【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 和應(yīng)用。本次試驗(yàn)要求為高壓蒸煮，即416k，5個(gè)大氣壓（表壓）蒸煮。（3）糊化或液化淀粉只有在催化劑的作用下才能轉(zhuǎn)成葡萄糖，這種催化劑可以是硫酸等無(wú)機(jī)酸，也可以是淀粉酶這類生物催化劑。目前國(guó)內(nèi)外酒精生產(chǎn)上用的是淀粉酶系統(tǒng)。淀粉酶系統(tǒng)主要是糊化酶（一般是細(xì)菌α淀粉粉酶,因其更耐高溫）和糖化酶，α淀粉粉酶水解淀粉的產(chǎn)物主要是糊精，糖化酶則主要把糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵的葡萄糖。從上述流程可見(jiàn)，淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)是由原料預(yù)處理，原料的水熱處理（原料的蒸煮），糖化劑生產(chǎn)，糖化，酒母制備，發(fā)酵和蒸餾等工段組成的。下面分別對(duì)上述諸工段作詳細(xì)的介紹。（1）原料的的除雜淀粉原料中最常見(jiàn)的雜質(zhì)有泥沙、石塊和金屬雜質(zhì)三大類。常用的除雜方法有篩選、風(fēng)送除雜和電磁除鐵三種。（2）原料的粉碎在酒精生產(chǎn)過(guò)程中，淀粉原料都應(yīng)進(jìn)行粉碎處理[18]。投產(chǎn)前先把塊狀或粒裝的原料磨碎成粉末狀態(tài)。原料經(jīng)粉碎后，受熱面積可增加，利于淀粉原料的吸水膨化糊化，從而提高熱處理效率。原料粉碎的方法：原料粉碎方法有干法和濕法粉碎兩種。①干法粉碎：干法粉碎多采用粗碎和細(xì)碎兩級(jí)粉碎工藝。原料過(guò)磅稱重后，進(jìn)入輸送帶，電磁除鐵后進(jìn)行粗碎（原料顆粒應(yīng)通過(guò)6~10mm的篩孔）。常用的設(shè)備是軸向滾筒式粗碎機(jī)和錘式粉碎機(jī)。粗碎后的物料在送去進(jìn)行細(xì)粉碎（原料顆粒應(yīng)通過(guò)。~）。②濕式粉碎：粉碎時(shí)將攪拌用水與原料一起加到粉碎機(jī)種進(jìn)行粉碎。玉米等淀粉質(zhì)原料，吸水后在高溫高壓條件下進(jìn)行蒸煮，使植物組織和細(xì)胞徹底破裂，由于吸水膨脹而破壞，使淀粉由顆粒變成溶解狀態(tài)的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可發(fā)酵性糖。其次，由于原料表面附著大量的微生物，如果不將這些微生物殺死[12]，會(huì)引起發(fā)酵過(guò)程的嚴(yán)重污染，使生產(chǎn)失敗。通過(guò)高溫高壓蒸煮后，對(duì)原料進(jìn)行了滅菌作用。在蒸煮過(guò)程中植物組織和細(xì)胞的變化過(guò)程如下：(1)預(yù)煮 在加溫水投料浸泡和預(yù)煮時(shí)，原料吸水膨化，此時(shí)不僅淀粉膨化，纖維素也膨化，細(xì)胞間的物質(zhì)（主要是果膠質(zhì)）和細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)部分溶解，是，使植物組織的堅(jiān)固性減弱。為下一步蒸煮創(chuàng)造良好的條件。(2)蒸煮 在原料蒸煮過(guò)程中，當(dāng)溫度升高至120~135℃時(shí)，最初20~25min內(nèi)，果膠質(zhì)的溶解便可完成，淀粉和多聚戊糖的溶解也開(kāi)始劇烈地進(jìn)行。果膠質(zhì)的溶解對(duì)細(xì)胞壁的破裂有重要意義。此后，當(dāng)溫度升高至145~150℃時(shí)，由于細(xì)胞壁的強(qiáng)度大為削弱，淀粉便從細(xì)胞內(nèi)釋出，直至蒸煮完畢為止。(3)后熟 在原料的蒸煮階段，雖然原料不斷軟化，植物組織和細(xì)胞也有部分裂解，但大部分仍未失去原有的形態(tài)，只有經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的后熟，在吹醪時(shí)即醪液在蒸煮罐內(nèi)吹出時(shí)，由于醪液通過(guò)蒸煮鍋噴出口的狹縫，壓力發(fā)生變化，產(chǎn)生蒸汽的絕熱膨脹，使細(xì)胞破裂，植物組織才能完全碎解。為了盡可能使原料細(xì)胞完全破裂而成為均一的醪液，在吹醪時(shí)醪液放出的速度應(yīng)當(dāng)快些。但是如果吹醪速度太快，則醪液容易從糖化鍋或后熟器中噴出。淀粉質(zhì)原料蒸煮以后得到的蒸煮液[14]，或者無(wú)蒸煮工藝的醪液中，淀粉變成了糊精，糊精不能直接被酵母菌利用發(fā)酵生成酒精。糊化醪（進(jìn)行液化過(guò)程后得到的溶液，也叫液化醪）在發(fā)酵前必須加入一定數(shù)量的糖化劑（麩曲、液體曲、糖化酶），使淀粉、糊精水解生成為酵母能發(fā)酵的糖類，同時(shí)糊化醪在進(jìn)行糖化是應(yīng)該先經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻降溫，使糊化醪降溫到接近60℃，才能進(jìn)入糖化罐。再加入糖化酶與糊化醪混合就能進(jìn)行糖化過(guò)程了。淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪@一過(guò)程，稱為糖化。糖化后的醪液稱為糖化醪。（1）糖化的目的糖化的目的是將淀粉水解成可發(fā)酵性糖。在糖化工序內(nèi)不可能將全部淀粉都轉(zhuǎn)化為糖，相當(dāng)一部分淀粉和糊精要在發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)一步酶水解，并生成可發(fā)酵性糖。后面這個(gè)過(guò)程早在酒精生成上稱為“后糖化”，而前面的糖化工序則稱為“前糖化”或簡(jiǎn)稱“糖化”。（2）淀粉水解的基本原理淀粉質(zhì)原料的糖化過(guò)程，就是把淀粉轉(zhuǎn)變成葡萄糖。在進(jìn)行糖化的過(guò)程中，往往需要酸或酶作為糖化劑，因此工業(yè)上常采用的方法有酸法糖化和酶法糖化。①酸解法 酸解法又稱酸糖化法，它是以酸（無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸）為催化劑，在高溫高壓下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。②酶解法 酶解法是用淀粉酶將淀粉水解為葡萄糖。酶解法制葡萄糖可分為兩步：第一步是α淀粉酶將淀粉液轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，這個(gè)過(guò)程稱為“液化”。第二步是利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解，轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑倪^(guò)程。在生產(chǎn)上稱為“糖化”。淀粉的“液化”和“糖化”都是在微生物酶的作用下進(jìn)行的，故也稱為雙酶水解法。③酸酶結(jié)合法 酸酶結(jié)合水解法是集酸法及酶法制糖的優(yōu)點(diǎn)而形成的生產(chǎn)工藝。根據(jù)原料淀粉性質(zhì)又可分為酸酶水解法和酶酸水解法。（1）酒精生產(chǎn)對(duì)酵母的要求①應(yīng)具有較高的發(fā)酵能力，即能快速并完全地將糖分轉(zhuǎn)化為酒精。②繁殖速度快，即具有高的比生長(zhǎng)速度。③具有高的耐酒精能力，即對(duì)本身代謝產(chǎn)物的穩(wěn)定性高，因而可以進(jìn)行濃醪發(fā)酵。④抵抗雜菌能力強(qiáng)，即對(duì)雜菌代謝產(chǎn)物的穩(wěn)定性高，耐有機(jī)酸能力強(qiáng)。⑤對(duì)培養(yǎng)基的適應(yīng)性強(qiáng)，耐高溫，耐鹽，耐干物質(zhì)濃度的性能強(qiáng)。（2）接種①接種與成熟久母細(xì)胞數(shù)的關(guān)系對(duì)于同一種酒母糖化醪，接種量過(guò)大，則新增酵母細(xì)胞數(shù)相應(yīng)減少；接種量太小，因酵母世代數(shù)增加，新鮮強(qiáng)壯的酵母量也會(huì)相應(yīng)的減少。②接種量與培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系接種量變大，培養(yǎng)時(shí)間就縮短，工廠中如采用分割法培養(yǎng)小酒母或大酒母成熟時(shí)間以成倍縮短。③接種時(shí)間在繁殖旺盛期，醪液中酵母的增殖能力特別強(qiáng)，其生命活動(dòng)也處于最旺盛的階段，細(xì)胞總數(shù)也達(dá)到或接近最高峰，這時(shí)接種最有利于酵母的繼續(xù)擴(kuò)大培養(yǎng)，它能迅速地造成酵母優(yōu)勢(shì)，抑制雜菌的生長(zhǎng)。④酒母培養(yǎng)溫度由于酒母培養(yǎng)期間會(huì)產(chǎn)生熱量而使醪液溫度升高，操作時(shí)要及時(shí)注意開(kāi)冷卻水冷卻，以保證酵母菌健壯成長(zhǎng)。⑤通風(fēng)培養(yǎng)久母在實(shí)際培養(yǎng)酒母時(shí)，往往用不停期的攪拌來(lái)適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充一點(diǎn)溶解氧，就能基本滿足酵母生長(zhǎng)的需要。如果工廠具備無(wú)菌空氣，則也可以通2～3次風(fēng)，每次1～2min，風(fēng)量為每立方米酒母醪每小時(shí)通入2立方米無(wú)菌空氣即可。⑥防止雜菌污染除了對(duì)原始菌種進(jìn)行定期分離純化外，在培養(yǎng)過(guò)程中要加強(qiáng)無(wú)菌管理和環(huán)境衛(wèi)生工作，特別要注意酒母罐的情況和管道閥門(mén)的清洗和滅菌，要注意消除死角。酒母車間應(yīng)與其他車間隔開(kāi)，避免污染。淀粉質(zhì)原料經(jīng)過(guò)預(yù)處理、蒸煮和糖化等作用[18]，大部分淀粉轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖?？砂l(fā)酵性糖在酵母菌的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸?，獲得酒精產(chǎn)品。酒精發(fā)酵過(guò)程以外觀現(xiàn)象可以將其分為如下3個(gè)發(fā)酵不同階段：（1）前期發(fā)酵 在酒母與糖化醪加入發(fā)酵罐后，酵母細(xì)胞利用醪液中溶解的少量的氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，迅速的進(jìn)行繁殖，并達(dá)到一定的數(shù)量。同時(shí)，醪液中的糊精繼續(xù)被糖化酶作用生成糖分。醪液溫度控制，接種時(shí)為26~28℃，前發(fā)酵期溫度不超過(guò)30℃。前發(fā)酵時(shí)間的長(zhǎng)短取決于酵母的接種量及種酵母的菌齡，一般為6~8h。（2）主發(fā)酵期 醪液中酵母細(xì)胞數(shù)達(dá)每毫升1億個(gè)以上，酵母菌因氧氣已消耗基本上停止繁殖，主要進(jìn)行酒精發(fā)酵作用。此階段，醪液中糖分迅速下降，酒精逐漸增多，并產(chǎn)生大量二氧化碳。發(fā)酵溫度應(yīng)控制在30~34℃。時(shí)間為10~14h。（3）后發(fā)酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉，其中殘存的糊精會(huì)繼續(xù)被淀粉酶水解為糖，此水解作用的速度緩慢，發(fā)酵作用也十分緩慢。此時(shí)醪液溫度應(yīng)控制在30~32℃。后發(fā)酵一般約需60~72h左右。發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成隨原料種類、加工方法、菌種性能以及操作條件不同而變化。化學(xué)組成一般為：含水82%~90%，酒精7%~11%,還含有醇、醛、酸、酯等揮發(fā)性物質(zhì)，浸出物、無(wú)機(jī)鹽、酵母泥和其他不揮發(fā)性物質(zhì)以及夾雜物。要得到高濃度和高純度的酒精，就需要用蒸餾和精餾的方法，把酒精從成熟醪中分離出來(lái)。（1）蒸餾的基本原理蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的不同而分離組成的方法[4]。在酒精生產(chǎn)中，通常把酒精和其他揮發(fā)性雜質(zhì)從發(fā)酵成熟醪中分離出來(lái)的過(guò)程，稱為蒸餾，也稱為粗餾。蒸餾所得到的是含揮發(fā)性雜質(zhì)較多的粗酒精，所用的設(shè)備稱作醪塔，也稱粗餾塔。從塔底排出的廢液稱為酒糟，其主要成分是水和少量不揮發(fā)性物質(zhì)。除去混在粗酒精中的揮發(fā)性雜質(zhì)和一部分水，進(jìn)一步提高酒精濃度和純度的操作過(guò)程，稱為精餾。精餾有的結(jié)果可以得到各種符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的酒精（醫(yī)藥酒精或精餾酒精），所用的設(shè)備稱為精餾設(shè)備。精餾設(shè)備除了精餾塔以外，還要視其產(chǎn)品質(zhì)量要求，安裝排醛塔（也稱分餾塔）或甲醇塔等。（2）蒸餾工藝醪液蒸餾和酒精精餾的主要設(shè)備是蒸餾塔，它把酒精從醪液中蒸餾分離出來(lái)，把酒精蒸餾到高濃度；同時(shí)分離出部分雜質(zhì)。酒精發(fā)酵的成熟醪除含有固形物外，主要成分是酒精和水，并伴隨許多微量物質(zhì)如醛、醇、酮、酯等，這些微量物質(zhì)在酒精蒸餾系統(tǒng)中統(tǒng)稱雜質(zhì)。酒精和低沸點(diǎn)物質(zhì)容易揮發(fā)，高沸點(diǎn)物質(zhì)經(jīng)水蒸氣蒸餾也氣化上升，因此酒精與雜質(zhì)混雜起來(lái)。但是酒精和雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)不同，比酒精更易揮發(fā)的雜質(zhì)稱為頭級(jí)雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的沸點(diǎn)多數(shù)比酒精低，也稱低沸點(diǎn)雜質(zhì)，如乙醛、乙酸乙酯等；尾級(jí)雜質(zhì)的揮發(fā)性比乙醇低，沸點(diǎn)多數(shù)比乙醇高，也稱為高沸點(diǎn)雜質(zhì)，因呈油狀漂浮在蒸餾酒的酒尾液面上，故稱雜醇油。雜質(zhì)因揮發(fā)性不同而在塔里分布和聚集的區(qū)域不同，運(yùn)用雜質(zhì)分布的規(guī)律可在蒸餾操作中分離部分雜質(zhì)。各種雜質(zhì)不是高度集中于塔德某一區(qū)域，而且雜質(zhì)的聚集還受操作的影響，不可能一次性除凈，也不可能在一個(gè)塔里把各種雜質(zhì)同時(shí)除凈。根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量的不同要求和雜質(zhì)的特性，組成不同的流程，蒸餾得到不同質(zhì)量的成品。常見(jiàn)的流程有單塔式、雙塔式、三塔式和多塔式。 主要原輔料及工藝參數(shù)（1）主要原輔料原料： （市售）玉米粉。玉米粉是由脫皮、脫胚的優(yōu)質(zhì)玉米精制而成[5]。無(wú)有害、有毒物質(zhì)，無(wú)沙子或其它不純物，質(zhì)量一致且符合食品級(jí)，無(wú)任何添加劑和抗氧劑。 外觀：色澤、氣味、口味均正常、無(wú)霉變、無(wú)雜物，白色至黃色自由流動(dòng)的顆粒，沒(méi)有其它雜質(zhì)。 氣味及味道：具有特有的玉米香味，沒(méi)有酸味、霉變的味道及其它異味。液化酶：耐高溫α淀粉酶，20000U/mL，張家港市金源生物化工有限公司生產(chǎn)。糖化酶：β淀粉酶，80000U/mL，張家港市金源生物化工有限公司生產(chǎn)。酵母菌：安琪牌高溫酒精活性干酵母。堿液：NaOH溶液，用于中和醪液。（2）工藝參數(shù)拌料溫度：60~65℃ 加水比：1:蒸煮溫度：120~125℃ 蒸煮時(shí)間：60~70min液化溫度：85~95℃ 液化時(shí)間：100~120min初液化時(shí)間：30 min 末液化時(shí)間：50~60 min糖化溫度：60~65℃ 糖化時(shí)間：糖化醪pH值：~ 糖化率：45%~55%糖化醪濃度 24～25Bx(清液回配) 雙酶法玉米酒精生產(chǎn)工藝流程 玉米粉→調(diào)漿→噴射器→蒸煮柱→后熟 ↓ 液化酶→ 1液化罐←堿(NaOH) ↓ 液化醪←冷卻降溫← 2液化罐←堿(NaOH) ↓ 真空冷卻器 → 糖化鍋←糖化酶 ↓ ↓ 二次蒸汽 板式換熱器 ↓ ↓ 冷凝器 糖化醪→發(fā)酵罐圖4—2 玉米原料酒精生產(chǎn)的液糖化工藝流程 雙酶法玉米酒精生產(chǎn)工藝流程說(shuō)明液化過(guò)程：指催化劑將淀粉液轉(zhuǎn)化為糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，這一過(guò)程叫液化。這里的催化劑可以是硫酸等無(wú)機(jī)酸，也可以是淀粉酶這類生物催化劑。目前國(guó)內(nèi)外酒精生產(chǎn)上用的是淀粉酶系統(tǒng)。淀粉酶系統(tǒng)主要是糊化酶（一般是細(xì)菌α淀粉粉酶,因其液化溫度很高，而α淀粉粉酶有耐高溫性）和糖化酶。在液化時(shí)一般要加入堿液（NaOH溶液），應(yīng)為進(jìn)行蒸煮得到的醪液偏堿性，而細(xì)菌α淀粉粉酶的酶活性偏中性，所以進(jìn)行液化時(shí)要加入NaOH溶液進(jìn)行中和醪液，以使細(xì)菌α淀粉粉酶得到充分利用。蒸煮醪經(jīng)過(guò)液化后得到的溶液稱為液化醪。液化醪冷卻后儲(chǔ)存到液化醪儲(chǔ)存罐中。糖化過(guò)程：玉米原料蒸煮以后得到的蒸煮液[6]，經(jīng)過(guò)液化過(guò)程得到的醪液中，淀粉變成了糊精，糊精不能直接被酵母菌利用發(fā)酵生成酒精。糊化醪在發(fā)酵前必須加入一定數(shù)量的糖化劑（麩曲、液體曲、糖化酶），使淀粉、糊精水解生成為能被酵母菌發(fā)酵的糖類。淀粉轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑倪@一過(guò)程，稱為糖化。液化醪經(jīng)過(guò)糖化后的醪液稱為糖化醪。液化醪在進(jìn)入糖化鍋之前先進(jìn)入真空冷卻器，醪液瞬時(shí)間冷卻到63℃左右,然后再進(jìn)入糖化鍋與糖化酶混合進(jìn)行糖化過(guò)程。液化醪的冷卻是在真空條件下瞬時(shí)間完成，使得液化的淀粉分子來(lái)不及聚合排列形成晶體結(jié)構(gòu)就已經(jīng)冷卻結(jié)束，這對(duì)糖化有利，并且真空冷卻可省去大量冷卻用水，最終的能耗也低于混合冷卻工藝。 雙酶法酒精生產(chǎn)工藝特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：與其他方法相比，省掉了制曲車間，節(jié)省了建筑投資和設(shè)備投資，水電汽的消耗量也降低，由于酶專一性強(qiáng)，液糖化過(guò)程中副反應(yīng)也相應(yīng)減少，提高了糖化醪的質(zhì)量；與高溫法相比，發(fā)酵醪的酒精含量高，同時(shí)殘留的外觀糖度和還原糖的量降低，指標(biāo)優(yōu)于高溫發(fā)酵法。缺點(diǎn)：液化時(shí)間比傳統(tǒng)工藝略長(zhǎng)，對(duì)粉漿的濃度、值和溫度要求較嚴(yán)格。設(shè)計(jì)中主要體現(xiàn)實(shí)用化、經(jīng)濟(jì)化和自動(dòng)化，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到較高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)查閱資料、下廠調(diào)研、物料衡算、設(shè)備計(jì)算及選型、經(jīng)濟(jì)計(jì)算、繪圖等完成本設(shè)計(jì)最后根據(jù)工藝流程和工藝計(jì)算，進(jìn)行工廠設(shè)計(jì)和設(shè)備選型。通過(guò)本人的設(shè)計(jì)可大體上了解使用酒精的生產(chǎn)全過(guò)程。第5章 物料衡算 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)題目：120000T/年食用酒精工藝設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模 120000T/年生產(chǎn)方法：雙酶糖化、間歇發(fā)酵、三塔蒸餾生產(chǎn)天數(shù)：320天/年 食用酒精年產(chǎn)量：120000T