【正文】 Bx） 全糖分 /% 蔗糖 /% 轉(zhuǎn)化糖 /% 純度 /% 非法 酵性糖分 /% 非法酵性糖 /全糖 /% 膠體 /% 酸度 /（ mmol/100g） 硫酸灰分 /% 總氮量 /% 磷酸（ P2O5） / % 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 21 表 23 甜菜糖蜜的 主要 成分 產(chǎn)地 項(xiàng) 目 遼 寧 黑龍江 錘度 /（ 186。隨著我國(guó)制糖工業(yè)的發(fā)展， 糖蜜 的產(chǎn)量日益增加，我國(guó)不少糖廠(chǎng)都附設(shè)酒精車(chē)間，作為綜合利用糖蜜生產(chǎn)酒精。 營(yíng)養(yǎng)鹽、硫酸 銨 及過(guò)磷酸鈣用 70℃ 熱水溶解并浸出成澄清溶液后， 用營(yíng)養(yǎng)液泵送入四樓的硫酸高位箱內(nèi)。 由于糖蜜濃度高、黏度大、灰分多，因此糖蜜酒精發(fā)酵多采用 雙濃度雙流加工藝以解決酵母生長(zhǎng)和酒精發(fā)酵最適條件不用的難題。 回收酵母多級(jí)連續(xù)發(fā)酵是在四個(gè)一組串聯(lián)的發(fā)酵罐中進(jìn)行，連續(xù)發(fā)酵用糖液濃度為 30— 34％，來(lái)自活化罐的成熟酒母及發(fā)酵濃糖液送入第一個(gè)發(fā)酵罐的底部，發(fā)酵醪向上升起，沿導(dǎo)管流入第二發(fā)酵罐的底部，依次流入第三個(gè)發(fā)酵罐。酵母在主罐中積累過(guò)程也取決于它的初始含量，在連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中控制主發(fā)酵罐的酵母數(shù)量甚為重要，需要掌握好發(fā) 酵醪的流加速度，使其交換速度與酵母的生長(zhǎng)速度達(dá)到相對(duì)平衡。為了使酵母很好地增殖，在第一次及第二次添加時(shí)，通空氣一小時(shí)，而第三次添加時(shí)則通氣 1520 分鐘，如果沒(méi)有通風(fēng)設(shè)備，添加速度應(yīng)盡量慢。 ① 開(kāi)放式間歇發(fā)酵法 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 10 此法的特點(diǎn)是醪液在敞開(kāi)的發(fā)酵槽內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵，操作是間歇進(jìn)行，發(fā)酵槽一般用水泥制成，也可用鋼板制成，發(fā)酵槽內(nèi)裝有冷卻管和蒸汽管，使用時(shí)先用石灰乳、熱水充分洗滌及消毒。 （ 4） 1， 6— 二磷酸果糖在醛縮酶的作用下，生成磷酸二羥丙酮和 3—磷酸甘油醛。 糖蜜酒精發(fā)酵過(guò)程是不需氧的生物化學(xué)氧化過(guò)程，其生物氧化自成體系，反應(yīng)過(guò)程中生成還原態(tài)的 NADH? ，用于乙醛的還原，而其自身被氧化恢復(fù)成氧化態(tài)的 NAD。可提高生產(chǎn)率和設(shè)備利用率。糖蜜需加水稀釋降低糖度和黏度，加酸調(diào)整 pH，并要選用耐高滲透壓的酵母進(jìn)行酒精發(fā)酵。 目前 不少?lài)?guó)家都在考慮將酒精作為新能源以應(yīng)付“石油危機(jī)”年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 2 和“能源危機(jī)”，用酒精部分或全部代替汽油作為汽車(chē)燃料，不僅可節(jié)約大量的石油，而且可以減少二氧化碳的排放量，緩和溫室效應(yīng) ，所以酒精生產(chǎn)有廣大的供求市場(chǎng)。 Alcohol production materials problem。為了進(jìn)一步提高酒精生產(chǎn)水平，各國(guó)工程技術(shù)人員不斷研究新型酒精發(fā)酵方法，改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，酒精蒸餾工藝也在不斷改進(jìn)和完善。 （ 3） 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng) 對(duì)學(xué)生計(jì)算、繪圖、編輯設(shè)計(jì)文件、使用規(guī)范手冊(cè)等最基本的工作實(shí)際能力的培養(yǎng)。 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 5 2． 2 糖蜜發(fā)酵的依據(jù) 和機(jī)理 糖蜜酒精發(fā) 酵特點(diǎn) （ 1）糖蜜酒精生產(chǎn)特點(diǎn) ① 糖蜜原料中的糖分以可發(fā)酵糖為主，發(fā)酵速度快，糖蜜中糖分以蔗糖為主，甘蔗糖蜜除蔗糖外還有大量轉(zhuǎn)化糖，只需稀釋?zhuān)瑹o(wú)需糖化即可被酵母利用，發(fā)酵速度快。細(xì)菌耐酸性差，提高酵母的耐酸性，使之能在酸性環(huán)境下生產(chǎn)、繁殖，對(duì)提高酒精發(fā)酵的抗污染能力具有重要意義。 所謂酒精發(fā)酵，就是指發(fā)酵酵中的糖類(lèi)物質(zhì)，在無(wú)氧條件下，受酵母細(xì)胞中酒化酶的作用，產(chǎn)生酒精的全過(guò)程。 Mg2+作激活劑。 其它工藝條件也能直接影響發(fā)酵效率，如果調(diào)整適宜的發(fā)酵溫度，發(fā)酵效率也明顯提高。 ④ 分段添加發(fā)酵法 分段添加發(fā)酵法的特點(diǎn)是將酵母培養(yǎng)階段和發(fā)酵階段明顯地劃分開(kāi)來(lái)，根據(jù)兩者不同的目的要求，采取不同的技術(shù)條件，在發(fā)酵過(guò)程中盡可能維持醪液中的糖分一致，使酵母在較穩(wěn)定的情況下發(fā)酵，由于采用分段添加糖液，保持了醒液中較低的糖分和較高的酒精分。在間歇分批發(fā)酵過(guò)程中，酵母的萌發(fā)期較長(zhǎng)，然而在連續(xù)發(fā)酵過(guò)程中，酵母的萌發(fā)期的時(shí)間取決于主罐中醪液交換的速度和第一次加入酵母的數(shù) 量。由于回收大量的酵母，在發(fā)酵過(guò)程中一開(kāi)始便有足夠多量的酵母，發(fā)酵特別旺盛，代謝產(chǎn)物酒精立即大量積聚。Bx；雙濃度連續(xù)發(fā)酵法酒母的培養(yǎng)液采用低濃度糖液，濃度為14— 18186。酒母擴(kuò)大培養(yǎng)所用的糖蜜自糖蜜高位箱經(jīng)液位調(diào)節(jié)器維持恒壓流入 1 號(hào)連續(xù)稀釋器內(nèi)，加入硫酸、磷酸及銨鹽溶液，使糖液達(dá)到一定的酸度和濃度后，送入一組串聯(lián)的酸化罐中進(jìn)行相當(dāng)時(shí)間酸化處理后，再酒精回收液 泡沫捕集器 泵 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 18 流入 2 號(hào)連續(xù)稀釋器內(nèi)，加水進(jìn)行第二次稀釋至所需的濃度后，進(jìn)入 酒母罐內(nèi)。 整個(gè)工藝流程包括糖蜜原料及其貯存、稀糖液的制備和處理、糖 蜜酒精酵母及其培養(yǎng)和糖蜜酒精發(fā)酵四個(gè)過(guò)程。甜菜糖蜜錘度一般為 75~84186。 ③貯存罐的位置應(yīng)兼顧運(yùn)輸和生產(chǎn)兩方面，以有利于使用方便。我國(guó)南方各省，如 廣東、廣西、福建、四川和臺(tái)灣等省均盛產(chǎn)甘蔗，甘蔗糖廠(chǎng)較多。 （ 2）糖液的發(fā)酵 糖液進(jìn)行酒精發(fā)酵所需的酒母，經(jīng)各階段擴(kuò)大培養(yǎng)后，進(jìn)入 酒母 罐，并連續(xù)流進(jìn)稀糖液，開(kāi)始連續(xù)培養(yǎng)，而成熟的酒母醪則自 酒母 罐底部連續(xù)送入 1 號(hào) 主 發(fā)酵罐內(nèi)。 根據(jù)糖蜜酒精發(fā)酵化學(xué)反應(yīng)式： C12H22O11 十 H2O → 2C6H12O6 2180 C6H12O6 → 2C2H5OH 十 2CO?↑ 246 244 100 公斤蔗糖可生成 公斤轉(zhuǎn)化糖。第三與第四兩個(gè)發(fā)酵罐之間上部用導(dǎo)管相連，發(fā)酵醪由第四發(fā)酵罐的下部放出，使酵母沉降，便于回收。但應(yīng)該看到多級(jí)連續(xù)發(fā)酵經(jīng)常會(huì)因雜菌感染，不可能長(zhǎng)期維持下去，必須定期更換酵母種子，一般每隔幾天，必要時(shí)甚至每隔 7— 8 天各發(fā)酵 罐需要交替排空滅菌再重新接入酵母種子進(jìn)行發(fā)酵 。 ⑤ 連續(xù)流加發(fā)酵法 連續(xù)流加 發(fā)酵法的特點(diǎn)是把成熟的酒母一次加入發(fā)酵罐中，然后連續(xù)流加基本糖液，連續(xù)流加基本糖液的速度應(yīng)控制，使發(fā)酵糖液的濃度大致相同，這樣可使發(fā)酵時(shí)間大大縮短，發(fā)醪中酒精含增高。 開(kāi)放式間歇發(fā)酵法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，容易上馬，操作簡(jiǎn)便。 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 9 （ 7） 1， 3— 二磷酸甘油酸在磷酸甘油激酶的催化下，生成 3— 磷酸甘油酸。 酵母進(jìn)行糖蜜酒精發(fā)酵時(shí)，在有氧的情況下，由于進(jìn)行了呼吸作用，而酒精產(chǎn)量大大降低，糖的消耗速度在單位時(shí)間內(nèi)也減慢。選育產(chǎn)泡沫少的菌種，可以進(jìn)一步提高發(fā)酵設(shè)備裝料系數(shù)和設(shè)備利 用率。 ④ 發(fā)酵生成酯、醛、頭級(jí)雜質(zhì)和雜醇油多 糖蜜酒精發(fā)酵生成的酯、醛、頭級(jí)雜質(zhì)和雜醇油較多。 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 3 1． 4 設(shè)計(jì)范圍 （ 1）原料的選擇及進(jìn)行生產(chǎn)的方法 （ 2）生產(chǎn)工藝流程與工藝條件的確定與論證 （ 3）工藝計(jì)算 （ 4）車(chē)間生產(chǎn)設(shè)備的選型計(jì)算 (5）書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 6）繪制工藝流程圖 帶控制點(diǎn)生產(chǎn)工藝流程圖；主要設(shè)備裝配圖 ；車(chē)間平面布置圖；全廠(chǎng)總貌平面布置圖等。 Distillation?；瘜W(xué)合成法是以石油工業(yè)中石油裂解產(chǎn)生的乙烯為原料加水合成酒精的。 與國(guó)外相比，我國(guó)目前酒精生產(chǎn)還存在著生產(chǎn)過(guò)程成本高、耗能大、產(chǎn)業(yè)結(jié)果不合理、糟液環(huán)境污染嚴(yán)重等不足，同時(shí)還面臨著如何以非糧作物為原料生產(chǎn)酒精、如何以秸稈為原料發(fā)酵制備酒精等新課題。BX 是用來(lái)培養(yǎng)酵母；濃糖液濃度 32~40186。 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 6 （ 3）糖蜜酒精生產(chǎn)缺點(diǎn) ①濃度高、灰分大、膠體多 ②發(fā)酵生成酯、醛等頭級(jí)雜質(zhì)多、雜醇油多，蒸餾廢液難處理 糖蜜發(fā)酵對(duì)酵母菌種的要求 （ 1）能在高滲透壓的糖液中具有較強(qiáng)的增殖能力，生 產(chǎn)速度快。在這些酶的順序作用下，糖分被逐步轉(zhuǎn)化為酒精。 ③ Pi 從甘油酸的 3 位轉(zhuǎn)移到 2 位，然后脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸，它提供足夠能量以轉(zhuǎn)移 Pi到 ADP 上。 調(diào)整酵母外界環(huán)境的滲透壓是提高糖蜜酒精發(fā)酵效率的關(guān)鍵，酵母細(xì)胞內(nèi)酶系催化效率的提高，依賴(lài)于酵母細(xì)胞質(zhì)膜的半滲透作用。為了減少雜菌感染的機(jī)會(huì)，每天更換新種兩次，或在重復(fù)分割時(shí)，將發(fā)酵醪酸化調(diào)整為 ，或添加適量的年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 11 氟化鈉或五氯代苯酚鈉等化學(xué)防腐劑。通常采用 9— 10 個(gè)罐串聯(lián)起來(lái)，它們的位置可以在高度相同的一個(gè)平面上或者高度不同的兩個(gè)平面上，呈梯級(jí)式。所以，設(shè)計(jì)糖蜜酒精連續(xù)發(fā)酵方案時(shí)，宜采用 雙流和多流系統(tǒng)，即糖液同時(shí)流入前 2— 3 個(gè)發(fā)酵罐，以便保持酵母一定的比生長(zhǎng)速度。其次是 第一級(jí)發(fā)酵罐的酵母細(xì)胞數(shù)量立即達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的數(shù)量，取消酵母繁殖中的遲滯期，使多級(jí)連續(xù)發(fā)酵一開(kāi)始便進(jìn)入主發(fā)酵階段，從而取消了前發(fā)酵階段，縮短了連續(xù)發(fā)酵過(guò)程的總時(shí)間，提高了設(shè)備利用率。根據(jù)糖蜜酒精工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)酵過(guò)程中 CO?帶出的酒精量按產(chǎn)量的 1— ％計(jì)，則一個(gè)年產(chǎn) 3000 噸的糖蜜酒精工廠(chǎng)每年由于 CO?所帶走的酒精即達(dá) 30000— 35000 公斤。Bx 的高濃度稀糖液。因此糖蜜成分與原料品種、產(chǎn)地和加工方法有關(guān)，一般甘蔗糖蜜錘度為80~90186。 （ 2） 糖蜜貯存設(shè)備 ： 糖蜜貯存設(shè)備主要是貯罐。 （甘蔗糖蜜的主要成分見(jiàn)表 22） ② 甜菜 糖蜜 甜菜糖蜜為甜菜糖廠(chǎng)的一種副產(chǎn)物，它的產(chǎn)量約為甜菜的34％，甜菜的生產(chǎn)在我國(guó)以東北、西北、華北地區(qū)為主。 發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生大量的二氧化碳和泡沫，引入泡抹捕集罐內(nèi)消除泡沫，積聚沫液， CO?氣體再導(dǎo)入 CO?洗滌器內(nèi)，用水洗出其中夾帶的酒精，收集得到的沫液用泵送回后發(fā)酵罐再行發(fā)酵， CO?洗水 (淡 酒液 )則送入最末一個(gè)成熟醪計(jì)量罐內(nèi)連同成熟醪一起送去蒸餾， CO?則導(dǎo)入液體 CO?車(chē)間，經(jīng)壓縮冷卻制成商品液體二氧化碳 和固體干冰 。目前國(guó)內(nèi)不少酒精工廠(chǎng)回收 CO?綜合利用生產(chǎn)液體 CO?、干冰等。再加過(guò)磷酸鈣，而不加氮源養(yǎng)料，當(dāng)濃度降低至 — 5％時(shí)，即將酒母醪送至發(fā)酵罐，在發(fā)酵過(guò)程所釋出的二氧化碳，通過(guò)捕集器，而洗水則用來(lái)稀釋糖蜜，發(fā)酵醪用泵送入沉降槽，通過(guò)高速離心分離器將醪液和酵母分離，醪液送去蒸餾，酵母重回至活化罐中，如此反復(fù)使用 15 次左右。該法的 優(yōu)點(diǎn)是不需用泵轉(zhuǎn)換，可簡(jiǎn)化操作，節(jié)省電力消耗。 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水 酒精工廠(chǎng)的初步設(shè)計(jì) 12 連續(xù)發(fā)酵法 間歇式發(fā)酵是始終在一個(gè)容器內(nèi)進(jìn)行，酵母始終處在一個(gè)變動(dòng)的環(huán)境中，即酵母的繁殖與生命活動(dòng)是在糖分不斷下降，酒精含量逐步增加的變化過(guò)程中進(jìn)行的。 酒母 罐預(yù)先以 100℃ 空消 1 小時(shí)，送入 12— 15％的稀糖液后，再加熱到100℃ ，滅菌 30 分鐘，實(shí)消后加入濃硫酸調(diào)節(jié) — ，然后冷卻到 30℃時(shí)接入種母，培養(yǎng)濃度降至 6— 8％時(shí)即為成熟酒母。 （ 10） 2— 磷酸烯醇式丙酮酸在 丙酮酸激酶的催化下、生成烯醇式丙醇酸，由于烯醇式丙酮酸很不穩(wěn)定，立即就會(huì)生成丙酮酸。 糖蜜酒精發(fā)酵機(jī)理 酵母進(jìn)入 糖化醪后，糖分被酵母細(xì)胞吸收滲入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)過(guò)酵母細(xì)胞內(nèi)糖 酒轉(zhuǎn)化酶系統(tǒng)的作用，最終生成酒精、 CO?和能量，其中一部分能量被酵母細(xì)胞用作新陳代謝的能源，余下的部分能量和酒精及 CO?一起，通過(guò)細(xì)胞膜排出細(xì)胞外。 主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)為水解酶，另一類(lèi)是糖 酒精轉(zhuǎn)化酶。 （ 2）糖蜜酒精生產(chǎn) 優(yōu)點(diǎn) 糖蜜酒精發(fā)酵工藝相對(duì)低簡(jiǎn)單，成本低。 副產(chǎn)品：雜醇油 （ 2）產(chǎn)品執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) （見(jiàn)表 11） 表 11 產(chǎn)品酒精質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn) 《 GB/T67820xx》 檢 測(cè) 項(xiàng) 目 單 位 標(biāo) 準(zhǔn) 規(guī) 定 值 乙醇（ CH3CH2OH） % ≥ 密度（ 20℃ ） g/ml ~ 與水混合試驗(yàn) 合 格 蒸發(fā)殘?jiān)馁|(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 酸度（以 H+計(jì)） mmol/100g ≤ 堿度（以 OH計(jì)） mmol/100g ≤ 甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ CH3OH） % ≤ 異丙醇 [（ CH3） 2CHOH]的質(zhì)量分?jǐn)?shù) % ≤ 年產(chǎn) 2700 噸 無(wú)水