【正文】 2010年將達(dá)到100萬噸。根據(jù)Frostamp。隨著中國(guó)工業(yè)的高速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于甘油的需求也逐漸增加。[2] 2003～2006年間中國(guó)甘油進(jìn)口量（單位：噸）生產(chǎn)甘油以滿足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求同時(shí)獲得很好的經(jīng)濟(jì)收益。（2）可以長(zhǎng)遠(yuǎn)解決公司的生存問題，并且為當(dāng)?shù)靥峁└嗟木蜆I(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。（4）有利于國(guó)家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，保持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。（1）按技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行論證，以確定最佳方案；（2）盡可能采用節(jié)能工藝和高效設(shè)備，充分發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，降低能耗、物耗和生產(chǎn)成本，提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益；（3）主體工程與環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全和工業(yè)衛(wèi)生同時(shí)考慮，以減少“三廢”排放，加強(qiáng)廢渣治理，確保安全生產(chǎn)，消除并盡可能減小工廠生產(chǎn)對(duì)化境的不良影響和對(duì)工廠職工以及周邊地區(qū)居民健康的危害。本產(chǎn)品為精甘油，質(zhì)量規(guī)格為一等品，執(zhí)行國(guó)家《GB1320691》標(biāo)準(zhǔn)，具體指標(biāo)見下表2。化學(xué)合成法生產(chǎn)的稱為合成甘油，以天然油脂為原料的方法和發(fā)酵法，所得甘油都稱為天然甘油。（1）皂化甘油（油脂皂化）油脂皂化是油脂與堿液在一定條件下反應(yīng)生成肥皂及甘油的過程,其反應(yīng)方程式如下：甘三酯 苛性鈉 肥皂 甘油皂化反應(yīng)產(chǎn)物分成2 層：上層主要是含脂肪酸鈉鹽（肥皂）及少量甘油：下層是廢堿液，為含有鹽類、氫氧化鈉的甘油稀溶液，一般含甘油質(zhì)量分?jǐn)?shù)9％～16％，無機(jī)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)8％～20％。油脂水解的主產(chǎn)品是硬脂酸、油酸等油化產(chǎn)品，甘油是副產(chǎn)品。（3）油脂醇解油脂醇解是指油脂與過量低碳鏈醇(如甲醇)在一定條件下反應(yīng)生成脂肪酸酯和甘油的過程,反應(yīng)方程式如下:甘三酯 甲醇 脂肪酸甲酯 甘油在此反應(yīng)過程中,每生產(chǎn)1Kg脂肪酸甲酯,約產(chǎn)生0無論是制皂廢液，還是油脂水解得到的甘油水所含的甘油量都不高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%左右），而且都含有各種雜質(zhì)。[3]從丙烯合成甘油的多種途徑可歸納為2 大類，即氯化和氧化。（1）丙烯醛法首先，丙烯氣相氧化合成丙烯醛，然后丙烯醛用異丙醇還原合成合成丙烯醇；最后丙烯醇過氧化氫羥基化合成甘油。該法生產(chǎn)的甘油產(chǎn)品質(zhì)量較高，原料消耗低，但流程長(zhǎng)。(2)丙烯過乙酸氧化法丙烯與過乙酸作用合成環(huán)氧丙烷，環(huán)氧丙烷發(fā)生異構(gòu)化為烯丙醇，然后在過乙酸氧化下生成環(huán)氧丙醇(即縮水甘油)，水解生成甘油。 過乙酸的生產(chǎn)不需要催化劑，乙醛與氧氣氣相氧化，在常壓、150160℃、接觸時(shí)間24s的條件下，乙醛轉(zhuǎn)化率11%，過乙酸選擇性83%。原料烯丙醇和含有過乙酸的乙酸乙酯溶液送人塔后，塔釜控制在6070 ℃，1320KPa。此法選擇性和收率均較高，采用過乙酸為氧化劑，可不用催化劑，反應(yīng)速度較快，簡(jiǎn)化了流程。此法選擇性和收率均較高，采用過醋酸為氧化劑，可不用催化劑，反應(yīng)速度快，流程簡(jiǎn)單，操作容易，收率大于98%，廢水、廢氣容易處理。（3）環(huán)氧氯丙烷法丙烯高溫氯化成氯丙烯，氯丙烯再氯化成二氯丙醇。經(jīng)分離精制后送入水解器，用10%苛性鈉或者碳酸鈉水溶液進(jìn)行水解，得到水解液中含有大量氯化鈉和稀甘油水溶液，進(jìn)入多效蒸發(fā)器，濃縮得到80%的甘油，最后經(jīng)真空蒸餾、活性炭脫色、離子交換樹脂處理，得到精制甘油。現(xiàn)在法國(guó)已將此法改為直接水解法，即不經(jīng)過環(huán)氧氯丙烷步驟。[4]將天然油脂水解法和環(huán)氧氯丙烷法原料消耗作一粗略的對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)天然油脂水解法的優(yōu)勢(shì)，天然油脂水解法用的原料是肥皂廢液，沒有規(guī)格要求，價(jià)格便宜”習(xí)。而且，合成法制甘油的設(shè)備投資大，成本又較高。所以，許多化學(xué)工作者又將發(fā)酵法生產(chǎn)甘油作為努力的方向。我國(guó)研究發(fā)酵法始于20世紀(jì)50年代中期，從60年代興起的耐高滲透酵母菌種的研究和應(yīng)用到70年代處于鼎盛時(shí)期，到1994年至1995年，開始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)，特別是山東、江蘇、甘肅等地的企業(yè)。釀酒的發(fā)酵醪液中，%%的甘油成分，當(dāng)蒸餾出乙醇后，所剩的酒糟巾即含行甘油。以酒糟生產(chǎn)復(fù)合甘油工藝原料易得、成本低，且綠色環(huán)保，以期代替甘油。在第一次世界大戰(zhàn)期間，由于需要大量甘油制造炸藥，缺乏油脂的德國(guó)率先發(fā)明了向釀酒酵母發(fā)酵醪中添加亞硫酸鹽生產(chǎn)甘油的工藝，并在德國(guó)建廠，月產(chǎn)發(fā)酵甘油近千噸。后來人們盡管又作了不少改進(jìn)，但都沒有達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的水平。早在 20世紀(jì)初就有關(guān)于堿性法生產(chǎn)甘油的研究報(bào)告，但由于甘油轉(zhuǎn)化率和提取效率低等原因，此法沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，僅處于實(shí)驗(yàn)室水平。此法與常規(guī)產(chǎn)品發(fā)酵過程相似，基本不造成污染，甘油含量高、性能專一，較亞硫酸鹽法有明顯的優(yōu)越性和先進(jìn)性，因此自20世紀(jì) 50年代中期出現(xiàn)以來受到了高度重視，成為了投資的熱點(diǎn)。好氧發(fā)酵法耐高滲壓酵母好氧發(fā)酵甘油生產(chǎn)工藝是目前普遍采用的甘油生產(chǎn)技術(shù)。好氧發(fā)酵法生產(chǎn)甘油工藝的技術(shù)難題是產(chǎn)品提取困難。好氧發(fā)酵法工藝在生產(chǎn)上為避免發(fā)酵后期消耗甘油，被迫在較高的殘?zhí)菨舛认陆K止發(fā)酵，轉(zhuǎn)入后提取工序。人們相繼提出用樹脂吸附、殘?zhí)茄趸⑷軇┏樘嵋约拜d體蒸餾等方法來改進(jìn)提取工藝，但受技術(shù)和成本的限制，實(shí)際效果都不甚理想，從而制約了該法的產(chǎn)業(yè)化。第一階段：以淀粉為原材料，采用耐高滲透壓酵母菌株，在含糖25%左右條件下先進(jìn)行好氧發(fā)酵；第二階段：當(dāng)殘?zhí)墙抵良s2%時(shí)，停止供氧，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，使耐高滲壓酵母菌開始后期的厭氧發(fā)酵，進(jìn)一步消耗殘?zhí)牵删凭蜕倭康母视?，從而避免了將產(chǎn)物甘油作為碳源消耗，使發(fā)酵液中的甘油濃度達(dá)12%以上，%左右。以往都是在好氧發(fā)酵后，將甘油從高濃度的殘?zhí)侵蟹蛛x出來，因而提取效率難以提高。[5]本工藝特點(diǎn)：符合國(guó)家政策支持，工藝先進(jìn)，技術(shù)成熟，操作條件相對(duì)溫和，成本低，原料來源豐富、設(shè)備要求簡(jiǎn)單且綠色環(huán)保等。l 以丙烯為原料的丙烯醛法工藝特點(diǎn)：甘油產(chǎn)品質(zhì)量較高，原料消耗低，但流程長(zhǎng)。l 生物柴油化工論壇 以丙烯為原料的過乙酸氧化法工藝特點(diǎn)：工藝簡(jiǎn)單，收率高。l 以丙烯為原料的丙烯氯化法工藝特點(diǎn): ①工藝成熟、操作穩(wěn)定。③副產(chǎn)品多,原材料轉(zhuǎn)化率低,消耗指標(biāo)高。⑤污水排放量大。見下表1和表2[6] 綜合以上方法分析比較，根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，故選定生產(chǎn)方案為：“以淀粉為原料的二步發(fā)酵法”。淀粉乳加熱到一定溫度，淀粉顆粒開始吸水膨脹，溫度繼續(xù)上升，顆粒繼續(xù)膨脹，可達(dá)到原體積的幾倍到幾十倍，晶體結(jié)構(gòu)消失，體積脹大，互相接觸，變粘稠狀液體，即為糊化。淀粉酶作用于糊化后的淀粉，使淀粉糊的粘度急速降低，流動(dòng)性增高。一般要求液化液DE值在15—20%之間最為適宜。溫度控制：糊化開始溫度59℃，糊分完成溫度70℃，液化溫度110℃。在使用糖化酶過程中，或加少許脫支酶，可以減少糖化酶的用量，提高葡萄糖的最高含量，縮短糖化時(shí)間。溫度控制：55℃—60℃。濾液加活性炭脫色。%，%。%，葡萄糖濃度25%左右，含磷總量約為80微克/%。培養(yǎng)基（3540℃）進(jìn)入板式換熱器加熱到100℃，于維持管中（120℃）維持57分鐘后再進(jìn)入冷卻管，使其冷卻至接種溫度并直接進(jìn)入已事先滅菌（空罐滅菌）過的發(fā)酵罐內(nèi)。流程為：高空采風(fēng)→ 粗濾器→ 空壓機(jī)→ 貯罐→冷卻器→旋風(fēng)分離器　→ 冷卻器→絲網(wǎng)分離器　→加熱器→ 過濾器→ 無菌空氣（8）菌液培育一級(jí)種子于三角瓶搖瓶中進(jìn)行培養(yǎng)。二級(jí)種子于種子罐中進(jìn)行培養(yǎng)。種子罐容積大小取決于發(fā)酵罐大小和種量比例。通入無菌空氣，進(jìn)行好氧發(fā)酵。厭氧發(fā)酵當(dāng)殘?zhí)墙抵良s2%時(shí)，停止供氧，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，使耐高滲壓酵母菌開始后期的厭氧發(fā)酵。整個(gè)發(fā)酵周期為72小時(shí)。這些雜質(zhì)如不被分離，將會(huì)影響后續(xù)的甘油提取。用離心法除菌，盡管能夠取得預(yù)期的除菌效果，但設(shè)備投資大、能耗高，導(dǎo)致工廠生產(chǎn)成本過高。本設(shè)計(jì)采用殼聚糖作為發(fā)酵液的絮凝劑。絮凝條件：酸性。[8]（11）過濾對(duì)經(jīng)絮凝預(yù)處理的發(fā)酵液進(jìn)行過濾，得濾液和酵母泥副產(chǎn)品。（12）蒸發(fā)濃縮對(duì)濾液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮處理。（13）減壓蒸餾對(duì)甘油進(jìn)行提取。在蒸餾過程中，首先根據(jù)沸點(diǎn)的不同，分別對(duì)乙醛、乙醇進(jìn)行分餾處理并回收。由于甘油與水的親和性能阻止乙醇和水進(jìn)行共沸。溫度為130℃158℃，最高不得高于170℃.在蒸餾過程中，要特別注意溫度的控制。經(jīng)過此工序，可得含量96%的甘油。稀甘油溶液粗品經(jīng)離子交換法可制得純度較高的甘油。離子交換法所使用的樹脂為苯乙烯與二乙烯苯共聚物再引入磺酸基團(tuán)的強(qiáng)酸型（0117型）陽離子交換樹脂和強(qiáng)堿型（2017型）陰離子交換樹脂。經(jīng)離子交換樹脂處理后的甘油可除去Ca2+、Mg2+、Pb+、Fe2+、SO4Cl、SiO32+和部分有機(jī)色素等雜質(zhì)。于脫色缸內(nèi)，將離交后甘油加熱至80—90℃左右，加入粉狀活性炭（食用級(jí)），%，攪拌1h—2h，使活性炭盡可能吸附甘油中的雜質(zhì)和色素。用過的活性炭用清水洗滌，含甘油2%以下，進(jìn)行蒸發(fā)回收，洗滌后的活性炭經(jīng)700℃—800℃的活化后再用。注：防雜菌污染措施①菌種培養(yǎng)過程中要對(duì)培養(yǎng)基滅菌采用121℃/15min，留意排空氣和維持壓力的時(shí)間，如果三角瓶培養(yǎng)液不新鮮，雜菌較多，滅菌時(shí)間要延長(zhǎng)到20min。接種時(shí)，要穿潔凈工作服、帶工作帽和口罩，嚴(yán)格按無菌操作規(guī)范程序進(jìn)行。因此，在三角瓶取樣鏡檢時(shí)，除小心仔細(xì)外，要多取幾個(gè)樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，做到萬無一失。⑤空氣系統(tǒng)和發(fā)酵系統(tǒng)的徹底滅菌是保證發(fā)酵成功的先決條件之一。全面考慮閥門、死角和彎頭等部位，保證滅菌的效果。⑦甘油發(fā)酵過程中，—，這樣可以防止外界雜菌對(duì)發(fā)酵系統(tǒng)的侵入。因此，本設(shè)計(jì)甘油廠采用雙電源供電，并自備應(yīng)急發(fā)電機(jī)，以保證發(fā)酵的順利進(jìn)行。（采用倒推法）根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，甘油的年生產(chǎn)能力為5000噸/年（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%甘油），折算為100%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以下同）則甘油年生產(chǎn)能力為4900噸/年。則年工作日 = 365－45 =320天每晝夜生產(chǎn)能力為：4900247。即全年生產(chǎn)320247。每個(gè)生產(chǎn)周期生產(chǎn)能力為：4 =（100%甘油）每晝夜24小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，則每小時(shí)生產(chǎn)能力為：1000 247。(1)脫色過濾經(jīng)活性炭脫色過濾后，用過的活性炭用清水洗滌，含甘油2%以下（%）。成品精甘油（98%甘油）輸出量=638247。=過濾掉甘油量（98%甘油）==（經(jīng)蒸發(fā)可回收）活性炭加入量：=硅藻土加入量：=(2)離子交換柱經(jīng)過減壓蒸餾后的96%甘油經(jīng)離子交換樹脂柱精制成98%的甘油。=其中Ca2+、Mg2+、Pb+、Fe2+、SO4Cl、SiO32+和部分有機(jī)色素等雜質(zhì)為：輸出量：=(3)減壓蒸餾塔經(jīng)減壓濃縮至45—50%左右的甘油（取中間值48%）經(jīng)減壓蒸餾至96%的甘油。）247。則：乙醇輸出量=1%=乙醛輸出量=1%=蒸餾出甘油水==(4)減壓濃縮塔根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，甘油發(fā)酵液經(jīng)絮凝過濾后，%左右的甘油（%）。稀甘油（48%甘油）輸出量：過濾后甘油液（%甘油）輸入量：247。%。過濾后甘油液（%甘油）輸出量：發(fā)酵液（%甘油）輸入量：247。=5708kg/h過濾損失掉甘油量（%甘油）：5708=過濾后酵母泥（含殘余糖分、酵母和其他固形物等）輸出量：=1510kg/h絮凝劑加入量：5708=（6）發(fā)酵罐根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)酵用耐高滲壓酵母菌（采用ICM15酵母菌）%。糖到甘油轉(zhuǎn)化率一般為45%左右（取45%），理論轉(zhuǎn)化率51%。247。%，含磷總量約為80微克/%。=尿素輸入量：%=13kg/h玉米漿輸入量：%=配料水的輸入量約為：=（8）脫色過濾%，DE值為98%。%%。247。100%=%硅藻土的加入量為：=%即活性炭用量為：=（9）淀粉轉(zhuǎn)糖根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)降階段淀粉加水調(diào)成34%—40%淀粉乳（取36%），‰耐高溫α淀粉酶（液化酶）和淀粉干重1%的葡萄糖淀粉酶（糖化酶），經(jīng)雙酶法制成葡萄糖溶液（%）。淀粉轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%。247。=未轉(zhuǎn)化的淀粉（36%淀粉）量為：=耐高溫α淀粉酶（液化酶）輸入量==葡萄糖淀粉酶（糖化酶）輸入量==（10）淀粉調(diào)漿根據(jù)產(chǎn)品信息，工業(yè)淀粉水分含量為13%—14%（%），于調(diào)漿罐中調(diào)成34%—40%淀粉乳（36%淀粉）。（）=調(diào)漿用水量為：=（11）原料—產(chǎn)物工業(yè)淀粉（%）的輸入量為：產(chǎn)品甘油（98%甘油）的輸出量為：638247?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)過程中，各處理步驟都會(huì)有一定的產(chǎn)品損失。淀粉發(fā)酵年產(chǎn)5000噸的甘油物料衡算見下表（1）物料輸入表 年產(chǎn)5000噸的甘油物料輸入表物料名稱物料量/噸周期物料量/噸工業(yè)淀粉調(diào)漿水液化酶糖化酶配料水尿素玉米漿ICM15酵母菌絮凝劑活性炭硅藻土（2）物料輸出表 年產(chǎn)5000噸的甘油物料輸出表物料名稱周期物料輸出量/噸物料輸出量/噸98%甘油5000無水酒精乙醛淀粉渣酵母泥、電、煤的用量計(jì)算[11]（1）水的計(jì)算根據(jù)查閱各種資料知，生產(chǎn)1t甘油過程中調(diào)漿、配料、設(shè)備容器清洗、鍋爐用水及衛(wèi)生用水等約消耗水資源192t。（2）電的計(jì)算根據(jù)查閱各種資料知，生產(chǎn)1t甘油過程中各種動(dòng)力耗電、生活用電等方面約耗電2000度。（3）煤的計(jì)算甘油發(fā)酵過程中煤的