【正文】 Fermented workshop 關(guān)鍵詞 : 酒精 發(fā)酵法 發(fā)酵車間 1 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 從糧食、薯類、糖蜜三類原料來(lái)看食用酒精產(chǎn)成品的質(zhì)量，糧食酒精最優(yōu)，其次是薯類酒精，最差的是糖蜜酒精。像我國(guó)，車用乙醇出廠前加 3%－ 5%的汽油，讓它在味道上區(qū)別于食用酒精。約 3kg 鮮薯制成 1kg 薯干。醪液粘度大，甲醇的生成量較多。 原料的粉碎和輸送 原料進(jìn)行水 — 熱的目的是要使包含在原料細(xì)胞中的淀粉顆粒能從細(xì)胞中游離出來(lái)，充分吸水膨脹，糊化乃至溶解，為隨后的淀粉酶系統(tǒng)作用。粗碎后顆粒在經(jīng)細(xì)碎，最終原料顆粒能通過(guò) ～ 的篩孔因?yàn)樵戏鬯橹林睆?1～ 的原料顆粒易于吸水膨脹和較徹底糊化。而氣流輸送和機(jī) 械輸送相比主要又三個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）機(jī)械輸送一般是在開放條件下進(jìn)行，粉塵飛揚(yáng)嚴(yán)重，即造成原料的損失，也惡化了勞動(dòng)條件。 氣流輸送又分為壓力輸送和真空輸送。所以本設(shè)計(jì)也采用連續(xù)蒸煮工藝。在拌料過(guò)程中相應(yīng)的加入 a淀粉酶。 圖 13連續(xù)蒸煮工藝流程圖 粉碎后原料蒸煮時(shí)加水制成粉槳，其料水比為 1： 3，水溫為 70℃ ，并加入 α 淀粉酶然后進(jìn)行低溫蒸煮，其時(shí)間為 5～ 7min，溫度控制在 88℃ 。其中，淀粉酶水解就是使α 1， 4 葡萄糖苷鍵和 α 1， 6葡萄糖苷鍵斷裂。 表 15 間歇和連續(xù)兩種工藝的比較 糖化 方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 間歇 糖化 設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。 混合冷卻連續(xù)糖化： 該工藝的特點(diǎn)是利用原有糖化設(shè)備，將前冷卻和糖化兩個(gè)工序仍放在原有糖化罐中進(jìn)行，而將后冷卻的的任務(wù)交給新增加的噴淋冷卻管或者套管冷卻設(shè)備區(qū)完成。 （ 6） 測(cè)定糖化醪中酶的活力 糖化結(jié)束后，并不是糖化醪中所有的淀粉與大分子糊精都水解成糖，其中尚有一部分糊精要在發(fā)酵期間依靠后糖化作用而變成糖，四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 因此糖化完畢的糖化醪中，酶的活力還必須很強(qiáng)，才能保證糖化作用的徹底，那么就有測(cè)定糖化醪中酶活力的必要。 連續(xù)發(fā)酵中發(fā)酵醪的 pH 值控制，既要考慮到 要適宜于酵母菌的繁殖和代謝，又要考慮適宜于各種糖化酶的作用。1℃ 。 為了縮短發(fā)酵時(shí)間，就需要設(shè)法加速水解支鏈淀粉中以 1， 6相結(jié)合的鍵。 半連續(xù)發(fā)酵 酒母消耗量少，可適當(dāng)縮短發(fā) 酵時(shí)間。其操作流程有許多種（ 1）單塔蒸餾（ 2）兩塔蒸餾（ 3）三塔流程（ 4）多塔流程。工藝流程 示意圖如圖 16 所示。液體二氧化碳可以用于食品和工業(yè)原料。 (2) 污水種類 1. 熱交換器排出廢水。 （ 2）生 產(chǎn)方法 雙酶糖化，間歇發(fā)酵和三塔蒸餾。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 原料消耗的計(jì)算 （ 1） 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式： 糖化： （ C6H10O5） n + nH2O—— nC6H12O6 162 18 180 發(fā)酵： C6H12O6—— 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 (2) 生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精的理論淀粉消耗 量 有上式可求的理論上生產(chǎn)1000kg 無(wú)水酒精（乙醇含量 %算）所耗的淀粉量為： 1000 % 162247。并設(shè)每生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1，則淀粉原料需用量為： 68% （ 6）α 淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為 20 000u/g 的 α – 淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量。 干物質(zhì)含量 B0=87%的薯干比熱容為； C0 = （ ） = [kJ/()] 粉漿干物質(zhì)濃度為： B1 = 87/（ 4 100） =% 蒸煮醪比熱容為： C1 = B1 C0+（ ） CW = % +（ %） = [kJ/()] 式中 Cw—— 水的比熱容 [kJ/()] 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定蒸煮醪的比熱容在整個(gè)蒸煮過(guò)程維持不變。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。 98） =（ t） 日產(chǎn)酒精總量為： 200+=（ t） 實(shí)際年產(chǎn)量為： 普通燃料酒精量為： 200 300=60000（ t/a） 次級(jí)燃料酒精量為： 300=1224（ t/a） 酒精總產(chǎn)量為： 2020 60000+1224=61224（ t/a） （ 2） 主要原料甘薯干用量 日消耗量： =575 （ kg） 年消耗量： 575 300=172 （ t） 淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉漿量、糖化醪、酒母醪、蒸煮發(fā)酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算結(jié)果見表。又蒸餾過(guò)程熱損失 Qn 可取為傳遞總熱量的 1%。 106% = (kg) （ 3） 入蒸餾塔的城市醪乙醇濃度為： 1000 =%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） % （ 4） 相應(yīng)發(fā)酵過(guò)程放出 CO2 總量為： 1000 % 44 = (kg) 98% 66 (5)接種量按 10%計(jì)，則酒母醪量為： + 10% =(kg) （ 100+10） 247。在蒸煮過(guò)程中，蒸煮醪量將發(fā)生變化，故蒸煮醪的精確計(jì)算必須與熱量衡算同時(shí)進(jìn)行，因而十分復(fù)雜。故生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需淀粉量為： =（ kg） 100%% 這個(gè)原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為 1000247。 （ 6）產(chǎn)品質(zhì)量 國(guó)際燃料酒精，乙醇含量 %以上（體積分?jǐn)?shù)）。 第二章 全廠物料衡算 物料衡算 60000 噸淀粉原料酒精廠全廠物料衡算 1. 全廠物料衡酸的內(nèi)容 （ 1）原料消耗的計(jì)算 主要原料為甘薯干，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。 酒糟：可運(yùn)用于做飼料等。進(jìn)入分凝器前塔頂酒精蒸汽之溫度 78～ 79℃ 。殘留的頭級(jí)雜質(zhì)和甲醇隨酒精蒸汽上升，經(jīng)預(yù)熱器和三個(gè)冷凝器絕大部分冷凝下來(lái)，預(yù)熱器和前兩個(gè) 冷凝器中的冷凝液作為回流回入精塔頂部，第三個(gè)冷凝器中的冷凝液作為雜醇油酒取出，同時(shí)排除相當(dāng)部分的頭級(jí)雜質(zhì)。 發(fā)酵生產(chǎn)工藝 酒精生產(chǎn)的方法，采用間歇式發(fā)酵的方式進(jìn)行，操作比較簡(jiǎn)單，無(wú)菌要求低，容易獲得成功。 酒精發(fā)酵的方式 酒精發(fā)酵的方式有三種：間歇式發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵、和連續(xù)式發(fā)酵。 5. 關(guān)于發(fā)酵醪濃度問(wèn)題 酒精發(fā)酵要求在一定濃度的糖化醪中進(jìn)行，醪液濃度高低，直接影響到生產(chǎn)成績(jī)。 3. 發(fā)酵溫度控制 溫度對(duì)微生物生命活動(dòng)影響很大，發(fā)酵成績(jī)的好壞與溫度控制關(guān)系極為密切。 糖化醪的發(fā)酵 糖化醪發(fā)酵目的 淀粉質(zhì)原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理、蒸煮和糖化等物理和生物化學(xué)過(guò)程，淀粉以充分糊化和液化，其中相當(dāng)一部分以轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。 （ 2）還原糖 取過(guò)濾布過(guò)濾后的發(fā)酵 醪 濾液，加熱蒸去所含的酒精，并加水恢復(fù)到原來(lái)的體積，以測(cè)定還原糖的方法得到的數(shù)值。 設(shè)備較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備的要求高。 糖化可分為間歇糖化工藝和連續(xù)糖化工藝兩種。淀粉轉(zhuǎn)化成糖的這個(gè)過(guò)程，叫糖化。 （ 3）蒸煮質(zhì)量較差，出酒率低。根據(jù)這種情況，制備粉漿時(shí)，應(yīng)該選擇好攪拌器的結(jié)構(gòu)，保證必要的攪拌速度，嚴(yán)格控制攪拌用水的溫度，使他不超過(guò)原料的糊化溫度，一般應(yīng)控制在 65℃ 左右。另外，不容解狀態(tài)的淀粉被常規(guī)糖化酶糖化 的速度非常慢，水解程度也不高。 （ 3）在不用氣流輸送時(shí)，已經(jīng)粉碎好的原料不能流暢地從粉碎機(jī)中排除，影響粉碎機(jī)生產(chǎn)能力發(fā)揮 。 濕式 粉碎 原料粉碎粉末不宜飛揚(yáng)，可減少原料損失和改善勞 動(dòng) 條件，還可省去除塵設(shè)備 所的漿料只能立即用于生產(chǎn)，不宜儲(chǔ)藏，耗電量比干式粉碎高出 8～ 10%，因此常用于濕度較大的原料。 其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 13所示。這些雜物如果 不在生產(chǎn)前除去在，則將嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 甘薯的平均化學(xué)成分列于 下表，以百分比（ %）表示。 本設(shè)計(jì)將甘薯干到制成食用酒精中的各環(huán)節(jié)涉及的工藝、設(shè)備、控制條件等有關(guān)情況作一簡(jiǎn)單的闡述，希望能和各位共同討論。 乙醇俗語(yǔ)叫 酒精，分為工業(yè)酒精和食用酒精，但車用酒精與它們有明顯的區(qū)別。 致辭 .................................................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。發(fā)酵法主要是利用微生物無(wú)氧發(fā)酵，將含糖物質(zhì)如，甘蔗，甘薯，玉米等物質(zhì)內(nèi)的糖類轉(zhuǎn)化為乙醇，生成酒精。此法原料來(lái)源豐富，生產(chǎn)過(guò)程環(huán)保，值得大力推廣。 3 1 前 言 酒精在我國(guó)釀酒行業(yè)、化工行業(yè)、橡膠工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、電子工業(yè)、照相膠片及紙漿生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、香料工業(yè)、化妝品行業(yè)等，都發(fā)揮著重要作用。第一，工業(yè)酒精的純度為 90%，其余的 10%中除甲醇等雜質(zhì)外，大多數(shù)是水；而食用酒精的純度為 95%，其余 5%都是水；車用乙醇與其它相比最大的區(qū)別就是脫水，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，它的雜質(zhì)和水含量必須小于 %。由于本人的水平有限，錯(cuò)誤之處在所難免，不足之處懇請(qǐng)專家學(xué) 者多多指正。 表 11 甘薯 的 化學(xué) 成分 種類 水分 粗蛋白 粗脂肪 碳水化合物 粗纖維 無(wú)機(jī)鹽 甘薯干 13 甘薯作為酒精原料的特點(diǎn) 1. 單位畝產(chǎn)量高，高的可達(dá) 1500— 2500kg，按淀粉計(jì)算達(dá) 300～ 500kg/畝，是谷物淀粉產(chǎn)量的 3～ 5倍。 為了清除這些雜質(zhì)，最常用的除雜方法 有 篩選，風(fēng)選和磁力除鐵。 通過(guò)對(duì)干式粉碎和濕式粉碎的比較，因原料采用的是甘薯干，為了節(jié)約成本，所以最終 采用干式粉碎。 在原料粉碎前進(jìn)入粉碎機(jī)和粉碎和送入條漿桶涉 及 到原料的輸送問(wèn)題。采用氣流輸送后，粉碎后的原料被氣流從粉碎機(jī)中吸出，從而提高粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力。所以，淀粉原料在進(jìn)行糖化之前一定要經(jīng)過(guò)水熱處理，使淀粉從細(xì)胞中游離出來(lái)，并轉(zhuǎn)化為溶解狀態(tài)，以便淀粉酶系統(tǒng)進(jìn)行糖化作用。拌料水溫度一般為 70℃ 。 （ 4）難以實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程的自動(dòng)化。糖化后的醪液叫糖化醪 ，糖化后的主要產(chǎn)物對(duì)比如表 14 所示 。在間歇糖化時(shí)，所有的操作，除最后的泵送外都是在一個(gè)稱為糖化鍋的設(shè)備 中完成的。 為了縮短糖化時(shí)間和提高設(shè)備的利用率決定采用連續(xù)糖化工藝。 （ 3）殘總糖 發(fā)酵 醪 不經(jīng)過(guò)濾，用 2%HCl 水解轉(zhuǎn)換后測(cè)得的糖量。這種糖化醪送入發(fā)酵罐，接入酒母后，在后者的作用下，醪中的糖被發(fā)酵生成乙醇和二氧化碳；而保 存下來(lái)的糖化酶也不斷地將殘存的糊化了的淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖，就這樣酵母的酒精發(fā)酵和后糖化作用相互配合，最終將醪中的絕大的淀粉及糖轉(zhuǎn)化成乙醇和二氧化碳，這就是糖化醪發(fā)酵的目的。酒精酵母繁殖溫度為 27～ 30℃ ，發(fā)酵溫度 30～ 33℃ ，如果溫度高于 40℃ ，則酒精發(fā)酵很難進(jìn)行。糖化醪濃度稀，雖然有利于酵母的代謝活動(dòng)，提高出酒率，但是濃醪發(fā)酵 卻有提高設(shè)備利用率，節(jié)省水、電、汽、降低生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)。 三種發(fā)酵方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 15 所示。 在發(fā)酵醪送入發(fā)酵罐前或者是清發(fā)酵罐，使用 CIP 進(jìn)行沖刷罐體和殺菌。極少部分未凝結(jié)的頭級(jí)雜質(zhì)和不凝結(jié)氣體一起排入大氣。第二冷凝器流至第三冷凝器的酒溫為 35～ 40℃ ，這是保證成品質(zhì)量的重要措施之一。 冷卻工藝水：經(jīng)處理后可以做為生活用水。 （ 2）中間產(chǎn)品 蒸煮醪，糖化醪，酒母醪，發(fā)酵醪量等。 （ 7）主原料 薯干原料含淀粉 68%，水分 13% （ 8）酶用量 α 淀粉酶用量為 8 u/g 原料，糖化酶用量為 100 u/g 原料，酒母糖化醪用糖化酶量 200 u/g 原料。 =%，這達(dá)到了我國(guó)