【正文】 CH3CH2OH CH2=CH2 ↑+ H2O 2CH3CH2OH C2H5OC2H5 + H2O 生化性 乙醇 能使細(xì)胞蛋白質(zhì)凝固，尤以 75%（體積分?jǐn)?shù)）的 乙醇 作用最為強(qiáng)烈，濃度過高，細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)迅速凝固形成一層薄膜，阻止 乙醇 向內(nèi)部滲透，作用效果反而降低，濃度過低則不能使蛋白質(zhì)凝固 [1]。 乙醇 作為重要的溶劑和化工原料而廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)，它又是飲料酒工業(yè)的基礎(chǔ)性原料，也是一 種方便而較干凈的液體（或固體）燃料。 [關(guān)鍵詞 ]： 乙醇 ； 發(fā)酵 ；精餾 III Technological Design of 50,000 tons by fermentation of ethanol Every Year. [Abstract]: Ethanol production process includs these major processes: raw material impurity, grinding, liquefied, saccharification, sterilization, fermentation, distillation. The design brief pretreatment of raw materials from cassava, liquefaction, saccharification enzyme fermentation production to postprocessing the entire production process,and the major assignments are calculated fermentation, distillation section and selecting of pumps and storage tanks. [Keywords]: Ethanol 。 本設(shè)計簡述了從木薯原料預(yù)處理、液化、酶糖化到發(fā)酵生產(chǎn)后處理整個發(fā)酵 乙醇 生產(chǎn)工藝流程 ， 主要完成了 發(fā)酵段，精餾段的計算及附屬設(shè)備的選型。 乙醇 既是食品、化工、醫(yī)藥、染料、國防等工業(yè)十分重要的基礎(chǔ)原料，又是可再生的清潔能源。乙醇 蒸汽與空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限為 %18%（體積分?jǐn)?shù)） 乙醇的物理指標(biāo)： 熔點(diǎn) (℃ )： 沸點(diǎn) (℃ )： 相對密度 (水 =1)： 相對蒸氣密度 (空氣 =1)： 飽和蒸氣壓 (kPa)： (19℃ ) 燃燒熱 (kJ/mol)： 蒸發(fā)熱 (kJ/L)： 臨界溫度 (℃ )： 臨界壓力 (MPa)： 辛醇 /水分配系數(shù)的對數(shù)值： 閃點(diǎn) (℃ )： 12 引燃溫度 (℃ )： 363 溶解性： 與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數(shù)有機(jī)溶劑。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 乙醇 作為一種原料性的產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。 發(fā)展 乙醇 不僅可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且可以作為清潔能源代替汽油或汽油添加劑 ，減少工業(yè)大氣污染，保護(hù)環(huán)境，同時也可緩解原油進(jìn)口的壓力。 所以 以 非糧作物 為原料生產(chǎn)乙醇有著廣闊的市場前景，對解決日益緊迫的液體燃料短缺問題具有極其重要的意義 。在發(fā)酵方面，出現(xiàn)了應(yīng)用耐高溫酵母、釀酒用活性干酵母（或鮮酵母）及固定化酵母的新工藝。有的廠 夠度 即算合格，有的廠參考外國標(biāo)準(zhǔn)自行規(guī)定一些檢查項(xiàng)目，也有的廠按中華藥典中醫(yī)藥 乙醇 的要求生產(chǎn)。 現(xiàn)今，我國已經(jīng)具備較完整的 乙醇 產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，并正在對食用 乙醇 國家標(biāo)準(zhǔn)（ GB1304389）組織進(jìn)行修訂，以使其進(jìn)一步和國際先進(jìn)水平接軌。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對糟液的治理第 3 頁 共 50 頁 逐步引起重視， 20 世紀(jì) 60 年代用薯類 乙醇 糟液大規(guī)模進(jìn)行沼氣發(fā)酵取得成功，逐步推廣并不斷完善，現(xiàn)在最大的沼氣發(fā)酵罐容已達(dá) 5000 立方 米。 3）基本有機(jī)化工原料： 乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn)品的原料 。 合成法 化學(xué)合成法是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)過化學(xué)合成反應(yīng)而制成乙醇。 1）乙烯直接水合發(fā) 乙烯 直接水合法就是乙烯和水在高溫、加壓、催化劑條件下直接加成得到乙醇的方法： C2H4 + H2O C2H5OH 2）乙烯間接水合法 間接水合法生產(chǎn)乙醇的出現(xiàn)早于直接水合法。 第一步：乙烯與硫酸作用生成硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯； CH2=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO2OH 或 2CH2=CH2 + H2SO4 → (CH3CHO)2SO2 第二步：硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯水解，生成乙醇，釋放出硫酸： CH3CH2OSO2OH + H2O → CH3CH2OH + H2SO4 或 (CH3CHO)2SO2 + 2H2O → 2CH3CH2OH + H2SO4 硫酸氫乙酯、硫酸二乙酯水解過程中伴隨有副產(chǎn)物乙醚的生成。 催 化劑 230~300℃， 7~8MPa 催化劑 第 4 頁 共 50 頁 2CO + H2→ C2H5OH + H2O 3CO + H2→ C2H5OH + CO2 由反應(yīng)式可知。然而隨著溫度的提高，副反應(yīng)增多并加劇，而且無論從熱力 學(xué)和動力學(xué)角度來看，溫度提高對副反應(yīng)的生成較乙醇的生成更便利，因此為使反應(yīng)向主反應(yīng)方向進(jìn)行，必須尋找一種選擇性高、催化性好的催化劑，這是由 COH2 合成乙醇的關(guān)鍵。 1）淀粉質(zhì)原料的發(fā)酵工 藝 乙醇的發(fā)酵工藝分為間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵三種。該法是將糖化醪冷卻到 2730℃后，送入已經(jīng)清洗、滅菌的發(fā)酵罐中，一次加滿，同時加入 10%的酒母醪，經(jīng) 6072h發(fā)酵即得到成熟發(fā)酵醪。此法操作時，糖化醪分幾批加入發(fā)酵罐。間隔時間不要太短，否則會影響酵母的增殖間隔時間也不易過長否則可能造成原料發(fā)酵不徹底，成熟醪殘?zhí)沁^高。流加過慢，會延長滿灌時間，還可能造成發(fā)酵物質(zhì)的損失。放第二罐又處于主發(fā)酵階段時，再次進(jìn)行分割。更具糖化醪流加方式的不同，半連續(xù)發(fā)酵又分為以下兩種方法。 第二種方法是將 78只發(fā)酵罐組成一個罐組，每只發(fā)酵之間溢流管連接。該法可以節(jié)省大量酒母，發(fā)酵時間縮短，但每次新發(fā)酵周期開始時要制備新的酒母。 連續(xù)發(fā)酵可分為全混連續(xù)發(fā)酵和階梯式連續(xù)發(fā)酵兩類： 全混連續(xù)發(fā)酵是微生物在一個設(shè)備中進(jìn)行的，液體培養(yǎng) 基混合攪拌良好，以保證整個罐的均一性。從首罐至末罐，可發(fā)酵物濃度逐罐遞減，乙醇濃度逐罐增加。該發(fā)酵罐組由 68 只罐組成，每個罐之間用溢流管數(shù)次自上而下連續(xù)。這是糖化醪和酒母醪開始流入最后一個發(fā)酵罐，當(dāng)這只罐充滿時，原來的最后第 2罐已經(jīng)發(fā)酵結(jié)束，并已防空清洗殺菌完畢，發(fā)酵醪由溢流管流入，發(fā)酵的第 2 各循環(huán)沿反方向開始進(jìn)行。如此操作連續(xù)不斷。 蜜糖乙醇發(fā)酵的方法很多，也可以非為間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和聯(lián)系發(fā)酵。發(fā)酵溫度控制在 3335℃的發(fā)酵。第 2罐進(jìn)入主發(fā)酵階段后，再分割 1/31/2 至第 3 罐，再用稀糖液加滿兩罐，如此繼續(xù)下去。 分批流加間歇發(fā)酵。 連續(xù)流加間歇發(fā)酵法。通風(fēng)培養(yǎng) 2h，是發(fā)酵醪濃度降至 %%。 ② 半連續(xù)發(fā)酵 半連續(xù)發(fā)酵是主發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵，后發(fā)酵采用間歇發(fā)酵的發(fā)酵方式。該法是只用一種濃度的糖液進(jìn)行單流加以實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵的流程。一 般對質(zhì)量好、純度高的糖蜜采用單濃度單流加連續(xù)發(fā)酵與雙濃度雙流加發(fā)酵法均可，單對純度低、質(zhì)量差的糖蜜不宜采用單濃度單流加發(fā)酵法而應(yīng)當(dāng)采用雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法。濃酸水解工藝流程如圖 使用濃度為 70%左右硫酸 ，在 100℃溫度條件下處理木質(zhì)纖維素，破壞纖維素之間的晶型結(jié)構(gòu)，使其水解為流動的不定形物質(zhì)，這一過程也成為纖維素的溶解和去結(jié)晶。固液分離得到的水解產(chǎn)物在發(fā)酵前必須進(jìn)行糖酸分離，分離得到的稀酸可以進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮后循環(huán)使用，得到的糖液中進(jìn)入發(fā)酵階段 [7]。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：生成的糖可即使排出，減少糖的分解；可在較低的液固比下操作，提高所得糖的濃度；液體通過分離器內(nèi)的過濾管流出，液固分離自然完成，不必用其他液固分離設(shè)備，反應(yīng)器容易控制。在低壓蒸發(fā)器中進(jìn)一步降到 105110℃，水解液最后送往中和器。離開以及反應(yīng)器的水解液經(jīng)液固分離后，糖液進(jìn)入 pH 調(diào)節(jié)器。分別簡單介紹如下。工藝流程第 7 頁 共 50 頁 如圖 所示 一 級 稀 酸 水 解固 液 分 離水 解 液 糖 酸 分 離水 解 液 中 和二 級 稀 酸 水 解固 液 分 離酒 精 發(fā) 酵木 質(zhì) 素 利 用原 料 粉 碎 圖 稀酸二級水解工藝流程 同步水解與發(fā)酵工藝 (Simulataneous saccharification and fermentation,SSF)。目前， SSF 已成為很有前途的生物質(zhì)制乙醇的工藝。 第 8 頁 共 50 頁 2 建廠可行性分析 需求和擬建規(guī)模 原料簡介 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。 木薯原料的優(yōu)勢 國外研究機(jī)構(gòu)比較過一些作物發(fā)酵法生產(chǎn) 乙醇 的產(chǎn)出率，在幾種主要的 乙醇 原料作物中，單位面積土地的 乙醇 產(chǎn)出率以木薯最高，甘蔗次之。 大型木薯 乙醇 廠的固定資產(chǎn)投入與銷售收入之比為 1： 5，建設(shè)周期短，投放少，投資回收快，效益高。 主要建設(shè)條件 本廠采用本地電網(wǎng)供電，可以避免為建設(shè)動力設(shè)備而增加的額外投資，而且陜南水電資源豐富，可以確保生產(chǎn)的連續(xù)性。 環(huán)境保護(hù)及廢物處理 隨著世界特別是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護(hù)意識逐步提高，為了我們生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護(hù)環(huán)境。可以對酒糟水解重新利用，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)，不僅可提高原料的利用率，降低生產(chǎn)成本，而且還可節(jié)約水資源和能源，提高其經(jīng)濟(jì)效益。企業(yè)內(nèi)部按照有利于發(fā)展生產(chǎn)，有利于充分利用人力資源、術(shù)、裝備、資金，有利于宏觀調(diào)控微觀搞活，有利于第 9 頁 共 50 頁 調(diào)動各個方面的積極性，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，在劃小核算單位的基礎(chǔ)上下放權(quán)利，實(shí)行分級分權(quán)管理。目前，國內(nèi)主要使用的原料有甘薯、木薯、小麥、玉米和高粱。兩者都屬于非糧食作物，其中，木薯乙醇已處于規(guī)?；a(chǎn)階段，技術(shù)發(fā)展已相對完善；而纖維素乙醇在我國還處在試驗(yàn)階段，技術(shù)還有待完善。近年來，隨著木薯原料用于生產(chǎn)酒精逐漸受到 人們的重視，國內(nèi)外學(xué)者都致力于木薯生產(chǎn)酒精工藝的研究。所以用木薯原料生產(chǎn)酒精前，必需進(jìn)行除雜，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行和提高生產(chǎn)的效益。開孔率越大，篩選效率越高，但開孔率過大會影響篩子的強(qiáng)度 [12]。所以原料粉碎是原料處理的關(guān)鍵步驟之一。濕式粉碎是指粉碎時將拌粉用水和原料一起加到粉碎機(jī)中去進(jìn)行粉碎。其工作原理：本機(jī)為臥式粉碎結(jié)構(gòu)，物料有進(jìn)料斗進(jìn)入粉碎室，利用旋轉(zhuǎn)刀與固定刀沖擊、剪切而獲得粉碎，經(jīng)旋轉(zhuǎn)離心力的作用，物料自動流向出口處，該機(jī)按“ GMP”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，整機(jī)全部采用不銹鋼材料制造，結(jié)構(gòu)簡單、清洗方便、噪音低。前兩種多用于水平方向輸送，后者多用于垂直方向輸送。此外，淀粉 因受到植物細(xì)胞壁的保護(hù)作用，細(xì)胞內(nèi)的淀粉顆粒不易受到淀粉酶系統(tǒng)的作用，同時糖化酶對不溶解狀態(tài)淀粉的糖化作用又非常弱，所以，淀粉原料在經(jīng)過前述的與處理后，需要進(jìn)一步液化和糖化后，才能使淀粉從細(xì)胞中游離并轉(zhuǎn)化成糖類，以保證乙醇發(fā)酵的順利進(jìn)行。隨著酶工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的高 壓高溫蒸煮逐漸被取代，液化可分為有蒸煮方式和無蒸煮方式，現(xiàn)在的有蒸煮液化方式與傳統(tǒng)的高溫高壓蒸煮液化方式有著本質(zhì)的不同，它是建立在酶制劑技術(shù)上的一種液化方式。淀粉受到 ? 淀粉酶作用后，遇碘呈色反應(yīng)，表現(xiàn)為如下規(guī)律。采用高溫液化可以提高酶反應(yīng)速度，但溫度高于酶的最適作用溫度時，酶活力損失加快。淀粉液化不需要進(jìn)行的非常的徹底，一般控制淀粉水解程度在葡萄糖值為 10～ 20 之間較好，液化的終點(diǎn)常以碘液顯色 控制。其流程如圖 所示： 制 漿 噴 射 液 化 保 溫 液 化 冷 卻 糖 化粉 料水 、 淀 粉 酶 蒸 汽 第 12 頁 共 50 頁 圖 噴射液化流程圖 本設(shè)計選用罐式連續(xù)蒸煮工藝 蒸煮過程使用直接蒸汽加熱 ， 在后熟和汽液分離器減壓蒸發(fā) 、 冷卻降溫 。糖化酶的用量對酒精發(fā)酵有很大的影響，糖化酶的用量太少，會造成發(fā)酵不徹底；糖化酶太多，則增加了生產(chǎn)成本。從歷年來，木薯酒精發(fā)酵的研究資料來看，糖化酶添加量一般控制在 100200u/g原料，糖化階段的溫度在 5862℃ ， 糖化酶最適 pH 為 ～ ，乙醇生產(chǎn)過程，糖化醪的自然 pH與最 適 pH 相近，不需要調(diào)整 pH。 乙醇發(fā)酵 原料經(jīng)過預(yù)處理、蒸煮、糖化等處理后，即可進(jìn)入發(fā)酵工序，把糖轉(zhuǎn)化為乙醇和二氧化碳。此外，根據(jù)不同的代謝途徑構(gòu)建的基因工程菌也是顯示了良好的特性。乙醇生產(chǎn)中常用的酵母菌種有釀酒母、卡爾斯伯酵母、粟酒裂殖酵母 和克魯夫衣酵母及其變種等。自絮凝酵母乙醇技術(shù)的推廣應(yīng)用給乙醇工藝技術(shù)帶來了重大突破。 酵母工程菌 利用基因工程技術(shù)，可以賦予酵母