【文章內(nèi)容簡介】 ...................................................................................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 致辭 .................................................................................................................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 1 前 言 酒精在我國釀酒行業(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。食用酒精作為硬飲料中不可缺少的添加成分，它的品 質(zhì)越來越受到人們的重視，特別是我國做為世界白酒消費(fèi)大國，食用酒精品質(zhì)的好壞，就顯得更重要了?？梢哉f，食用酒精品質(zhì)的好壞是涉及到千家萬戶的大事。 從糧食、薯類、糖蜜三類原料來看食用酒精產(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。 食用酒精使用糧食和酵母菌在發(fā)酵罐里經(jīng)過發(fā)酵后，經(jīng)過過濾、精餾來得到的產(chǎn)品，通常為乙醇的水溶液，或者說是水和乙醇的互溶體。 蒸餾法提高酒精濃度最多能到 73%左右，因?yàn)橐掖己退畷纬晒卜谢旌衔铩? 食用酒精的度數(shù)是不確定的，通常為食用酒精的純度為 95%。 乙醇俗語叫 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。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，按國家標(biāo)準(zhǔn)，它的雜質(zhì)和水含量必須小于 %。 第二，酒精既可以車用又可以食用，在很多國家，食用酒精都是高稅收，而車用乙醇則是給補(bǔ)貼。為了防止一些廠家把車用乙醇回流到食品工業(yè)，從而拿政府補(bǔ)貼，躲避高額稅，車用乙醇出廠時(shí)就必須加變性劑，讓它從顏色或味道上區(qū)別于食用酒精。像我國，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。而 歐洲 一些國家則在其出廠前加顏色，如藍(lán)色、紅色等。 本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，利用國內(nèi)外先進(jìn)的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)。采用低溫蒸煮，雙酶液化糖化，連續(xù)發(fā)酵，三塔直接式蒸餾，分子篩脫水。 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)情況作一簡單的闡述，希望能和各位共同討論。由于本人的水平有限，錯(cuò)誤之處在所難免，不足之處懇請專家學(xué) 者多多指正。 2 2 第一章 全廠工藝論證 生產(chǎn)原料： 甘薯干 （淀粉質(zhì)原料） 甘薯的主要成分 甘 薯，北方俗稱地瓜、紅薯，南方稱為番薯。新鮮甘薯可以直接作為酒精生產(chǎn)原料，但是，為了便于儲存，供工廠全年生產(chǎn)，一般都將新鮮甘薯切成片、條、或者絲，曬成薯干。約 3kg 鮮薯制成 1kg 薯干。 甘薯的主要成分是淀粉，此外，還含有 3%的糊精、葡萄糖、蔗糖、果糖和微量的戊糖。蛋白質(zhì)含量不多，其中三分之二為純蛋白，三分之一為酰胺類化合物。此外還有少量的脂肪，纖維素，灰分等。 甘薯的平均化學(xué)成分列于 下表，以百分比（ %）表示。 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。 2. 甘薯 的淀粉含量高，纖維少，并有適量的蛋白質(zhì)，加工比較容易，淀粉利用率高。 3. 甘薯 的缺點(diǎn)在于膠質(zhì)、果膠質(zhì)等粘性物質(zhì)較多。醪液粘度大，甲醇的生成量較多。 綜上所述， 甘薯 是一種良好的酒 精生產(chǎn)原料，為我國大多數(shù)酒精廠所采用。 生產(chǎn)過程中的甘薯干相關(guān)工藝參數(shù) 生產(chǎn)過程中的甘薯干相關(guān)工藝參數(shù)如表 12 所示。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 表 12 甘薯 干相關(guān)工藝參數(shù) 原料的預(yù)處理 原料的除雜 淀粉質(zhì)原料在收獲和干燥的過程中，往往會摻夾進(jìn)泥土，沙石，纖維質(zhì)雜物，甚至金屬塊雜物。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)。 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。而磁力除鐵又可分為永久性磁力除鐵器和電磁鐵 除鐵器。電磁鐵除鐵器具有固定不 變 的磁場因此永久性磁鐵除鐵器更為完善，所以選用電磁鐵除鐵器。 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，充分吸水膨脹，糊化乃至溶解，為隨后的淀粉酶系統(tǒng)作用。并為淀粉轉(zhuǎn)化成發(fā)酵性糖創(chuàng)造必要和良好條件。就目前的情況來看，先將原料粉碎，再在較和緩的的條件下進(jìn)行蒸煮是較好的方法。 原料粉碎的方法分為兩種：干式粉碎和濕式粉碎。 其優(yōu)缺點(diǎn)比較如表 13所示。 通過對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。 干式粉碎采用粗碎和細(xì)碎兩級粉碎工藝，因?yàn)閮杉壏鬯榈膭恿ο妮^低。原料經(jīng)過粗碎后 ， 原料顆粒應(yīng)能通過 6～ 10mm 的篩孔。粗碎后顆粒在經(jīng)細(xì)碎，最終原料顆粒能通過 ～ 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。 而錘式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，更換篩板和錘片的操作方便，對原料品種變化的適應(yīng)性較強(qiáng)，操作要求也不高因此可以再此選用。 表 13 干式粉碎和濕式粉碎的優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表 原料 淀粉含量（ %） 水分（ %） 甘薯 干 68 13 4 4 粉碎 方法 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 干式 粉碎 粉碎后的原料可以儲藏，能較低，最終得到原料顆粒一般通過～ 篩孔。 原料粉碎時(shí)粉末易飛揚(yáng)，造成原料損失，且勞動條件較差。 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 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。 在原料粉碎前進(jìn)入粉碎機(jī)和粉碎和送入條漿桶涉 及 到原料的輸送問題。國內(nèi)酒精廠采用的原料輸送方法有機(jī)械輸送、氣流輸送和混合輸送三種。 混合輸送是機(jī)械輸送和氣流輸送的混合物。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，也惡化了勞動條件。而氣流輸送均在密閉條件下進(jìn)行，上面的兩個(gè)問題迎刃而解。 （ 2）機(jī)械輸送時(shí)，雖裝有電磁除鐵器，但無法除去石塊等堅(jiān)硬雜物，鐵片因物料干擾有時(shí)也會進(jìn)入粉碎機(jī)中，因此，后者的篩板破損率較高，粉碎度不宜保證。實(shí)現(xiàn)氣流輸送后，鐵片等雜物，能可靠的在一級升料管的接料器底部被自動風(fēng)選出，從而保證了篩子和設(shè)備較廠期的使用。 （ 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 。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。 因氣流輸送又以上優(yōu)點(diǎn)，并且他是一種適于輸送散粒狀或塊狀物的方法，而甘薯干在粉碎后符合其形狀要求所以在原料粉碎前后都選用氣流輸送。而粉碎前甘薯干是較大的塊狀物，可采用機(jī)械輸送，這樣可以降低一部分能耗。 氣流輸送又分為壓力輸送和真空輸送。壓力輸送在輸送管內(nèi)又較大的壓力，所以對設(shè)備的要求也較高，并且因管內(nèi)的壓力高于大氣壓管內(nèi)的原料粉末從設(shè)備縫隙中漏出造成原料的損失，而真空輸送不存在這些問提，所以在此選用真空輸送。 綜上所述，采用混 合輸送，其工藝流程 如圖 12 所示。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 甘薯 干 稱重 到包 皮帶輸送 除鐵 粉碎 料斗 細(xì)粉碎 吸風(fēng)管 旋風(fēng)分離器 風(fēng)機(jī) 布袋過濾器 大氣 加料器 細(xì)粉回收 拌料罐 圖 12 混合輸送工藝流程圖 原料蒸煮工藝 蒸煮目的 含在原料細(xì)胞中的淀粉顆粒，由于植物細(xì)胞壁的保護(hù)作用，不宜受到淀粉酶系統(tǒng)作用。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。所以，淀粉原料在進(jìn)行糖化之前一定要經(jīng)過水熱處理，使淀粉從細(xì)胞中游離出來，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。這就是原料蒸煮的主要目的。 目前除了少數(shù)小型酒精工廠仍采用間歇蒸煮外，大多數(shù)工廠都采用連續(xù)蒸煮工藝。所以本設(shè)計(jì)也采用連續(xù)蒸煮工藝。 粉漿的預(yù)煮 粉碎原料加水制成粉漿時(shí)，應(yīng)注意防止粉料的結(jié)塊。一旦形成粉團(tuán)蒸煮的質(zhì)量就會受到影響，因?yàn)榉蹐F(tuán)內(nèi)部的粉料沒有吸水膨脹，也就不可能糊化，這將導(dǎo)致不容解淀粉數(shù)量的增加，出酒率因此降低。分料結(jié)塊的主要原因 是攪拌不充分或不均勻；攪拌溫度過高，達(dá)到或接近糊化溫度。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，使他不超過原料的糊化溫度，一般應(yīng)控制在 65℃ 左右。拌料水溫度一般為 70℃ 。 如前所述， 55～ 65℃ 這一溫度區(qū)域間會使原料中的淀粉酶活化，造成部分原料糖化，生成糖，這部分糖會在隨后的蒸煮過程中損失掉。因此在預(yù)煮時(shí)生溫速度應(yīng)較快，并在打到預(yù)定溫度后迅速送去蒸煮。在拌料過程中相應(yīng)的加入 a淀粉酶。 6 6 間歇蒸煮與連續(xù)蒸煮工藝相比較其優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) ： 間歇蒸煮的設(shè)備簡單，操作方便，投資也較少，適用于生產(chǎn)規(guī)模較小的工廠。 缺點(diǎn)：（ 1）蒸汽消耗量大，而且量不均勻，造成鍋爐操作的困 難和煤耗的增加。 （ 2）輔助操作時(shí)間長，設(shè)備利用率低。 （ 3）蒸煮質(zhì)量較差，出酒率低。 （ 4）難以實(shí)現(xiàn)操作過程的自動化。 通過對兩種蒸煮工藝的比較，該廠確定選用能耗低，設(shè)備利用率較高，蒸煮質(zhì)量較好，能實(shí)現(xiàn)操作過程自動化等優(yōu)點(diǎn)的連續(xù)蒸煮工藝。 其連續(xù)蒸煮工藝流程如 圖 13所示。 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℃ 。第一、第二維持罐的溫度分別控制在 88℃ 、 84℃ ，并在里面停留 40min 左右。最后醪液進(jìn)入薄板換熱器，降溫到糖化溫度： 62℃ 。 糖化工藝 甘薯 干原料在蒸煮以后得到的蒸煮醪 ，在發(fā)酵前均要加入一定數(shù)量的糖化劑，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成為酵母能發(fā)酵的糖類。淀粉轉(zhuǎn)化成糖的這個(gè)過程，叫糖化。糖化后的醪液叫糖化醪 ，糖化后的主要產(chǎn)物對比如表 14 所示 。 淀粉的液化和糖化作用，會產(chǎn)生很多的中間產(chǎn)物，主要是不同聚和度的糊精，糖化的最終產(chǎn)物是要更多的產(chǎn)生可發(fā)酵性糖，也有少數(shù)的不發(fā)酵性糖類物質(zhì)。 因此，糖化的目的是將淀粉充分轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。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 14 淀粉糖化的主要產(chǎn)物對比 碳水化合物 分子量 聚合度 比旋度 還原性 （ %） 拌料罐 液化器 液化維持罐 維持罐 螺旋薄板換熱器 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 糖化 的目的 淀粉質(zhì)原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，在發(fā)酵前均要加入一定數(shù)量的糖化劑，使淀粉在淀粉酶的作用下水解成酵母能發(fā)酵的糖類。但是，在糖化工序內(nèi)不可能將全部淀粉都轉(zhuǎn)化為糖，相當(dāng)一部分淀粉和糊精在發(fā)酵過程中進(jìn)一步酶水解， 再 進(jìn)行發(fā)酵。 糖化工藝 糖化過程由以下諸多操作組成：蒸煮醪冷卻 至 糖化溫度；加 糖化 劑，使蒸煮醪液化；淀粉糖化，物料的巴氏滅菌，糖化醪冷卻到發(fā)酵溫度和用泵將醪液送往發(fā)酵車間或酒母車間。 糖化可分為間歇糖化工藝和連續(xù)糖化工藝兩種。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。而在連續(xù)糖化過程中，則分別在不同的設(shè)備中實(shí)施。 連續(xù)糖化和間歇糖化的工藝比較如表 15所示。 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)備簡單，操作方便