【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1100 個(gè) [9]。 可行性分析 從技術(shù)上講，本設(shè)計(jì)采用工業(yè)上成熟的生產(chǎn)工藝，可以實(shí)現(xiàn)。從可持續(xù)發(fā)展上講，石油是不可再生資源，而酒精是可再生能源，國際上石油能源緊缺，酒精作為一種新型生物能源倍受重視。從市場(chǎng)供 求上講，酒精廣泛用于食品工業(yè)、化學(xué)試劑、醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥、油漆、顏料、化妝品、燃料、香吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 3 料、國防工業(yè)、電子工業(yè)、航天工業(yè)等許多行業(yè)，比較樂觀。此外，工業(yè)酒精是合成橡膠、聚氯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、氯乙醇、氯乙烷和乙基苯等的主要原料，還可作為酒基、浸出劑、洗滌劑、溶劑、表面活性劑等。而且，近幾年，燃料乙醇在國內(nèi)的推廣，拓展了酒精新的應(yīng)用領(lǐng)域。 表 11酒精國家標(biāo)準(zhǔn) GB10342021感官和理化指標(biāo)規(guī)定值簡(jiǎn)表 項(xiàng)目 單位 特級(jí) 優(yōu)級(jí) 普通級(jí) 外觀 無色透明 氣味 具有乙醇固有香氣、無異味 無異臭 口味 純凈、微甜 純正、微甜 較純正 乙醇（ 20℃ ） %（體積） ≥ 氧化時(shí)間（ 15℃ ） Min≥ 40 30 20 色度 號(hào) ≤ 10 硫酸實(shí)驗(yàn) 甲醇 mg/L≤ 10 10 60 2 50 150 醛（以乙醛計(jì)） 1 3 30 正丙醇 2 35 100 異戊醇 +異丁醇 1 2 30 酸（以乙酸計(jì)） 7 10 20 酯（以乙酸乙酯計(jì)） 10 18 25 不揮發(fā)物 10 20 25 重金屬（以 Pb計(jì)） 1 氰化物（ 以 HCN計(jì)） 5（用玉米為原料產(chǎn)品） 1. 4 產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模 工藝以玉米為原料采用半糖化法生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)食用乙醇， 年產(chǎn)量 萬噸 ，年工作日 330 天 ，酒精產(chǎn)率 ≥95% ，次級(jí)酒精和雜醇油 ≤ % 。產(chǎn)品質(zhì)量國家優(yōu)級(jí)食用酒精標(biāo)準(zhǔn) (乙醇含量 ≥95% ，體積分?jǐn)?shù) )，淀粉含量 63%，水分 14%~18%。 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 4 第 2 章 工藝論證 眾多 酒精發(fā)酵技術(shù) 中，在減少雜菌生長(zhǎng)和節(jié)省能源的應(yīng)用上 濃醪發(fā)酵是非常有 前景的 [10]酒精發(fā)酵生產(chǎn)作為一個(gè)成熟發(fā)酵產(chǎn)業(yè)在我國已有上百年歷史。 濃醪發(fā)酵技術(shù)在酒精企業(yè)獲得普遍的成功和不斷的認(rèn)可， 其目的在于：① 降低能耗，在酒精生產(chǎn)過程中能耗是繼糧耗以外的主要成本， 可以使企業(yè)獲得最大的產(chǎn)率，提高企業(yè)生產(chǎn)能力，同時(shí)還可以降低生產(chǎn)成本 。從糧耗上講，理論上淀粉的出酒率為 61， 4％ ，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般出酒率達(dá)到 54％．即得率為 88％， 考慮酵母增殖所耗糖分．實(shí)際已達(dá)到 90％ ，為此酒精生產(chǎn)成本中能耗起主導(dǎo)作用。經(jīng)驗(yàn)表明，酒分每增加 1％ vol，蒸汽用量將減少 300 kg。②節(jié)約工藝用水，目前一般酒精廠的料水比為 1： 2． 5～ 3． 0，采用濃醪工藝為 1： 1． 8～ 2． 0，噸酒精用水節(jié)約 2 t以上。③降低 DDGS的生 產(chǎn)成本，提高其出率。發(fā)酵醪濃度高，固形物含量也高，分離、干燥費(fèi)用就低，其出率也高。④減少廢水量。⑤提高設(shè)備利用率。[11] 采用濃醪發(fā)酵生產(chǎn)酒精，可縮短發(fā)酵周期，降低能耗，提高設(shè)備利用率， 蒸餾能耗少 ,生產(chǎn)成本低及酒糟易處理等優(yōu)點(diǎn) ,是一種具有巨大應(yīng)用價(jià)值的酒精發(fā)酵技術(shù) [12]。目前，大量研究表明，在玉米酒精濃醪發(fā)酵過程中分別添加適量植酸酶、酸性蛋白酶、纖維素酶、木聚糖酶，可進(jìn)一步提高酒精產(chǎn)量，增加原料 出酒率 [1315]。 因此，研究開發(fā)適于酒精生產(chǎn)的輔助酶制劑是降低酒精生產(chǎn)成本的重要手段之一。 [16]然 而 , 酒精濃醪發(fā)酵時(shí) , 高底物濃度和高酒精度會(huì)限制酵母菌的生長(zhǎng)繁殖 ,對(duì)酒精發(fā)酵產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。因此 ,發(fā)酵工藝的改進(jìn)和耐高濃度酒精酵母的選育是實(shí)現(xiàn)酒精濃醪發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵。 [17] 釀酒活性干酵母應(yīng)用于釀酒行業(yè)和超級(jí)釀酒酵母應(yīng)用于酒精濃醪發(fā)酵，不僅是我國釀酒工業(yè)的技術(shù)革命，而且極大地推動(dòng)了酒精行業(yè)的技術(shù)快速發(fā)展。目前，釀酒活性干酵母廣泛應(yīng)用于釀酒工業(yè)和酒精的濃醪發(fā)酵以及燃料酒精工業(yè)。針對(duì)酒精生產(chǎn)原料的變化，酒精生產(chǎn)工藝的不同，釀酒活性干酵母的適應(yīng)性和發(fā)酵濃度將會(huì)提高；酵母對(duì)溫度、滲透壓以及對(duì)產(chǎn)物、底物 的抑制的敏感度將降低；酒精生產(chǎn)工藝的控制要求將進(jìn)一步提高，對(duì)釀酒活性干酵母對(duì)酵母質(zhì)量的要求也將更高。 (孫悟 ) [18]安琪公司的玉米酒精專用的“超級(jí)耐高溫釀酒高活性干酵母”這一新酵母品種，開始用其代酒原高溫釀酒酵母用于生產(chǎn)并驗(yàn)濃發(fā)酵在不改變?cè)a(chǎn)設(shè)備的條件下收到良好的效果。 生產(chǎn)方法 粉碎工段 玉米中淀粉含量高達(dá) 70%左右，蛋白質(zhì)含量占 %，胚芽含量占 6%～ 8%，纖維含量 %。玉米不僅是生產(chǎn)酒精的良好原料，而且在生產(chǎn)酒精的同時(shí)，應(yīng)開展提取玉米油、蛋白等綜合利用。以玉米為原料生產(chǎn)酒精， 目前國內(nèi)大多均采用干法粉碎生產(chǎn)，胚芽、蛋白等沒有被充分利用，這是資源吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 5 的極大浪費(fèi)；而國外發(fā)達(dá)的資本主義國家則采用濕法生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)玉米各組分實(shí)行綜合利用。工業(yè)上從節(jié)省能耗和占地面積角度考慮，選用的是干法粉碎。 液糖化工段 為簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，便于工業(yè)化生產(chǎn)，我們采用添加液化酶和糖化酶即所謂雙酶法的生產(chǎn)工藝。糖化是淀粉發(fā)酵生產(chǎn)酒精的重要前期處理步驟。糖化工藝為半糖化法。半糖化法可以降低由于糖份過高而在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的底物抑制。半糖化法可以縮短釀酒周期，生產(chǎn)實(shí)際證明半糖化法還可以提高出酒率。相反全糖化 法糖分過高，在發(fā)酵過程中容易產(chǎn)生底物抑制。因此我們采用半糖化的方法法進(jìn)行工藝生產(chǎn)。 糖化酶將淀粉液化產(chǎn)物糊精及低聚糖進(jìn)一步水解成葡萄糖。糖化酶能作用于淀粉、糊精、低聚糖等，是糖苷鍵連接的葡萄糖殘基逐個(gè)水解分離。糖化酶也能水解麥芽糖為葡萄糖。 發(fā)酵工段生產(chǎn)方法 采用大罐連續(xù)發(fā)酵方法，共采用 8個(gè)罐。第一個(gè)罐和第二個(gè)罐作為干酵母的復(fù)水活化，可適量加入營養(yǎng)鹽，第三個(gè)罐至酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)， 第四個(gè)罐至第六個(gè)罐是主發(fā)酵罐，第七個(gè)罐是后發(fā)酵罐，第八個(gè)罐作為成熟醪中間罐，并可在發(fā)酵不徹底時(shí)作為發(fā)酵罐使用。酵母菌種采 用干酵母，在使用前只需復(fù)水活化即可，省去了菌種培養(yǎng)的過程。 3 41 罐主要用于活性干酵母的復(fù)水與活化。糖化醪進(jìn)入前，應(yīng)先對(duì)該罐進(jìn)行 CIP 清洗。緩緩加入糖化醪，是還原糖的濃度保持在 10%左右，向 61 罐輸送種子液。 61罐是一個(gè)擴(kuò)大培養(yǎng)罐， pH值為 ~，通過螺旋板式換熱器將溫度控制在 31~32℃ ，糖化醪、種子液、潔凈的空氣、營養(yǎng)鹽等連續(xù)進(jìn)料。物料經(jīng)底部離開 61 罐，部分回流，部分由泵從頂部進(jìn)入到 81 罐，該罐是一個(gè)主發(fā)酵罐，發(fā)酵速度迅猛，它的液位， PH 值和溫度控制與 61 罐一樣。 81罐產(chǎn)生的熱量很大，發(fā) 酵完后，物料還是經(jīng)底部留出部分回流，部分由泵從 82 罐頂部進(jìn)入，一般情況下， 8 8 83都是主發(fā)酵罐， 84屬于后發(fā)酵罐。在后發(fā)酵罐階段，還原糖的濃度較低，酵母逐漸老化，因此發(fā)酵速度變慢，物料離開 84罐后，進(jìn)入到 0311 罐，準(zhǔn)備進(jìn)入精餾工段。 發(fā)酵溫度為 32℃ 左右：溫度過高，菌種老化；溫度過低，菌種生長(zhǎng)不好。 大罐連續(xù)發(fā)酵法操作方便、生產(chǎn)穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)過程的自動(dòng)化控制，設(shè)備利用率高。 精餾工段生產(chǎn)方法 采用 六塔差壓精餾技術(shù)。采用該流程，可生產(chǎn)優(yōu)級(jí)食用酒精，每噸酒精耗蒸汽量?jī)H為 ，比常壓精餾每 噸酒精可節(jié)約 2t 多蒸汽。整個(gè)過程的熱量被循環(huán)使用，從而節(jié)約了大量能量，而且所生產(chǎn)的酒精純度高，彌補(bǔ)了 傳統(tǒng)精餾技術(shù)能耗高、產(chǎn)品純度低的缺點(diǎn)。同時(shí)，在精餾塔可以得到副產(chǎn)品雜醇油。粗餾塔底的酒精糟用于生產(chǎn)高蛋白飼料，然后，再經(jīng)過萃取，從飼料中提取玉米油。 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 6 設(shè)計(jì)廠區(qū)的自然條件 環(huán)境衛(wèi)生 表 2— 1國家區(qū)域標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 一級(jí)區(qū)域 二級(jí)區(qū)域 三級(jí)區(qū)域 空氣含塵量（ mg/m3） ～ 高度潔凈區(qū) 一般標(biāo)準(zhǔn)區(qū) 污染區(qū) 地理位置 廠址選擇滿足以下幾點(diǎn)要求 ：①防洪：廠區(qū)應(yīng)設(shè)在歷年最高洪水線 以上；②郊區(qū)；③主要風(fēng)向：居民區(qū)的下風(fēng)側(cè)；④排水：平地坡度不小于 %，在主要地段不大于 2%；大型廠 ≤4 ％；中型廠 ≤6% ；小型廠 ≤10% ；⑤水質(zhì)合格，水量夠用。 地質(zhì)條件 避免在溶洞、沼澤、斷裂帶、流沙、礦區(qū)上面建廠。地耐力：一般 15t/㎡， 另外，還應(yīng)該注意凍土層。 氣象條件 要求積累 10年以上的資料，有最高，最低，平均資料。 ①風(fēng)向：建在當(dāng)?shù)厝曛鲗?dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)側(cè)。 ②氣溫如表 2— 2： 表 2— 2 吉林市氣 溫表 氣溫 最熱月最 熱時(shí)平均 極端最低 最熱月平均 最冷月最低 時(shí)平均 最冷月平均 ℃ （ 7月） — — — 抗震條件 我國規(guī)定：①地震 6 度裂度或以下適合建廠；②地震 7 度裂度地區(qū)適合加固廠房。造價(jià)增加15%， 不適合建廠；③對(duì)于地 震 8度裂度地區(qū)，采取更為嚴(yán)格的措施，包括采用框架結(jié)構(gòu)，梁加大，造價(jià)增加 30%， 不適合建廠。 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 7 原料、產(chǎn)品規(guī)格及公用工程 玉米原料規(guī)格 表 21 玉米原料規(guī)格 項(xiàng)目 淀粉含量（ %） 水分（ %） 雜質(zhì) 霉變 來源 規(guī)格 63 14 少 無 市場(chǎng)或農(nóng)村收購 酶的規(guī)格 表 22 液化酶、糖化酶的規(guī)格 項(xiàng)目 規(guī)格 保質(zhì)期 廠址 液化酶 ～ 萬 /ml 25℃ ， 3個(gè)月 天津市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)南海路 150號(hào) 糖化酶 10 萬 /ml 25℃ ， 3個(gè)月 吉林市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)三號(hào)道 酵母的規(guī)格 表 23 酵母的規(guī)格 名稱 配料 用途 用量 超級(jí)安琪耐高溫活性干酵母 天然酵母、乳化劑 酒精濃醪發(fā)酵 按噸原料 ： %～ % 按乙醇： %～ % 保質(zhì)期 生產(chǎn)商 12 個(gè)月 安琪酵母股份有限公司 營養(yǎng)鹽、酸、堿的種類及規(guī)格 表 24 發(fā)酵工段輔助原料的種類及規(guī)格 項(xiàng)目 規(guī)格 磷酸氫二氨 養(yǎng)分 尿素 總氮 硫酸 濃度 14%～ 18% 氫氧化鈉 濃度 ≤10% 燒堿液 濃度 ≥50% ， CIP 清洗 抑菌物質(zhì) 青霉素 呈酸性，在特定情況下減少其用量，可以提高種子罐的 pH 值；一般交吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 8 抑菌靈 替使用，防止細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性。 產(chǎn)品及副產(chǎn)品的產(chǎn)量 表 25 產(chǎn)品和副產(chǎn)品規(guī)格 名稱 年產(chǎn)量（噸） 食用酒精 38500 工業(yè)酒精 760 雜醇油 1900 公用工程 表 26 公用工程參數(shù) 名稱 規(guī)格 說明 1 工藝水 符合飲 用標(biāo)準(zhǔn) 26℃ 2 糖化發(fā)酵冷卻水 無腐蝕、無泥沙、低硬度 (表 ) ≤18℃ 3 蒸餾塔冷卻水 無腐蝕、無泥沙、低硬度 (表 ) ≤28℃ 4 動(dòng)力電 380v177。5% 三相帶零線 5 低壓電 220v 50Hz177。5% 6 無菌壓縮空氣 ≤( 表 ) 露點(diǎn) 40℃ 工作壓力 200N178。m 3/h 7 加熱用水蒸氣 (絕壓 ) 液化、糖化、糊化、蒸餾 9 加熱用水蒸氣 (絕壓 ) 空氣過濾器消毒 廠址及原料運(yùn)輸 料供應(yīng)與產(chǎn)品銷售 所選的廠址應(yīng)盡量接近原料產(chǎn)地，異地原料應(yīng)保證供應(yīng)方便，減少運(yùn)輸損失，進(jìn)廠后需有相應(yīng)的儲(chǔ)備工藝，以保證正常生產(chǎn)，降低原料成本。 選擇廠址時(shí)，應(yīng)考慮滿足把本地區(qū)的風(fēng)俗習(xí)慣與廣泛性的更新要求。 選擇廠址時(shí)要考慮供熱方式、汽量及氣壓等情況。 吉林化工學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)說明書 9 所選的長(zhǎng)址必須有符合要求的水源，應(yīng)盡量靠近城市的排水系統(tǒng)，以便統(tǒng)一處理。如附近無排水系統(tǒng)，則需自行設(shè)計(jì)污水處理站排放。 場(chǎng)地面積的選擇有利于全廠總平面圖的合理布置，符合工廠規(guī)模的需要 ，提高全廠性的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并友誼頂?shù)臄U(kuò)建余地為原則。 要求交通運(yùn)輸方式可靠，鐵路、公路、水路優(yōu)勢(shì)明顯，且有發(fā)展的前景。 在確定廠址時(shí)，必須有城建規(guī)劃部門的意見。還必須熟悉附近企業(yè)的特點(diǎn)、近期協(xié)作的愿望與條件、發(fā)展的遠(yuǎn)景對(duì)本廠址的影響等，以便相互協(xié)作、共同發(fā)展。 環(huán)保和安全 發(fā)酵工廠在生產(chǎn)過程中，要排放出大量的廢氣、廢水和廢渣，簡(jiǎn)稱三廢。另外，噪聲也是一種污染，損害人體健康，應(yīng)采取措施防治。酒精發(fā)酵工廠排出的廢氣主要是二氧化碳，發(fā)酵工廠排出的廢水屬于高濃度有機(jī)廢水。三廢的治理應(yīng)因地制 宜的采取多種方式。噪音的防治主要考慮壓濾機(jī)械、粉碎機(jī)械的噪音。 本設(shè)計(jì)為玉米發(fā)酵生產(chǎn)優(yōu)級(jí)食用酒精，按 GBJ1687 生產(chǎn)的火災(zāi)危險(xiǎn)等級(jí)，定為戊級(jí)，按GB5005892《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》，發(fā)酵車間防爆為 2級(jí)，耐火等級(jí)為 2級(jí)。因此其廠房層數(shù)及面積皆不受限，廠房的防火間距為 10m。 純酒精的性質(zhì) 純酒精是無色透明的液體，比水輕，具有特殊的芳香和刺激味，吸濕性強(qiáng)，可與水以任意比例混合并產(chǎn)生熱量。酒精是揮發(fā)、易燃燒的，燃燒時(shí)產(chǎn)生大 量的熱量，