酒精生产工艺

前言

一、设计规定：

1、根据设计题目，进行生产实际调研或查阅有关资料，选定合理的流程方案和设

备类型，并进行简要论述。

2.设计说明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案的选

择与论证、工艺流程说明、专题论述等。

二、设计目的：

1.把课本的知识运用到社会实践当中去，才是我们学习专业理论知识的最终目的

2.通过本次专业实习设计可以看出现存的生产,12存在哪些局限性，学会自主杳

找资料进行更加科学有效的改善。

三、设计意义：

酒精工业是在酿酒业的基础上发展起来的，有很悠久的历史。近年来，我国酒精生

产技术和生产水平又有了新的提高，新工艺新设备新菌种不断涌现，酒精产量有了较

人增长，质量稳定提高；在节约代用，减少消耗，减少成本，提高劳动生产率，提高淀粉

出酒率及开展综合运用与消除环境污染等各个方面，都取得了很大成绩。目前，我国大

多数酒精采用生物发酵和化学合成法工艺流程，逐步实现了淀粉质原料和化学原料的

连续化和自动化。

四、设计原理：

生物发酵重要是运用谷物类、薯类植物中的淀粉，其余的部分仍可综合运用，生产

出专用饲料和农业复合肥等产品。在综合运用方面以二氧化碳的回收运用最为普遍，有

的厂运用二氧化碳制造干冰、纯碱和小苏打。在自动控制仪表方面也有进展，有的厂已

采用电脑实现了重要工序集中控制，目前，我国一些酒精厂正在朝着生产过程全面实

行自动化方向发展。

化学合成法重要是运用石油工业，石油化学工业、天然气开发和加工工业产生的乙

烯气为原料，使得乙烯水合法的原料得到充足保证。

五、设计规模:

我国酒精生产以发酵法占绝对优势，并且80%左右的酒精都是用淀粉质原料生产。酒

精的化学名称叫乙醇，为一种无色透明并且具有特殊芳香味和强烈刺激味的极易挥发

的液体，是一种良好的有机溶剂。酒精及其副产品在化学工业、食品工业（如防腐剂）、

国防工业（如无烟火药）、农牧业（如杀虫剂、饲料）和交通运送业（如燃料）、医疗

卫生事业（如消毒剂）和科研（如脱水剂）等方面有广泛的用途。用食用酒精制造各

种配制酒、勾兑白酒，强化葡萄酒以及用以酿制食醋、各种酒精性饮料和作为食品添加

剂。

目录

前言....................................................................

目录..................................................................

第一章绪论...........................................................

1.1酒精的基本概念及物理性质......................................

1.2酒精的分类.....................................................

1.3酒精的生产方法.................................................

1.4酒精的市场前景.................................................

第二章生物发酵法酿造酒精..............................................

2.1生物发酵法的地位...............................................

2.2生产原料.......................................................

2.3辅助物料.......................................................

2.4淀粉性质.......................................................

2.4.1淀粉颗粒的形状...........................................

2.4.2淀粉分子的结构...........................................

2.4.3淀粉的膨胀和溶解.........................................

2.5工艺流程........................................................

2.5.1原料解决.................................................

2.5.2原料水热解决.............................................

2.5.3物料的糖化...............................................

2.5.4酒精的发酵...............................................

2.5.5发醉液的蒸储、冷凝、提纯................................

2.5.6存在问题及安全事故解决.................................

第三章化学合成法制酒精................................................

3.1关于乙烯的介绍.................................................

3.2乙烯间接水合法.................................................

3.3乙烯直接水合法.................................................

3.3.1直接水合法工艺流程图设计................................

乙烯直接水合法工艺流程图如下......................................

3.4间接法和直接法两者比较........................................

3.5影响反映的因素.................................................

3.6酒精的储存注意事项............................................

3.7酒精的安全使用注意事项........................................

第四章酒精的用途......................................................

4.1饮料............................................................

4.2香精............................................................

4.3有机化工原料...................................................

4.4做有机溶剂.....................................................

4.5做消毒剂........................................................

4.6做燃料..........................................................

第五章总结与展望......................................................

第一章绪论

1.1酒精的基本概念及物理性质

酒精学攵“乙醉”.其分子式C2H60.”构式CH3-CH2-OH.星酒的重要成分，它的承要物理性质星常温呈液态.无

色透明，易挥发.易愁烧.沸点为78.3C,熔点为-114C,溶于水.不易感染杂菌,刺激性较强，可溶于酸碱和少量:油

类.不溶解r盐类。

1.2酒精的分类

涧精作为一种原料件的产品，其产品质5:必须达成一定的标准.通常，酒精按含杂质多少分为：无水酒精、试剂酒

精、食用酒精,医药酒精,工业酒精。

1.3洒精的生产方法

生物发酵法：以淀粉植物为原料,进行粉碎、糖化、发睛、蒸镭、提纯、从而得到高纯度的酒精。

化学合成法：以石油工业中石油裂解产生.的乙烯作为原料加水合成为酒精。

1.4酒精的市场前景

酒精行业的下游需求重要三个方面，分别是白酒行业、燃料乙静行业和化工医药行业。分别占酒精的35%、

30%和32%。尚有3%的消费重要是出口。2023年的白酒行业的消费比较稳定，略有增长。毕竟中国的酒文化源远

•施长,对于白酒的消费习惯难以改变，因此市场对于使用，因此需求长期稳定,酒精仍然存在刚性需求。燃料乙醉的

北量稳定，燃料乙砰应当是目前酒精下游泥赞中利泅最佳的行业,同时有着国家的支持。

现在全国大中城市饭店、食堂用的餐饮灶、民用取暖锅炉、茶炉、工业炉窑等大多数都以燃烧石油资源为代价，并且

燃料成本价很高。既污染环境又是资源上的巨大浪费。人们迫切希望有一种低价、安全、方便的新型燃料及燃烧器

句世。它是减少石油资源浪费，改善不合理的资源配置，保护环境，保证国民经济可连续发展的战略方针。为此，燃

料乙醉提供了以上所需的方便。

因比，酒精行业在市场上的需求是可观的,

第二章生物发酵法酿造酒精

2.1生物发酵法的地位

由于化学合成法酒精有具有较多杂质等缺陷，其应用受到限制，因此我国酒精生产以

发酵法为主，特别是随着石油储量的锐减，发酵法酒精工业将日趋重要。

我国酒精年产量为300万吨，仅次于巴西、美国，列为世界第3位。其中发酵法酒精占

绝对优势,80%左右的酒精用淀粉质原料生产、约有10%的酒精用废糖蜜生产、以亚硫

酸盐纸浆废液等纤维原料生产的酒精约占2%左右，合成酒精占酒精总产量的3.5%左

右"

2.2生产原料

淀粉质原料是生产酒精的重要原料。用于发酵法生产酒精的原料重要有：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、黍等）；糖质原料（甘蔗、甜菜、糖蜜等）；野生植物（橡子仁，土茯苓、蕨根、石

蒜等）；农产品加工副产品（米糠饼、敷皮、高粱糠、淀粉渣等）；纤维质原料（秸秆、

甘蔗渣等）；亚硫酸造纸废液等。

我国大多数工厂是采用红薯和玉米为原料生产酒精。

玉米化蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分

学成分：

水分

78-103.1-560-651.31.7

红弱化蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分

学成分：

水分

149-150.5-315-301.10.9

2.3辅助物料

辅助物料涉及：酵母培养和糖化剂制备所需营养盐，调PH所用酸类、洗涤剂、消

毒剂、脱水剂等。酒母，就是将酵母菌扩大培养，获得足够数量酵母菌的酵母培养液，以

供酒精发酵之用。

酒精生产用水，按水的用处不同，大体分为以下三种：

（1）酿造用水：或称工艺用水，凡制曲时拌料，微生物培养，制曲原料的浸泡、糊化、

稀释、设备及工具的清洗等因其与原料、半成品、成品的直接接触，故统称为工艺用水。

通常规定具有弱酸性,PH为4.0-5.0o

（2）冷却用水：蒸煮醪和糖化醪的冷却，发酵温度的控制，需大量的冷却用水。因其

不与物料直接接触，故只需温度较低；硬度适中。为节约用水，冷却水应尽也许予以回

收运用。

（3）锅炉用水：通常规定无固型悬浮物，总硬度和碱度应尽也许低,PH在25°时高于

7,含油量及溶解物等越少越好。

2.4淀粉性质

2.4.1淀粉颗粒的形状

淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，颗粒内部呈复杂的结晶组织。不同的淀

粉颗粒具有不同的形状和大小。同一淀粉的颗粒大小也不均匀。淀粉颗粒具有

抵抗外力作用较强的外膜，其化学组成与内层淀粉相同，但由于水分较少，密

度较大，故强度较大，

2.4.2淀粉分子的结构

淀粉分子是由许多葡萄糖基团聚合而成的。根据淀粉分子链结构的不同，淀粉可提

成直链和支链淀粉两类。直链淀粉溶解于70・8()℃的温水中。支链淀粉具有分

支，它不溶解于温水P。

2.4.3淀粉的膨胀和溶解

淀粉在水中加热，即发生膨胀。这时淀粉颗粒仿佛是一个渗透系统，其中支链淀粉起着

半透膜的作用，而渗透压的大小及膨胀限度则随温度的增高而增高。从40C开始，膨胀

的速度就明显加快。当温度升高到一定数值(60-80℃)时，淀粉颗粒的体积膨胀至本

来体积的50-100倍时，淀粉分子之间的联系削弱，引起淀粉颗粒的部分解体，形成了

均一的粘稠液体。这种无限膨化的现象为淀粉的糊化。与此相应的温度叫做糊化温度。

糊化现象发生后，假如温度继续上升，并达成130C左右时，由于支链淀粉也已几乎所

有溶解，网状组织彻底破坏，淀粉溶解变成粘度较低的流动性醪液，这种现象称为淀粉

的溶解。

2.5工艺流程

酒精生产工艺示意图如下:

2.5.1原料解决

淀粉质原料在正式进入设备之前，必须进行预解决，以保证生产的正常进行提高

生产的效益。预解决涉及除杂和粉碎两个工序。

原料除杂：淀粉质原料在收获和干燥的过程中往往会掺杂进泥土，沙石，纤维质杂

物，甚至金属块等杂物。这些杂质假如不在投入生产前予以除去，则将严重影响生产的

正常运转。石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或损伤，泥沙等杂质的存在也会影响

正常的发醉过程。常用的除杂方法有筛选、风送除杂和电滋除铁三种。

原料的粉碎：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，一方面要发明条件，使淀粉有也许从细胞中游离出来。为此,原料要粉碎,

把块状或粒状的原料磨碎成粉末状态。以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。原料经

粉碎后，受热面积可增长，利于淀粉原料的吸水膨化，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酣

系统作用，并为淀粉转化成可发酵性糖发明条件，从而提高热解决效率。

干式粉碎：干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺。

（1）粗碎：原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。粗碎后的物料以

薯干为例应能通过6-10mm的筛孔，然后在送去进行细粉碎。

（2）细碎：通过粗碎的原料进入细碎机，细碎后的原料颗粒一般应通过1.2-1.5mm

的筛孔。也有采用1.8-2.0mm筛孔的（适合玉米粉

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。

2.5.2原料水热解决

（1）目的：含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不易受到淀

粉酶系统的作用。此外，不溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非产的缓慢，水解

限度也不高。所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要通过水-热解决（原料的蒸煮），使

淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。

（2）用淀粉质原料生产酒精的工厂，多数采用连续蒸煮工艺，只有少部分小型酒

精厂和白酒厂，还采用间歇蒸煮工艺

（3）连续蒸煮工艺应满足的规定

①原料的粉碎；

②粉浆的预煮醪的蒸煮；

③蒸煮醪的汽液分离;

④淀粉质原料的连续蒸煮，是一项重大技术革新。根据蒸煮设备的类型，可分为罐

式连续蒸煮、柱式连续蒸煮和管道式连续蒸煮3种方法。

2.5.3物料的糖化

(1)糖化剂的定义：用淀粉质原料生产酒精时，在进行酒精发酵前，一定要事先将

淀粉所有或部分转化成葡萄糖等可■发酵怦糖，这一淀粉转化为糖的过程称为“糖化”，

而促使淀粉转化成糖的生物催化剂称为“糖化剂”。

(2)糖化的目的：淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，或者无蒸煮工艺的醪液，在

发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉前系统的作用下水解成酵母能发酵

的糖类。淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化。糖化后的酸液称为糖化醪。重要目的还

是将淀粉酶解成发酵性糖。

(3)糖化过程的控制

①糖化温度：在蒸煮醪时，不宜采用糖化酶的最适作用温度，由于酶稳定的最适温

度比其他作用的最适温度低。所以在最适作用温度下进行糖化，虽然糖化速度提高了,

但是酶的失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行的淀粉后糖化作用。

②糖化时间：糖化30min就够了，醪中所含的糖已经够酵母最初繁殖和发酵的需

要。并且糖化时间再延长，不仅糖含量增长较慢，并且糖化酶失活量增长，这会导致发

酵过程中边发酵边糖化作用的削弱，综合效果反而恶化。止;外，糖化时间过长会减少糖

化设备的运用率。

③糖化剂的用量：过多的糖化剂的使用会增长成本。

④糖化设备的清洗和灭菌：凡是因故停止送糖化醪达15min以上者，一定要用水或

蒸汽将管道中的糖化醪放空冲洗干净。喷淋冷却器等设备的结构要能排污和没有死角。

2.5.4酒精的发酵

（I）发酵机理：发酵原是一种自发性的天然过程，微生物在合适的基质上生长，分

泌出各种酶将食物中的蛋白质和碳水化合物分解，并将之吸取及转化，最终形成风味

物质。而微生物的品种、基质的种类及预解决方法，以及发醉过程中环境条件的调控等,

都是影响产品风味的重要因素。

代谢产生的酒精可与水以任意比例混合，然后穿过细胞进入发酵液。发酵过程中产

生的二氧化碳逐渐溶于发酵醪中，达成饱和时，便吸附于细胞表面，超过吸附能力时,

则二氧化碳变为气泡上升，又由于二氧化碳之间的互相碰撞，形成更大的气泡上升。二

氧化碳的上升带动了醪液中酵母细胞的上下浮动，从而使醉母细胞更充足地与醪液中

的糖分接触，进而使发酵作用进行得更充足和更彻底。

酒精酵母不具有阿尔法淀粉酶和贝塔淀粉酶，所以不能直接运用淀粉进行发酵。因

此，在运用淀粉原料生产酒精时，必须先进行糖化。酵母菌体内与酒精发酵关系密切的

瞥重要有两类：一类水解酶，它能将大分子物质分解为小分子物质，如蔗糖酷、麦芽糖

酶及甘糖酶；另一类是酒化酶，是参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称（酵母细胞参与

活动将糖转化为酒精），如氧化还原酶、烯醇化酶等胞内酶。

（2）酵母的规定

①应具有较高的发醉能力，即能快速并完全地将糖分转化为酒精。

②繁殖速度快，即具有高的比生长速度。

③具有高的耐酒精能力，即对自身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发酵。

④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。

⑤对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。

（3）酵母的生长条件

①温度和PH

酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正常的生活和繁殖温度是27-30°C。在

很高或很低的温度下，酵母的生命活动削弱或停止。酵母发育的最高温度是38°C,最

低温度为-5°C,在50°C时酵母死亡；PH应控制在4.2—4.7为宜,PH值太低，不仅会

克制杂菌的繁殖，同时也会克制醉母的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵结

果。

②酵母对营养物质的规定

由于酵母的化学组成与培养基，培养条件和酵母自身所处的生理状态有关，所以,

可以根据酵母的化学组成来讨论其对营养物质的需求。

③营养来源

酵母的营养区分为内部营养和外部营养两类。在外部营养时，营养物质是从培养基

进入细胞，而内部营养时，酵母运用自己的贮存物质：肝精，海藻糖，脂类，含氮化合

物。

④其他因素

糖化醪的浓度，无机酸和有机酸的影响，钙，铁，镁，离子的作用。

2.5.5发酵液的蒸馈、冷凝、提纯

蒸储原理：蒸镭是运用液体混合物中各组分挥发性能的不同，将各组分分离的方

法。它就是当前全世界酒精工业从发酵醪中回收酒精所采用的唯一方法。

所以，把之前发酵好的物料泵送入塔里进行蒸储，运用酒精的易发挥发，沸点低等

物理性质，把酒精从发酵液里分离出来。

冷凝：酒精蒸汽从蒸饰塔里出来通过冷凝塔冷凝成酒精液体，输送到提佛塔里进行

提纯，最后到成品罐。

2.5.6存在问题及安全事故解决

1.二氧化碳中带有酒精，未及时解决问题

发酵当中会产生大量的二氧化碳和酒精，二氧化碳会随着量的增长会跑出去，这

个时候会夹带少部分酒精在里面，来不及解决就浪费了。解决方法，应将跑出去的二氧

化碳经酒精回收后到气体收集运用。

2.发酵醪PH与温度控制的问题

适当减少发酵醪中PH的合理控制，是阻止发酵杂菌污染的重要措施。连续发酵规

定无菌条件非常严格,PH应挖制在4.2-4.7为宜。但PH值太低，不仅会克制杂菌的繁

殖，同时也会克制酵母的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化.影响发醉结果。发酵法中,

酵母繁殖温度为27℃-30℃,发酵温度为33℃—35℃,假如温度高于4()℃,酒精发酵

很难进行。产酸细菌繁殖最适温度为37C—50C,因此高温发酵易被细菌污染。

3.发酵醪浓度问题

发酵规定在一定浓度的糖化醪中进行，醪液浓度的高低直接影响到生产业绩。糖化

醪浓度稀，虽然有助于酵母的生长代谢，能提高出酒率，但是浓醪发酵却能提高设备运

用率，节省水、电，减少生产成本，增长产量。因此，生产上建议尽量采用浓醪发酵。

4.杂菌的危害

发醉过程中会产生一些杂曲，杂菌产生的有机酸对醉母的生命活动有影响，酸度

的增长会对淀粉酶有克制性。所以，要提高车间的清洁卫生和及时进行消毒灭菌工作。

5.蒸汽泄漏事故

在锅炉加热时，蒸汽是在逐渐增多的。假如泄漏的话应及时关闭进风口和进气口；

输出口开大，让其尽量排出。由于蒸汽高温，所以要注意准备放热服等工具。

6.酒精的储存安全

酒精由于沸点燃点都较低，易燃易爆。所以储存的时候一定要阴暗地区，避免阳光暴晒

发生爆炸，安全设施要制备齐全，

第三章化学合成法制酒精

3.1关于乙烯的介绍

在化学法制酒精的工艺中乙烯(C2H4)是最重要的原料。

乙烯分子结构：C原子以sp2杂化轨道成键、分子为平面形的非极性分子。

乙烯的重要来源：在高温下，把石油的分储产品中长链烧断裂为气态小分子烧。石油裂

解的化学过程是比较复杂的，生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了重要具有

乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烽外，还具有甲烷、乙烷、氮气、硫化氢等。裂解气里烯

屋含量比较高。因此，常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。乙烯是世界

上产量最大的化学产品之一，乙烯工业是石油化工产业的核心，乙烯产品占石化产品的

70%以匕在国民经济中占有重要的地位.世界上已将乙烯产品作为衡量一个国家石油

化工生产水平的重要标志之一.

3.2乙烯间接水合法

间接水合法也称硫酸酯法，反映分两步进行。一方面，将乙烯在•定温度、压力条

件下通入硫酸中，在20—3()大气压、7()—8()℃生成硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯：

C2H4+(浓)H2SO4-C2H5OSO2OH

2c2H4+(浓)H2so4-(C2H5O)2SO2

另一方面硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯在水解塔中加热至100C水解的乙醇：

C2H5OSO2OH-C2H5OH+H2s04

(C2H5O)2SO2f2c2H5OH-H2SO4

同时有副产物乙醛生成。

虽然间接水合法可用低纯度的乙烯作原料、反映条件较温和，乙烯转化率高，但生产过

程中所产生的大量稀硫酸对设备腐蚀严重，生产流程长，因此为直接水合法取代。

3.3乙烯直接水合法

直接水合法在一定条件下，乙烯通过固体酸催化剂直接与水反映生成乙醇：

CH2=CH2+H2O-CH2CH2OH

上述反映是放热、分子数减少的可逆反映。理论上低温、高压有助于平衡向生成

乙醇的方向移动，但事实上低温、高压受到反映速率和水蒸汽饱和气压的限制。

3.3.1直接水合法工艺流程图设计

乙烯直接水合法工艺流程图如下

分为合成、精制和脱水3部分。反映器的操作条件:反映温度325℃,反映压力6.9MPa,

催化剂是以硅藻土为载体的H3P04。转化率4%〜5%,选择性95%〜97%。因反映液中

具有磷酸,所以在工艺流程中设立一个洗涤塔(又称中和塔)用碱水溶液或含碱稀乙醇溶

液中和。这一工序一定要放在换热器后，因高温易使磷酸盐在换热器表面结垢，甚至会

堵塞管道。含乙醇10%〜15%的粗乙醇水溶液，分别由洗涤塔和分离塔底进入乙醇精制

部分。未反映的乙烯经水洗、分离后，由循环压缩机升压返回系统。

压力的选择：在一定范围内，提高压力是可以的。