【正文】 行乙醇發(fā)酵，淀粉必須水解成糖類利用。原料和水混均后，于 130℃下進(jìn)行高溫高壓處理。 ? 淀粉酶水解直鏈淀粉分子，最后階段的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖；水解支鏈淀粉分子，最后階段的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖 和少量的界限糊精。使用耐高溫 ? 淀粉酶，采用 95℃的處理溫度，使用普通 ? 淀粉酶，采用 85℃的處理溫度。液化時(shí)間，一般控制在 45～ 90min，薯類淀粉較谷類淀粉更容易水解些。噴射液化連續(xù)液化、操作穩(wěn)定、液化均勻、淀粉利用率高等優(yōu)點(diǎn)，此外對蒸汽壓力要求低，且不易堵塞，無震動。糖化酶在木薯酒精發(fā)酵中有很大的作用，它將木薯中的淀粉分解成可發(fā)酵性糖，以利于酵母酒精發(fā)酵。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，反應(yīng)溫度高于適宜溫度時(shí)，酶蛋白會逐漸產(chǎn)生變性而作用減弱，甚至喪失其催化活性，溫度過低于適宜溫度容易染菌，所以糖化溫度的控制是非常重要的。本設(shè)計(jì) 采用 連續(xù) 糖化工藝，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)操作的連續(xù)性，即降低了蒸汽消耗，又降低了工人的勞動強(qiáng)度。 乙醇發(fā)酵 常用的微生物 自然界中，很多微生物都能代謝產(chǎn)生乙醇，氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭氧細(xì)菌運(yùn)動發(fā)酵單細(xì)胞是目前乙醇生產(chǎn)的主要微生物。酵母一般呈卵形、橢圓形或卵圓形，大小在 6～ 11? m 之間。 自絮凝酵母 通過原生質(zhì)融合技術(shù)可以使酵母獲得自絮凝的特征，在培養(yǎng)和發(fā)酵過程中自絮凝形成 毫米級大小的顆粒。 對 于目前乙醇生產(chǎn)行業(yè)普遍才有的干法工藝來說，需要考慮原料殘?jiān)コ龓淼矸蹞p失的影響，而對于濕法工藝建設(shè)的大型燃料乙醇裝置，則比較容易實(shí)現(xiàn)。人們把細(xì)菌或霉菌中產(chǎn)生淀粉酶的基因片 段克隆到酵母匯總，構(gòu)建。對于淀粉份額之原料用酵母，目前主要要就多集中在在釀酒加盟中表達(dá)淀粉酶基因，包括 ?淀粉酶基因和糖化酶基因。 與現(xiàn)有各種乙醇發(fā)酵技術(shù)相比，自絮凝顆粒酵母乙醇發(fā)酵新工藝具有的突出優(yōu)點(diǎn)有： ① 酵母細(xì)胞在發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)完全固定化，這一無載體固定化細(xì)胞技術(shù)不產(chǎn)生任何附件費(fèi)用； ② 單位體積發(fā)酵罐中酵母密度可以高達(dá) 50～ 100g/L（干重），細(xì)胞密度顯著提高。 活性干酵母（ AADY）活性干酵母是經(jīng)優(yōu)選的乙醇酵母繁殖得到菌體后再經(jīng)干燥得到的一種保持活性的干酵母制品，它經(jīng)復(fù)水活化后即能完全恢復(fù)其正常的繁殖、發(fā)酵性能 [15]。下面介紹淀粉質(zhì)原料發(fā)酵常用菌種。從表面上看，乙醇發(fā)酵過程很簡單，氮發(fā)酵過程卻發(fā)生著非常復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)過程。 糖化時(shí)間控制在 3060min[14]。糖化的效果不僅取決于糖化酶的添 加量，而且與糖化時(shí)間有很大的關(guān)系，糖化時(shí)間不足，造成糖化不完全，不利于提高原料出酒率；糖化時(shí)間過長，會延長生產(chǎn)周期 ,降低設(shè)備的利用率。 糖化 經(jīng)過液化后的淀粉繼續(xù)進(jìn)行糖化， 將短的淀粉鏈即糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，糖化分前糖化階 段和后糖化階段，因?yàn)樘腔^程的時(shí)間限制，不可能將全部的淀粉轉(zhuǎn)化為糖，所以在發(fā)酵過程中還存在糖化過程，稱為后糖化 [11]。 噴射液化是目前使用最廣泛的液化工藝，它是利用低壓蒸汽噴射器來完成淀粉的液化。此外，生產(chǎn)中有時(shí)也添加 CaCl2 或 CaSO4， Ca2+的存在有助于提高酶對熱的穩(wěn)定性，一般 Ca2+濃度控制在。 藍(lán) → 紫 → 紅 → 淺紅 → 不顯色（碘原色） 淀粉液化是糖化的前提。液化過程中廣泛使用液化酶(α 淀粉酶 )對原料進(jìn)行液化處理。 液化 木薯淀粉中含直鏈淀粉 17％，支鏈淀粉 83％ ，淀粉漿的液化是將淀粉鏈打斷，淀粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，從而使淀粉漿的粘度降低，使淀粉水解為糖和糊精 [11]。 2）氣流輸送 也稱風(fēng)送或氣力輸送。 其生產(chǎn)能力為 300～ 1000kg/h， 粒度 100mm， 粉碎細(xì)度 ～ 20mm， 主軸轉(zhuǎn)速為 400r/min， 電機(jī)功率 ， 外形尺寸（長寬高） 8809001250 原料輸送 原料輸送常用方法是機(jī)械輸送、氣流輸送。 本設(shè)計(jì)采用 200 型 CSJ高效粗碎機(jī)，其主要適用于醫(yī)藥、食品、化工、冶金、建筑等 行業(yè)，對堅(jiān)硬、難粉碎的物料進(jìn)行加工，包括對塑料、樹根等進(jìn)行粉碎，也能作為微粉碎加工前道工序的配套設(shè)備。木薯原料粉碎可以使原料的顆粒變小，原料的細(xì)胞組織部分破壞，淀粉顆粒部分外泄，增加原料的表面積，在進(jìn)行水熱處理時(shí)，加快原料吸水速度，降低水熱處理溫度，節(jié)約水熱處理蒸汽；有利于α 淀粉 酶與原料中淀粉分子的充分接觸，促使其水解徹底，速度加快，提高淀粉的轉(zhuǎn)化率；有利于物料在生產(chǎn)過程中的輸送。本設(shè)計(jì)選用沖孔的金屬板，篩板開孔率為 50%，篩寬 1000mm，振幅 5mm，頻率 400 次 /min 其生產(chǎn)能力 0 c p3600 =3600 1 =108. 072tG B hV ???? ? ? ? ? ? B0—— 篩面有效寬度， m； H—— 篩面物料厚度， m，取 (1~2)hd? （ d 為物料最大直徑）； cpV —— 物料沿篩面運(yùn)動的平均速度， m/s，取 ； ? —— 物料松散系數(shù)，取 ； ? —— 物料的密度， kg/m3。 原料除雜通常采用篩選和磁選。 本設(shè)計(jì)選用木薯為原料發(fā)酵制的乙醇，總 工藝流程 為： 原料 —— 粉碎 —— 拌料 —— 蒸煮 —— 糖化 —— 發(fā)酵 —— 蒸餾 —— 乙醇 木薯的處理 木薯原料在進(jìn)行正式生產(chǎn)之前，必須預(yù)處理，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行和提高生產(chǎn)的效益，預(yù)處理包括除雜和粉碎兩個工序。 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，對土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長的作物。 最初，我國的乙醇生產(chǎn) 主要用 玉米、小麥等糧食 發(fā)酵制得 ，其中主要以玉米為主。 資金籌措方式 采用部分國家貸款，部分自籌資金和部分銀行貸款分期償還方式，而且籌集資金可以采用職工入股的方式，使職工真正成為企業(yè)的主人，充分調(diào)動職工的積極性。 對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據(jù)《環(huán)境保護(hù)法》及相應(yīng)的可行性研究、環(huán)保報(bào)告和初審意見來確定。 廢水處理是發(fā)酵工業(yè)一直頭疼的問題，這不僅增加了生產(chǎn)成本，甚至有時(shí)處理不好還會造成環(huán)境污染。 本設(shè)計(jì)采用發(fā)酵法制取乙醇，并將酒糟水解重新利用，酒糟過濾除雜后，用粗制復(fù)合酶重新水解，作為營養(yǎng)液加入到拌料罐重新回收發(fā)酵，進(jìn)行再生產(chǎn)，環(huán)境污染小，資源得到了合理的利用，經(jīng)濟(jì)上也是可行的。另外，現(xiàn)有糖廠用糖蜜生產(chǎn) 乙醇 的閑置設(shè)備經(jīng)改造后即可用于木薯 乙醇 加工。 木薯 是取代玉米等原料生產(chǎn) 乙醇 的理想替代物，開發(fā)木薯 乙醇 資源前景看好。我國南方盛產(chǎn)木薯，產(chǎn)量高，淀粉含量高，木薯的塊根淀粉含量達(dá) 2530％左右，木薯干淀粉含量達(dá) 70％左右。工藝流程如圖 所示 水 解 液 中 和原 料 粉 碎水 解 液 中 和原 料 粉 碎原 料 粉 碎 圖 纖維質(zhì)原料同步水解與發(fā)酵工藝 在一般的 SSF工藝中，預(yù)處理生產(chǎn)富含五碳糖的液體是單獨(dú)發(fā)酵的。隨著對纖維素酶水解機(jī)理的不斷認(rèn)識， 20世紀(jì) 70 年代，人們提出了 SSF 水解工藝。 非同步水解與發(fā)酵工藝（ Separate hydrolysis and fermentation ,SHF） 。固形物經(jīng)螺旋壓榨器脫水后進(jìn)入二級水解器中，治理 溫度升到 220℃，用 %的硫酸水解，停留時(shí)間為3min，可把剩余的纖維素水解為葡萄糖。 稀酸二級水解工藝流程。工藝流程：木材經(jīng)粉碎后，由帶式輸送器填入水解器中，水解后剩下的木質(zhì)素通過排渣器排出器外。 濃 酸 預(yù) 處 理 半 纖 維 素 水 解固 液 分 離水 解 液 糖 酸 分 離水 解 液 中 和稀 酸 濃 縮纖 維 素 水 解固 液 分 離乙 醇 發(fā) 酵木 質(zhì) 素 利 用原 料 粉 碎濃 酸 圖 纖維素濃酸水解工藝流程 稀酸連續(xù)滲濾水解工藝流程。纖維素成為不定形位置后，加水將酸的濃度稀釋到 20%— 30%，并在 100℃溫度下維持約 1h，使半纖維素部分水解，固液分離后得到殘?jiān)退馕?，殘?jiān)梢远渭铀?，是纖維素最大限度降解。雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法中，低濃度糖液（酒母糖液）與高濃度糖液（發(fā)酵糖液）流加液比通常為 1:1， 而六角糖比例為優(yōu)質(zhì)糖蜜 4:6，劣質(zhì)糖蜜 3:7[5]。該流程以稀糖液與成熟酵母同時(shí)進(jìn)入第 1只發(fā)酵罐內(nèi)，酵母繁殖和稀糖液同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)生含足夠量的酵母細(xì)胞的發(fā)酵醪，并且連續(xù)加入稀糖液，發(fā)酵罐滿罐后依次進(jìn)入下一罐連續(xù)發(fā)酵直至發(fā)酵成熟。具體的方法與淀粉質(zhì)原料發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵相同。開始連續(xù)流加濃度為 33%35%的基本稀糖液，保持發(fā)酵醪的濃度在 10%左右。連續(xù)流加發(fā)酵的特點(diǎn)在于基本稀糖液是按一定速度連續(xù)加入發(fā)酵罐中，直至罐滿。該法是在發(fā)酵罐內(nèi)加入 10%20%的酒母后，分 3 次加入基本稀糖液，第一、二次加入罐容積約 20%的今本稀糖液，第三次加入 40%50%的基本稀糖液，以后保持罐內(nèi)醪液糖濃度一致，有利于酵母的發(fā)酵。稀糖液濃度一般為 18%20%，發(fā)酵溫度為 3335℃，發(fā)酵時(shí)間 3036h，成熟醪酒度 6%7%。發(fā)酵時(shí)間一般為 3236h，通常 4050h即可送去蒸餾，成熟醪酒度為 %7%（體積分?jǐn)?shù)），發(fā)酵效率達(dá) 86%87%[6]。 ① 間歇發(fā)酵 又分為一下幾種操作方式。 2）糖蜜原料的發(fā)酵工藝 糖蜜乙醇發(fā)酵的機(jī)理和營養(yǎng)要求與淀粉質(zhì)原料乙醇發(fā)酵完全相同。 順式連續(xù)發(fā)酵法。糖化醪進(jìn)料通往大酒母罐和發(fā)酵罐組的第一和最末兩 只發(fā)酵罐。發(fā)酵時(shí)，糖化醪連續(xù)從首罐加入，成熟發(fā)酵醪連續(xù)從末罐流出 [5]。根據(jù)控制的方法又可分為化學(xué)控制器法（恒化器法）和濁度控制器法（恒濁器法）兩類。 第 5 頁 共 50 頁 ③ 連續(xù)發(fā)酵 間歇發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐中的培養(yǎng)液始終不斷更新，因此，發(fā)酵過程中的各個參數(shù)，如糖濃度、乙醇濃度、菌體數(shù)、 pH 等會不斷發(fā)生變化，酵母菌受到環(huán)境變化的影響較大，不能 始終保持最高的發(fā)酵狀態(tài)。生產(chǎn)時(shí)，先制備發(fā)酵罐提交 1/3 的酒母，加入第 1 只發(fā)酵罐內(nèi)，并在保持主發(fā)酵狀態(tài)的前提下流加糖化醪。 第一種方法是將一組發(fā)酵罐連接起來，使前幾只 發(fā)酵罐始終保持主發(fā)酵狀態(tài)。該法的前提是發(fā)酵醪基本不染菌。流加過快，則會造 成發(fā)酵醪中酵母密度小，對雜菌無抑制，可能造成染菌。 連續(xù)添加法。一般先打入發(fā)酵罐容積約 1/3糖化醪，直至加入 8%10%的酒母醪，每隔 36h 左右，加入第二和第三 1/3 的糖化醪，直至加滿容積的 90%以上為止。該法具有操作簡單，易于管理的優(yōu)點(diǎn)。 ①間歇發(fā)酵 間歇發(fā)酵也稱單罐發(fā)酵，發(fā)酵的全過程在一個發(fā)酵罐內(nèi)完成。 發(fā)酵法 發(fā)酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖維素（多縮己糖）的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過水解（即糖化）、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。 CO 與 H2的摩爾比應(yīng)符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系，［ CO］ :［ H2］ =1:2 或 1:1。 3）乙醛加氫法 此法是將乙 醛在 160～ 200℃，銅催化劑的存在下加氫制得乙醇，其他化學(xué)反應(yīng)式如下： CH3CHO + H2 H3CH2OH 乙烯氧化發(fā)生產(chǎn)乙醛又分為氧氣法和空氣法。在 1825 年，就已經(jīng)出現(xiàn)了乙烯在硫酸介質(zhì)存在下，液相水合為乙醇的實(shí)驗(yàn)研究。目前工業(yè)上采用的合成法主要是乙烯直接水合法，即將乙烯在浸漬有磷酸的固體催化劑上進(jìn)行水合反應(yīng)。 4）汽車燃料： 乙醇可以調(diào)入汽油 ，作為車用燃料，美國銷售乙醇汽油已有 20 年歷史。針對沼氣發(fā)酵后消化液的進(jìn)一步處理，好氧法取得一定成效；近來南陽 乙醇 總廠開發(fā)出一套實(shí)用而有效的治理措施，采用物理化學(xué)法去除懸浮揚(yáng)（制得部分干酒糟 和肥料），利用生物法去除可溶性有機(jī)物（獲得沼氣），從而使薯類 乙醇 糟液的治理實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)上有利的達(dá)標(biāo)排放 [2]。 不斷提高并有著先進(jìn)性的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，有力促進(jìn)了我國 乙醇 生產(chǎn)和質(zhì)量水平的不斷提高。 1954 年，哈爾濱、濟(jì)南、天 津等 乙醇 廠應(yīng)軍工的需要按原蘇聯(lián)的 乙醇 標(biāo)準(zhǔn)（ roct592151）試制成功 精餾酒精 ，并按此生產(chǎn)。在蒸餾方面 乙醇 蒸餾的塔器配置從兩塔、三塔 /四塔、五塔發(fā)展到八塔蒸餾，近年來差壓蒸餾等新技術(shù)正在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。 乙醇 生產(chǎn)的發(fā)展 1） 生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化 新中國成立前，我國 乙醇 工業(yè)的規(guī)模很小，生產(chǎn)工藝均為間歇式，以麥芽作淀粉糖化劑，原料不經(jīng)粉碎，淀粉利用率只有 60%左右。 根據(jù)我國《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油 “ 十一五 ” 發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》， “ 十一五 ” 期間，我國將生產(chǎn) 600萬噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇 500萬噸，生物柴油 100萬噸；到 2020年，生產(chǎn) 2020萬噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇 1500萬噸。通常， 乙醇 按含雜質(zhì)多少分為：無水 乙醇 、試劑 乙醇 、食用 乙醇 ，醫(yī)藥 乙醇 ，工業(yè) 乙醇 。 化學(xué)性質(zhì) 1） 氧化作用下 乙醇 的變化 2C2H5OH + O2→2CH3CHO + 2H2O C2H5OH + O2→CH3COOH + H2O CHOH + O 2CO2+3H2O 2） 堿金屬，堿土金屬與 乙醇 的作用 2Na + 2C2H5OH→2C5H5ONa + H2↑ Mg + 2C2H5OH→C(C2H5O)2 Mg + H2↑ 3） 酸與 乙醇 的反應(yīng) CH3COOH + C2H5OH→CH3COOC2H5 + H2O 4） 乙醇 的脫水反應(yīng)