任其发展作用时间 h4108122640PH4.04.54.05.03.84.5酒精含量%45任其发展任其发展具体的管理如下： 酵母数量的控制一般甘蔗糖蜜酒精发酵的主要发酵罐中，酵母细胞数控制为（0.81.2）亿/ml，出芽率1%，控制酵母数量的主要手段是供给无菌空气量的控制。 糖液浓度的控制发酵醪糖分浓度直接影响环境的渗透压大小，渗透压大小直接影响酵母细胞质，膜对发酵液中营养物质的选择性吸收，因此控制发酵糖液浓度，对发酵影响很大。控制糖液浓度是通过调节糖液稀释比来实现的。 主发酵罐酒精浓度的控制为保证酵母在第一主发酵罐生长繁殖不受抑制，保证旺盛的火力，要严格控制罐内酒精浓度在3%-3.5%（体积分数）。控制方法：控制糖液的流加速度，调整流加糖液浓度控制流加糖液温度。 发酵温度的控制 糖蜜酒精发酵温度一般控制为3235oC.温度太高，酵母易衰老，酒化酶活力减退，产酸菌迅速繁殖；温度过低，发酵迟缓，发酵时间延长，设备利用率和产量降低。控制方法：控制流加温度，控制冷却水水量。 杂菌污染控制杂菌污染造成了糖分的损失，甚至于导致无法进行正常发酵。控制杂菌污染的方法：A.控制好糖液PH值，尤其是酒母糖液PH3.8-4.2；B.供氧同如的空气必须经除菌处理；C.始终保持1#，2#，3#罐处于发酵状态，造成酵母繁殖优势，抑制杂菌繁殖。 发酵时间控制发酵时间短，发酵不彻底，残糖高；发酵时间长，则设备利用率低，且不利于成品质量及糖分出酒率的提高。一般发酵时间为：亚硫酸法糖蜜30-38h,碳酸法糖蜜4045h3.4 糖蜜酒精发酵成熟醪质量指标甘蔗糖蜜连续发酵：残糖：1.5%-2.5% 酒精浓度：8.5%-10.5%（体积分数）酸度：78 外观浓度：1012oBx镜检：杂菌不明显，酵母形态正常3.5 引起发酵不正常的因素有哪些?在发酵过程中，常常发生一些不正常的现象，夏天比冬天更容易发生。常见的异常现象有发酵率太低、发酵迟缓、杂菌污染、发酵醪中温度不稳定、醪液输送困难、发酵时产生泡沫太多等。(1)影响发酵率的因素 菌种性能的影响 使用酵母菌种的好坏，是直接影响发酵效率的因素。这里菌种的性能影响包括曲酶糖化菌，这些菌种的性能与糖化后的糖化醪质量的好坏、发酵后成熟醪中酒精含量有重要关系。即是说，采用不同性能的菌种，有不同的发酵效率。例如，生产中所用的酵母菌，有的可使成熟醪中含酒精8(容量)以上，且残糖少。而有的酵母菌最高只能使成熟醪中达到含酒精7(容量)，而且残糖多。因此，使用优良的菌种可提高发酵效率。原料的粉碎、蒸煮的影响 由于原料的粉碎、蒸煮达不到工艺要求，粉碎粒度过大或过小，蒸煮醪过老或过嫩，这些蒸煮醪送往糖化岗位后，糖化醪的营养质量随之下降，酵母利用困难，当然得不到高的发酵率。糖蜜发酵前酸化的影响 糖蜜发酵前必须经过酸化处理，酸化处理的作用是有利于澄清、除杂，同时抑制杂菌的生长。如果糖蜜原在酸化中，酸化时间不够，加酸量不足或者太多以及加酸时使糖分焦化太多，都会使发酵效率下降。酒母质量的影响 发酵的过程中，必须投入活性强、繁殖速度快的酒母。酒母的质量好，可使发酵醪的酵母健壮、繁殖快，酵母数多，从而可使发酵效率提高；酒母质量低，会致发酵醪的酵母发酵力弱，最后发酵效率就低。当酒母接入发酵醪中时，其酵母细胞数应不低于1.01.2亿ml，出芽率应不低于20。发酵醪中糖度的影响 发酵醪中糖度过高，其渗透压也高，酵母菌体细胞在高渗透压的发酵醪中生长和代谢都会受到抑制，引起酵母细胞变形或损伤，从而使发酵醪中，酵母数少，出芽率低、死亡率高，从而影响发酵效率。若糖度过低，酵母菌缺乏营养，发酵过早结束，含酒分低，其它损耗不变的话，吨酒精成本提高，同时，设备利用率低，影响产量。因此，发酵醪中糖度过高和过低都不能达到好的发酵效率。发酵醪中pH值的影响 发酵醪中的pH值对酵母生长、繁殖、代谢有重要的影响，细胞中的酒化酶因pH值过低而受到抑制，产酒就少。酵母菌体对营养物质的吸收也受到pH值的影响，pH适宜，吸收营养物质就多，消化也会加快，则代谢的酒精就多。酵母菌最适pH值，一股为4.55.0，但生产为了防止杂菌污染，多控制在3.84.5之间。发酵温度的影响 发酵温度对发酵效率也有明显的影响，如发酵前期温度过高、酵母过早地衰亡、使成熟醪中残余糖分多，则发酵效率必然会降低。当发酵温度超过37时，不但使酵母菌发酵力受到影响，而且还易遭到杂菌污染，最后导致发酵效率低。但过低的温度，又会使发酵周期延长，发酵缓慢，影响产量，并降低设备利用率。一般在发酵前期，控制温度不超过32，中期不超过35，后期不低于30较为合适。发酵时间的影响 发酵时间对发酵效率也有较大的影响。时间过短，发酵不完全，发酵醪中残留可发酵性物质多，则不但使发酵效率下降，而且过嫩的发酵醪送往蒸馏时，还影响蒸馏操作。发酵时间过长，成熟醪中的酒分易散失，并且易使醋酸菌侵入，发生酸败。也会降低发酵效率。发酵设备的影响 如果设计的发酵罐、管道、二氧化碳洗涤塔等不能满足工艺的要求，特别是采用上面发酵酵母菌进行发酵时，其发酵罐直径与高之比不适当时，对发酵效率影响甚大。如果设备跑醪、漏醒、不利排除CO2，计量不准、过多地排污等，都会使发酵效率降低。杂菌污柒的影响 由于杂菌的污染，可发酵性物质被杂菌利用，酵母菌生长受到抑制，发酵效率就会受到严重影响。(2)杂菌污染的因素发酵过程中，发酵醪中污染杂菌是由于多种因素引起的。一方面杂菌可能来自糖化醪或原菌种纯培养阶段培养液和酒母，另一方面主要是用于发酵的管道、设备的灭菌不彻底、卫生条件差、发酵中控制的各种条件不适宜酵母菌的生长、繁殖，特别是发酵温度偏高、pH值偏高都易被杂菌所污染。(3)影响发酵迟缓的因素发酵迟缓，也就是说发酵不旺盛和发酵时间延长，引起发酵迟缓的因素一般有酒母醪的体积与发酵罐体积之比太大(即接种量太小)，发酵温度太低，pH值太低，发酵醪中糖度太高，发酵醪中营养成分不全或某一成分含量不足，发酵醪中含有毒物和不发酵性物质太多，原料蒸煮太嫩、夹生或焦化含焦糖太多，糖化酶用量太少，有杂菌污染，发生误操作等，都可引起发酵迟缓。(4)影响醪液输送困难的因素根据发酵工艺的要求，几乎所有的连续发酵罐内醪液的输送，都是采用罐与罐之间的位差(液压差)和CO2的气压来促使发酵醪流动的，正常的情况下发酵，是畅通的。但有些时候，发酵醪流动困难，特别是淀粉质原科的发酵最易发生。使发酵过程中无法保持正确的流加量和稳定出醪。发酵醪输送困难的主要影响因素有发酵不旺盛、发酵醪含干物太多、粘度大、醪中胶体、泥沙等物太多、发酵罐和管道设计不合理等，都可引起发酵醪输送困难。(5)影响发酵醪中温度不稳定的因素发酵醪中温度不稳定，主要是由于进醪量和进醪温度不稳或酵母发酵不正常所引起的。特别是采用连续发酵时，进醪忽多忽少，进的醪温度波动大，冷却水时多时少，这样操作也会导致发酵醪温度时高时低。在发酵的过程中，根据罐内醪的浓度和温度，要控制好进醪量和调好进醪温度，调节好冷却水，使发酵罐内温度稳定。(6)引起发酵泡沫多的因素发酵时产生泡沫的多少，除与所用酵母的发酵性能有关以外，还与原料的种类和原料蒸煮程度有关。当发酵中产生较多泡沫时，可加入适当的土耳其红油和其它植物油除泡。防止泡沫多而影响CO2的排除和设备的填料系数。第四章 糖蜜酒精蒸馏在发酵成熟醪中，不单是含有酒精，还含有其它几十种成分的物质，若加上水，这些物质的含量远远超过酒精的含量，成熟醒中酒精含量仅为711(容量)左右，而包括水、醇类、醛类、酸类、脂类的杂质几乎占90，要得到纯净的酒精，就必须采用一定的方法，把酒精从成熟醪中分离出来。生产中是采用加热蒸馏的办法，把各种不同沸点、比重、挥发性的物质从不同的设备中分离出来，从而得到较高纯度的酒精。以糖蜜为原料生产酒精发酵成熟醪中含醛酯头级杂质较多，特别是通风发酵，发酵成熟醪中含醛类杂质特别多，因此在蒸馏和精馏过程中要特别注意排醛，提取醛酒。糖蜜发酵醪中含灰分，胶体较多，蒸馏和精馏工程中易产生泡沫和积垢，所以要特别注意防止液泛和积垢。本工艺采用半直接式三塔蒸馏。 蒸汽发酵 1号 2号 3号 4号预热器 预热器 粗馏塔 精馏塔 分凝器 分凝器 分凝器 分凝器酒精糟液 精馏废液 成品冷却器 工业酒精杂醇油食用酒精粗馏塔的工作原理为发酵成熟醪通过预热后，进入粗馏塔中的上部，塔底不断均匀地通入加热蒸气，这时由于加热的作用就可将成熟醪中液态酒精转变为酒精气体，同时其它低沸点和挥发性的杂质，都成为气态，和酒精一同进入排醛塔中(也可直接进入精馏塔)，塔底将蒸馏后的废糟排出塔外。粗馏塔运行正常时，塔顶温度不得低于93，但也不能过高，过高的顶温对分离无利，且耗蒸气量大。一般控制在9596。温度过低，醒中的酒精没有完全蒸发出来，逃酒率明显增大。纯酒精的沸点是78.3，但混有水等成分的混合液体的沸点远远不止78.3，所以，粗馏塔底温控制不应低于105，一般在105109之间。成熟醪进入粗馏塔前必须进行预热，减小温差，有利于粗馏塔稳定运行。一般应将醪预热温度控制在6070之间，有些生产单位由于设备性能的影响，一般偏低510。除醛塔的工作原理是成熟醪中的酒精经过粗馏后，由气态从粗馏塔顶进入除醛塔中，通过除醛塔内再适量的加热、冷凝、回流，使粗酒精中所含的醛、酯等低沸点、易挥发的杂质从排醛管中排出，脱醛酒精从醛塔底部进入液相精馏塔，部分酒头从酒头管中进入后发酵罐的醪中或成熟醪中。正常情况下，除醛塔底部温度为8689，塔顶温度控制在79，除醛塔上的1*冷凝器水温不应低于60，最后一个冷凝器的温度不得低于25。精馏塔的工作原理是酒精通过以上两塔蒸馏后，酒精浓度还需要进一步提高，杂质还需进一步排除，精馏塔的蒸馏目的就是通过加热蒸发、冷凝、回流，上除头级杂质，中提杂醇油，下排尾级杂质，获得符合质量标准的成品酒精。精馏塔的塔顶温度一般应控制在79，塔底温度应控制在105107，塔中温度在取酒正常的情况下，在8892之间。精馏塔上的1*冷凝器水温应在6065，2*冷凝器应在3540，最后一个冷凝器温度最好不低于25。表7-2 蒸馏常见故障及排除方法常见故障排除方法预热器堵塞开备用阀，使醪直接进塔中，注意醪量调节。塔中泡沫太多延长发酵时间，减少进醪量，减小气压，或在