【正文】 （ 3）蒸煮質(zhì)量較差，出酒率低。 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，能實現(xiàn)操作過程自動化等優(yōu)點的連續(xù)蒸煮工藝。 圖 13連續(xù)蒸煮工藝流程圖 粉碎后原料蒸煮時加水制成粉槳，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，其時間為 5～ 7min，溫度控制在 88℃ 。最后醪液進(jìn)入薄板換熱器，降溫到糖化溫度： 62℃ 。淀粉轉(zhuǎn)化成糖的這個過程，叫糖化。 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)。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。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。 糖化可分為間歇糖化工藝和連續(xù)糖化工藝兩種。而在連續(xù)糖化過程中，則分別在不同的設(shè)備中實施。 表 15 間歇和連續(xù)兩種工藝的比較 糖化 方法 優(yōu)點 缺點 間歇 糖化 設(shè)備簡單，操作方便。 設(shè)備利用率低，很難實現(xiàn)自動化控制。 設(shè)備較復(fù)雜，對設(shè)備的要求高。連續(xù)糖化工藝可分為：混合冷卻連續(xù)糖化、真空冷卻連續(xù)糖化和二級真空冷卻連續(xù)糖化。 混合冷卻連續(xù)糖化： 該工藝的特點是利用原有糖化設(shè)備，將前冷卻和糖化兩個工序仍放在原有糖化罐中進(jìn)行，而將后冷卻的的任務(wù)交給新增加的噴淋冷卻管或者套管冷卻設(shè)備區(qū)完成。 糖化劑 蒸煮醪 螺旋薄板換熱器 糖化鍋 螺旋薄板換熱器 發(fā)酵車間 糖化溫度： 62℃ 糖化時間： 16min 糖化率： 60～ 70% 圖 14糖化工藝流程圖 測定糖化醪質(zhì)量的方法 （ 1） 外觀糖 成熟 醪 用紗布過濾后，直接用糖度計測量所得的數(shù)值叫做外觀糖。 （ 2）還原糖 取過濾布過濾后的發(fā)酵 醪 濾液，加熱蒸去所含的酒精，并加水恢復(fù)到原來的體積，以測定還原糖的方法得到的數(shù)值。 (4)酸度 采用滴定法測定，它是判斷發(fā)酵 醪 是否感染雜菌的可靠指標(biāo)。 （ 6） 測定糖化醪中酶的活力 糖化結(jié)束后，并不是糖化醪中所有的淀粉與大分子糊精都水解成糖，其中尚有一部分糊精要在發(fā)酵期間依靠后糖化作用而變成糖，四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 因此糖化完畢的糖化醪中，酶的活力還必須很強(qiáng)，才能保證糖化作用的徹底，那么就有測定糖化醪中酶活力的必要。 （ 7）酒精含量 用蒸餾方法測定。 糖化醪的發(fā)酵 糖化醪發(fā)酵目的 淀粉質(zhì)原料經(jīng)過預(yù)處理、蒸煮和糖化等物理和生物化學(xué)過程，淀粉以充分糊化和液化，其中相當(dāng)一部分以轉(zhuǎn)化成可發(fā)酵性糖。 影響酒精發(fā)酵的因素 1. 糖化 醪 的濃度 酒精發(fā)酵是在一定濃度的糖化 醪 中進(jìn)行的，糖化 醪 濃度越高，所得到的發(fā)酵 醪 的酒精含量高，設(shè)備利用率高，水電氣單耗就會降低，酒精的生產(chǎn)成本就會降低。 連續(xù)發(fā)酵中發(fā)酵醪的 pH 值控制，既要考慮到 要適宜于酵母菌的繁殖和代謝，又要考慮適宜于各種糖化酶的作用。間歇發(fā)酵 pH 值可控制在 ～ 。 3. 發(fā)酵溫度控制 溫度對微生物生命活動影響很大，發(fā)酵成績的好壞與溫度控制關(guān)系極為密切。產(chǎn)酸細(xì)菌繁殖適溫為 37～ 50℃ ，因此高溫發(fā)酵易被細(xì)菌污染。1℃ 。 4. 發(fā)酵醪的滯流和滑漏問題 在間歇發(fā)酵中不存在醪液的滯流和滑漏問題，但在連續(xù)發(fā)酵工藝中，這個問題就十分重要了。 5. 關(guān)于發(fā)酵醪濃度問題 酒精發(fā)酵要求在一定濃度的糖化醪中進(jìn)行，醪液濃度高低，直接影響到生產(chǎn)成績。因此，生產(chǎn)上希望盡量采用濃醪發(fā)酵。 為了縮短發(fā)酵時間，就需要設(shè)法加速水解支鏈淀粉中以 1， 6相結(jié)合的鍵。另外，采用連續(xù)發(fā)酵和選用發(fā)酵力強(qiáng)的酵母菌種，也是加速發(fā)酵、縮短發(fā)酵時間的有力措施。 酒精發(fā)酵的方式 酒精發(fā)酵的方式有三種：間歇式發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵、和連續(xù)式發(fā)酵。 表 15 各種發(fā)酵方法的優(yōu)缺點比較 發(fā)酵方式 優(yōu)點 缺點 間歇式發(fā)酵 設(shè)備簡單，易于操作，不易染菌，適用于中小型酒廠。 半連續(xù)發(fā)酵 酒母消耗量少，可適當(dāng)縮短發(fā) 酵時間。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 連續(xù)式發(fā)酵 易染雜菌，操作要求和設(shè)備要求高。 發(fā)酵生產(chǎn)工藝 酒精生產(chǎn)的方法，采用間歇式發(fā)酵的方式進(jìn)行，操作比較簡單，無菌要求低，容易獲得成功。先用清水噴洗罐體后再用 4%的堿液噴洗 30min，再用清水噴洗罐體，洗干凈后 即 可使用。其操作流程有許多種（ 1）單塔蒸餾（ 2）兩塔蒸餾（ 3）三塔流程（ 4）多塔流程。三 塔流程因其設(shè)備投資相對較少且得到的酒精品質(zhì)也能達(dá)到要求，所以選用 三 塔流程。殘留的頭級雜質(zhì)和甲醇隨酒精蒸汽上升，經(jīng)預(yù)熱器和三個冷凝器絕大部分冷凝下來，預(yù)熱器和前兩個 冷凝器中的冷凝液作為回流回入精塔頂部，第三個冷凝器中的冷凝液作為雜醇油酒取出，同時排除相當(dāng)部分的頭級雜質(zhì)。成品酒精在頂部第 6 塊塔板處提取。工藝流程 示意圖如圖 16 所示。 2. 醛塔 醛塔分凝器選用發(fā)酵和酒母罐的冷卻廢水，溫度為 25℃ ，終溫高達(dá) 70℃ 。進(jìn)入分凝器前塔頂酒精蒸汽之溫度 78～ 79℃ 。 發(fā)酵副產(chǎn)品和污 水處理 酒精生產(chǎn)的副產(chǎn)品 酒精生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品有二氧化碳，酒精酵母，雜醇油，醛脂和酒糟。液體二氧化碳可以用于食品和工業(yè)原料。 酒精酵母：經(jīng)過進(jìn)化處理可以從新培養(yǎng)等。 酒糟：可運用于做飼料等。 污水處理 (1) 生產(chǎn)過程中產(chǎn)污分析 酒精工業(yè)廢水的污染物主要來自 甘薯等物 經(jīng)發(fā)酵、蒸餾后的酒精糟 (即高濃度有機(jī)廢液 )，雖然無毒，但 CODcr、 BOD SS 含量高，并呈弱酸性，排入江河、地下水系會造成水中嚴(yán)重缺氧，大大影響水中物質(zhì)生長。 (2) 污水種類 1. 熱交換器排出廢水。選擇方法要取決于污水?dāng)?shù)量，污染程度和凈化結(jié)果的指標(biāo)等因數(shù)。 第二章 全廠物料衡算 物料衡算 60000 噸淀粉原料酒精廠全廠物料衡算 1. 全廠物料衡酸的內(nèi)容 （ 1）原料消耗的計算 主要原料為甘薯干，其他原料有淀粉酶，糖化酶，硫酸氨，硫酸等。 （ 3）成品、副產(chǎn)品以及廢氣、廢水、廢渣即酒精，雜醇油，二氧化碳和廢糟等。 （ 2）生 產(chǎn)方法 雙酶糖化，間歇發(fā)酵和三塔蒸餾。 （ 4）燃料酒精日產(chǎn)量 200 噸。 （ 6）產(chǎn)品質(zhì)量 國際燃料酒精，乙醇含量 %以上（體積分?jǐn)?shù)）。 （ 9）硫酸氨用量 8 kg/t（酒精）。 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 原料消耗的計算 （ 1） 淀粉原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式： 糖化： （ C6H10O5） n + nH2O—— nC6H12O6 162 18 180 發(fā)酵： C6H12O6—— 2C2H5OH + 2CO2 180 92 88 (2) 生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精的理論淀粉消耗 量 有上式可求的理論上生產(chǎn)1000kg 無水酒精（乙醇含量 %算）所耗的淀粉量為： 1000 % 162247。據(jù)實際經(jīng)驗，各階段淀粉損失率如表所示。故生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需淀粉量為： =（ kg） 100%% 這個原料消耗水平相當(dāng)于淀粉出酒率為 1000247。 1616 （ 5） 生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精甘薯干原料消耗量 據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)給出，甘薯干原料含淀粉 68%，故 1t酒精耗甘薯干量為： 247。并設(shè)每生產(chǎn) 1000kg 燃料酒精需要的糖化劑所含淀粉量為G1，則淀粉原料需用量為： 68% （ 6）α 淀粉酶消耗量 應(yīng)用酶活力為 20 000u/g 的 α – 淀粉酶使淀粉液化，促進(jìn)糊化，可減少蒸汽消耗量。 酶用量為： 1000 8 =（ kg） 20200 (7)糖化酶耗用量 若所用糖化酶的活力為 100 000u/g，使用量為 100u/g 原 料，則糖化酶消耗量為： 1000 100 =（ kg） 100 000 此外，酒母糖化酶用量按 200u/g（原料）計，且酒母用量為 10%，則用酶量為： 10% 70% 200 =（ kg） 100 000 式中 70%為酒母的糖化液占 70%，其于為稀釋水和糖化劑。在蒸煮過程中，蒸煮醪量將發(fā)生變化，故蒸煮醪的精確計算必須與熱量衡算同時進(jìn)行，因而十分復(fù)雜。 假定用噴射液化連續(xù)蒸煮工藝。 干物質(zhì)含量 B0=87%的薯干比熱容為； C0 = （ ） = [kJ/()] 粉漿干物質(zhì)濃度為： B1 = 87/（ 4 100） =% 蒸煮醪比熱容為： C1 = B1 C0+（ ） CW = % +（ %） = [kJ/()] 式中 Cw—— 水的比熱容 [kJ/()] 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 為簡化計算，假定蒸煮醪的比熱容在整個蒸煮過程維持不變。并設(shè)蒸煮效率為 %，而且發(fā)酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的 5%和 1%則生產(chǎn) 1000kg %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 酒精成品有關(guān)的計算如下： （ 1）需蒸餾 的成熟發(fā)酵醪量為： F1 = 1000 % （ 100+5+1） 247。 106% = (kg) （ 3） 入蒸餾塔的城市醪乙醇濃度為： 1000 =%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） % （ 4） 相應(yīng)發(fā)酵過程放出 CO2 總量為： 1000 % 44 = (kg) 98% 66 (5)接種量按 10%計，則酒母醪量為： + 10% =(kg) （ 100+10） 247。 100 1818 成品與發(fā)酵醪量的計算 （ 1）醛酒產(chǎn)量 在醛塔取酒一般占成品酒的 %— 3%，在保證主產(chǎn)品質(zhì)量合格的前提下，醛酒量取得越少越好。此外，由于醪塔是使用直接蒸汽加熱，所以還需加上入塔的加熱蒸汽冷凝水。則： ① 醪塔上升蒸汽量為 : V1= % =（ kg） % ② 殘留液量為 : Wx = = (kg) ③ 成熟醪比熱容為： c1 = () = ( %) = [kJ/()] ④ 成熟醪帶入塔的熱量為： Q1 = F1 c1 t1 醪 塔 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 = 13 70 =(kg) ⑤ 蒸餾殘液固形物含量為： B2 = F1 B1 = 12477 % =% Wx 此計算是間接加熱，故沒有加熱蒸汽冷凝水的工藝。又蒸餾過程熱損失 Qn 可取為傳遞總熱量的 1%。 （ 1） 酒精成品 日產(chǎn)燃料酒精量為： 60000247。 98） =（ t） 日產(chǎn)酒精總量為： 200+=（ t） 實際年產(chǎn)量為： 普通燃料酒精量為： 200 300=60000（ t/a） 次級燃料酒精量為： 300=1224（ t/a） 酒精總產(chǎn)量為： 2020 60000+1224=61224（ t/a） （ 2） 主要原料甘薯干用量 日消耗量： =575 （ kg） 年消耗量： 575 300=172 （ t） 淀粉酶、糖化酶用量以及蒸煮粉漿量、糖化醪、酒母醪、蒸煮發(fā)酵醪等每日量和每年量均可算出，衡算結(jié)果見