年产8万吨酒精工艺工厂设计项目Word格式.docx
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本次试验要求为高压蒸煮，即416k，5个大气压（表压）蒸煮。
（3）糊化或液化淀粉只有在催化剂的作用下才能转成葡萄糖，这种催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类生物催化剂。
目前国内外酒精生产上用的是淀粉酶系统。
淀粉酶系统主要是糊化酶（一般是细菌α-淀粉粉酶,因其更耐高温）和糖化酶，α-淀粉粉酶水解淀粉的产物主要是糊精，糖化酶则主要把糊精转化为可发酵的葡萄糖。
1.薯干和玉米都属于淀粉质原料，下面为淀粉质原料酒精生产的流程［1］
淀粉质原料
除杂粉碎
粉料
加水调浆
粉浆
加α-淀粉酶喷射液化
粉浆液化液
加入糖化酶糖化
取小部分加入酵母
糖化醪酒母
加入酒精酵母进行酒精发酵
CO2酒精发酵醪
蒸馏
其他产品或杂质
废醪酒精
从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理（原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的。
下面分别对上述诸工段作详细的介绍。
2.预处理
淀粉质原料在正式进入过程前，必须进行预处理，以保证生产的正常进行
提高生产的效益。
预处理包括除杂和粉碎两个工序。
2.1原料的除杂
2.1.1必然性
淀粉质原料在收获和干燥的过程中往往会掺杂进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块等杂物。
这些杂质如果不在投入生产前予以除去，则将严重影响生产的正常运转。
石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或损伤，造成生产的中断；
机械设备的运转部位。
泥沙等杂质的存在也会影响正常的发酵过程。
清除杂质，保证生产正常和顺利地进行，这就是除杂的目的。
2.1.2方法（筛选风选磁力除铁）
2.1.2.1气流-筛选分离器
用于谷物原料除杂用。
凡是厚度和宽度或空气动力学性质与所用谷物不同的杂质，都可以用气流-筛选分离器将其分离。
。
2.1.2.2磁力除铁器
铁质杂质通常用磁力除铁器来分离。
磁力除铁器分永久性磁力除铁器和电磁除铁器两类。
2.2原料的粉碎
2.2.1原料粉碎的必然性
对于连续蒸煮来说，原料必需预先进行粉碎，才能进一步加水制成粉浆，然后再用泵连续均匀地送入连续蒸煮系统。
所以对于连续蒸煮来说，原料粉碎是一个前提。
原料进行水-热处理的目的是要使包含在原料细胞中的淀粉颗粒能从细胞中游离出来，充分吸水膨胀，糊化乃至溶解，为随后的淀粉酶系统作用，并为淀粉转化成可发酵性糖创造条件。
达到这个目的。
可以采用整粒原料高压蒸煮，粉碎原料较和缓条件下蒸煮和超细粉碎三种方法。
就目前的情况来看，先将原料粉碎，再在缓和的条件下进行蒸煮是较好的方法。
2.2.2原料粉碎的方法（干式粉碎湿式粉碎）
干式：
干式粉碎应采用粗碎和细碎。
粗碎：
原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。
粗碎后的物料以薯干为列应能通过6-10mm的筛孔，然后在送去进行细粉碎。
细碎：
经过粗碎的原料进入细碎机，细碎后的原料颗粒一般应通过1.2-1.5mm的筛孔。
也有采用1.8-2.0mm筛孔的（适合玉米粉）。
湿式：
湿式粉碎是指粉碎时将拌料用水与原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。
3.原料的输送（本设计采用气流输送）
3.1气流输送俗称凤送。
是利用气流管子中输送物料。
它的简单原理就是：
固体物料在垂直向上的气流中受到两个力的作用，一个是向下的重力，一个是向上的推力，如果推力大于重力，则物料被气流带动向上运动，从底部移到高位。
举例：
甘薯和玉米进入接料器，它就被吸料管中的上升气流带动，从低位运送到高位，原料中的金属，泥土和石块等杂质，则因相对密度较大，不能为气流所带走而留在接料器底部或直接落在地上。
3.2选择气流输送的原因：
（1）采用气流输送后，输料管和粉碎设备均在密闭负压的条件下进行运转，粉尘飞扬基本消除，原料损失和劳动条件恶劣两个问题均迎刃而解。
（2）实现气流输送后，铁片，石块等杂物，能较可靠地在一级升料管的接料器底部被自动风选出来，从而保证了筛子和设备较长期的完好使用。
（3）采用气流输送后。
粉料被气流从粉碎机中吸出，从而提高锤碎机能力百分之五十。
（4）机械输送动力消耗低。
4原料预处理流程
原料称重倒包皮带输送除铁粗碎斗式提升机料斗细粉碎吸风管旋风分离器粉料闭风机料斗加料器（绞龙）拌料预煮罐
风机布袋过滤器大气
细粉回收
5原料的水-热处理
5.1原料水-热处理的目的
含在原料细胞中的淀粉颗粒，由于植物细胞壁的保护作用，不易受到淀粉酶系统的作用。
另外，不溶解状态的淀粉被常规糖化酶糖化的速度非产的缓慢，水解程度也不高。
所以，淀粉原料在进行糖化之前一定要经过水-热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用，这就是原料水-热处理的主要目的。
5.2原料水-热处理的理论基础
5.2.1淀粉的结构和理化性质
（1）淀粉颗粒的形状
淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，颗粒内部呈复杂的结晶组织。
不同的淀粉颗粒具有不同的形状和大小。
一般来说，含水分高，蛋白质少的植物其淀粉颗粒较大，形状也比较整齐，大多数呈圆形或卵形，如甘薯的淀粉。
同一淀粉的颗粒大小也不均匀。
淀粉颗粒具有抵抗外力作用较强的外膜，其化学组成与内层淀粉相同，但由于水分较少，密度较大，故强度较大。
（2）淀粉分子的结构
淀粉分子是有许多葡萄糖基团聚合而成的。
根据淀粉分子链结构的不同，淀粉可分成直链和支链淀粉两类。
直链淀粉溶解于70-80°
C的温水中。
支链淀粉具有分支，它不溶解于温水中。
它也是由葡萄糖基团组成。
（3）淀粉的膨胀和溶解
淀粉在水中加热，即发生膨胀。
这是淀粉颗粒好像是一个渗透系统，其中支链淀粉起着半透膜的作用，而渗透压的大小及膨胀程度则随温度的增高而增高。
从40°
C开始，膨胀的速度就明显加快。
当温度升高到一定数值（60-80°
C）时，淀粉颗粒的体积膨胀至原来体积的50-100倍时，淀粉分子之间的联系削弱，引起淀粉颗粒的部分解体，形成了均一的粘稠液体。
这种无限膨化的现象为淀粉的糊化。
与此相应的温度叫做糊化温度。
糊化现象发生后，如果温度继续上升，并达到130°
C左右时，因为支链淀粉也已几乎全部溶解，网状组织彻底破坏，淀粉溶解变成粘度较低的流动性醪液，这种现象称为淀粉的溶解。
（4）淀粉糊化醪的“反生”现象
液化了的淀粉醪液在温度降低时，粘度会逐步增加。
冷到60°
C时，变得非常粘，到55°
C以下会变成冻胶，时间一长，则会重新发生部分结晶的现象。
5.2.2淀粉质原料各组成分在蒸煮过程中的变化
（1）淀粉的变化淀粉的水解变化。
（2）糖的变化（己糖戊糖焦糖氨基糖）
（3）纤维和半纤维素纤维素是植物细胞壁的主要成分。
半纤维素在蒸煮过程中会部分溶解和水解。
（4）果胶质果胶质是细胞壁的组成成分，也是细胞间层的填充剂，其化学结构是由半乳糖醛酸或半乳糖醛酸甲酯组成的链状化合物。
（5）含氮物，脂肪和其他物质的变化
5.2.3蒸煮过程中可发酵性物质的损失
5.3连续蒸煮工艺
5.3.1连续蒸煮工艺应满足的要求
（1）原料的粉碎
（2）粉浆的预煮预煮醪的蒸煮（4）蒸煮醪的汽液分离
5.3.2连续蒸煮的工艺流程
本设计方案用塔式连续蒸煮工艺流程
5.3.2.1塔式连续蒸煮工艺流程的主要特点即选择原因：
因为评价一个工艺的主要技术经济指标有：
出酒率，原料粉碎和拌料的电耗，蒸汽消耗，设备价值和安装费用，劳动力消耗等。
我们就从这几个方面谈起。
连续蒸煮在出酒率方面都比间歇蒸煮高原因在于蒸煮条件的较为和缓和可发酵性物质损失的减少。
且其所需要的工人数也比间歇工艺减少，劳动生产率因此提高。
综合所有因素，塔式连续蒸煮工艺流程的出酒率高，电耗和蒸汽量则是最低，相比其他的方法。
新建连续蒸煮装备时，应采用塔式连续蒸煮工艺。
6糖化工艺
6.1糖化剂的定义
用淀粉质原料生产酒精时，在进行酒精发酵前，一定要事先将淀粉全部或部分转化成葡萄糖等可发酵性糖，这一淀粉转化为糖的过程称为“糖化”，而促使淀粉转化成糖的生物催化剂称为“糖化剂”。
6.2糖化的目的
淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮醪，或者无蒸煮工艺的醪液，在发酵前均要加入一定数量的糖化剂，使淀粉在淀粉酶系统的作用下水解成酵母能发酵的糖类。
淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化。
糖化后的醪液称为糖化醪。
主要目的还是将淀粉酶解成发酵性糖
6.3淀粉的水解动力学
（1）酶的浓度
当糖化剂的活性相同，计算方法和其他条件也一样时，随着糖化剂用量的增加，酶的浓度和有效酶-基质复合物的量也增加，因此，淀粉的水解速度也加快。
但是，在没的数量和糖化时间之间并不存在明确的比例关系。
糖化醪的发酵速度随着酶的添加量的增加明显加快。
（2）温度
随着温度的升高，基质分子反应能力提高，因为动能增加了，同时电子也处于能量较高轨道上。
不同的微生物来源的酶，其适应的温度范围是不同的。
（3）氢离子浓度
氢离子浓度可以从许多方面来影响酶的活性。
改变没的活性中心的电子化，改变蛋白质三相结构的稳定程度等等。
每一个酶都有一个最合适的作用PH值，这就是酶作用的最适PH。
酶的来源不同，它们的最合适PH也不一样，而且作用温度不同，最适合PH值也会变化。
6.4糖化过程中物质的变化
（1）碳水化合物
（2）含氮物质
在糖化过程中，醪液中的蛋白质在蛋白酶的作用下水解成胨，多肽和氨基酸等，所以糖化时醪液中氨基酸的含量增加1.5—2.0倍。
这些小分子的氨基酸是酵母菌体增殖的良好营养分。
（3）果胶物质和半纤维素
在糖化过程中，醪液中的果胶质和半纤维素会有不同程度的水解，并生成相应的水解产物。
（4）含磷化合物
在磷酸酯酶的作用下，磷从有机化合物中被释放出来，这对酵母的生长和发酵都有重要的意义，醪液的缓冲性能也得到改善。
6.5糖化方法
6.5.1糖化过程的组成
蒸煮醪冷却至糖化温度；
加糖化剂，使蒸煮醪液化，淀粉糖化，物料的巴斯灭菌；
糖化醪冷却到发酵温度和用泵将醪液送往发酵或酒母车间。
6.5.2连续糖化工艺
6.5.2.1类型
混合冷却连续糖化，真空冷却连续糖化，二级真空冷却连续糖化。
6.5.2.2方法（本实验选择真空冷却连续糖化）
原因：
利用原有糖化设备，糖化工序仍放在原有糖化锅中进行，而在糖化前采用一个气液分离器真空条件下先将醪液冷却至糖化温度。
6.5.2.3操作
先用间歇操作方法制备一锅60°
C糖化醪，在开动搅拌器和开大冷却水前提下，连续从后熟器或蒸汽分离器送入蒸煮醪。
固体曲曲乳、液体曲，或糖化醪稀释液不断从贮罐定量地流入。
糖化醪则以锅底醪经往复泵送往喷淋冷却器，冷却到30°
C的糖化醪送往发酵车间，送往酒母车间的糖化醪不必经后冷却。
只要单位时间由蒸煮醪带入的多余热量和冷却水单位时间带走的热量相等，则糖化锅内的醪液的温度就可以维持在60°
C，持久不变，只就是混合冷却连续糖化工艺的使之所在。
6.6糖化过程的控制
（1）糖化温度
在蒸煮醪时，不宜采用糖化酶的最适作用温度，因为酶稳定的最适温度比其他作用的最适温度低。
所以在最适作用温度下进行糖化，虽然糖化速度提高了，但是酶的失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行的淀粉后糖化作用。
（2）糖化时间
糖化30min就够了，醪中所含的糖已经够酵母最初繁殖和发酵的需要。
而且糖化时间再延长，不仅糖含量增加较慢，而且糖化酶失活量增加，这会造成发酵过程中边发酵边糖化作用的削弱，综合效果反而恶化。
另外，糖化时间过长会降低糖化设备的利用率。
（3）糖化剂的用量
过多的糖化剂的使用会增加成本。
（4）糖化醪质量检测
主要测定外观糖和酸度。
（5）糖化设备的清洗和灭菌
凡是因故停止送糖化醪达15min以上者，一定要用水或蒸汽将管道中的糖化醪放空冲洗干净。
喷淋冷却器等设备的结构要能排污和没有死角。
7酒精酵母
7.1酒精生产对酵母的要求
（1）应具有较高的发酵能力，即能快速并完全地将糖分转化为酒精。
（2）繁殖速度快，即具有高的比生长速度。
（3）具有高的耐酒精能力，即对本身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发酵。
（4）抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物的稳定性高，耐有机酸能力强。
（5）对培养基的适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度的性能强。
7.2酵母的生长条件
（1）温度和PH
酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正常的生活和繁殖温度是29-30°
C。
在很高或很低的温度下，酵母的生命活动削弱或停止。
酵母发育的最高温度是38°
C，最低温度为-5°
C，在50°
C时酵母死亡。
（2）酵母对营养物质的要求
由于酵母的化学组成与培养基，培养条件和酵母本身所处的生理状态有关，所以，可以根据酵母的化学组成来讨论其对营养物质的需求。
（3）营养来源
酵母的营养区分为内部营养和外部营养两类。
在外部营养时，营养物质是从培养基进入细胞，而内部营养时，酵母利用自己的贮存物质：
肝糖，海藻糖，脂类，含氮化合物。
（4）其他因素
糖化醪的浓度,无机酸和有机酸的影响，钙，铁，镁，离子的作用。
7.3生物合成和发酵产品的糖耗
酒精发酵是无氧型呼吸，这种呼吸在能量方面比有氧呼吸不合算，因为，分解1mol糖，生产酒精和二氧化碳时，只释放出117.23热量，而糖燃烧成水和二氧化碳时，要释放出2821.90KJ热量。
所以在发酵时，酵母要分解许多倍于呼吸所要的糖，以获得所要的能量。
酒精生产实际上就是利用这一点来制备更多的酒精。
就这样，原生质的合成和糖分解生成发酵主产品和副产品，这两个性质相反的过程，在酵母的生命活动过程中紧密地连接在一起，称为其物质代谢的两个方面——同化和异化。
7.4污染酵母的净化的方法
往久母醪中添加硫酸，浓硫酸事先用8-10倍的水稀释，然后加到要净化的酒母醪中，使其酸度达8.5度，保持3-4h。
此时，醪液的PH应是2.7-3.酸化处理后的死细胞不应超过百分之五十，否则应适当缩短处理时间。
净化处理后的酒母醪新流加久母醪，但其酸度应较常规的糖化醪低，一般比常规酸度低0.5-1度。
7.5影响酵母质量的主要因素
（1）接种与成熟久母细胞数的关系
对于同一种酒母糖化醪，接种量过大，则新增酵母细胞数相应减少；
接种量太小，因酵母世代数增加，新鲜强壮的酵母量也会相应的减少。
（2）接种量与培养时间的关系
接种量变大，培养时间就缩短，工厂中如采用分割法培养小酒母或大酒母成熟时间以成倍缩短。
（3）接种时间
在繁殖旺盛期，醪液中酵母的增殖能力特别强，其生命活动也处于最旺盛的阶段，细胞总数也达到或接近最高峰，这时接种最有利于酵母的继续扩大培养，它能迅速地造成酵母优势，抑制杂菌的生长。
（4）酒母培养温度
由于酒母培养期间会产生热量而使醪液温度升高，操作时要及时注意开冷却水冷却，以保证酵母菌健壮成长。
（5）通风培养久母
在实际培养酒母时，往往用不停期的搅拌来适当地补充一点溶解氧，就能基本满足酵母生长的需要。
如果工厂具备无菌空气，则也可以通2-3次风，每次1-2min，风量为每立方米酒母醪每小时通入2立方米无菌空气即可。
（6）防止杂菌污染
除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中要加强无菌管理和环境卫生工作，特别要注意酒母罐的情况和管道阀门的清洗和灭菌，要注意消除死角。
酒母车间应与其他车间隔开，避免污染。
8糖化醪的发酵
8.1酒精发酵的要求
（1）在发酵前期，要创造条件，让酵母菌迅速繁殖，并占据绝对统治地位。
（2）保持一定量的糖化酶活力，使糖化醪中糊化了的淀粉继续被分解，生成可发酵性糖，即要保持后糖化的继续进行。
（3）发酵过程的中期和后期要造成厌气条件，使酵母在无氧条件下进行糖的酒精发酵。
（4）要搞好杂菌污染的防止工作，避免因此中造成的损失。
（5）要采取必要的措施，提高酒精发酵强度，降低酒精厂的造价和酒精的生产成本。
（6）注意回收二氧化碳及其夹带的酒精，二氧化碳应进一步利用。
8.2酒精发酵机制
酒精酵母进入糖化醪后，糖分被酵母细胞所吸收，并渗入细胞内，经过酵母细胞内酒化酶系统的作用，最终生成酒精、
和能量，一部分能量被酵母细胞用作新陈代谢的能源，余下的部分和酒精及
一起，通过细胞膜排除体外。
酵母菌就是以这种方式进行烫的酒精发酵的。
酒精从细胞膜渗出后很快就渗透到周围介质中去了，因为酒精可以任何比例与水混合。
这样，酵母细胞周围的酒精浓度并不比醪液中的高。
也会在液体中。
但是很快就达到饱和状态。
此后产生的
就吸附在细胞表面，直至超过细胞重力的时候，气泡就带着细胞上浮，直至气泡破裂，
释入空中，细胞留在醪中慢慢下沉。
由于
的上升，带动了醪液中酵母细胞的上下游动，使酵母细胞更能充分的与醪液中的糖分接触，发酵作用更充分和彻底。
在发酵后期，醪液中的糖分含量降低到一定水平以下，而液体中的
已经饱和，这时，
不再能排除细胞，因而对发酵形成阻碍。
在这种情况下，为了使
得以释放，必须使它和某种表面接触。
与表面接触后易于释放的原因在于它的电荷。
和其他液体中的气体一样是带负电荷的，当它和带负电的发酵罐表面接触时，因为电荷的排斥力，使
无法在管壁停留二溢出。
所以，
容易沿管壁溢出。
随着
的上升，不仅带动了酵母细胞，也使固形物一起上浮，有时也能使底层的物料持久的浮在醪液表面，这种类型的发酵称为被盖式发酵。
如果发酵醪较粘稠，气泡到达页面后并不破裂，逐渐形成持久不散的泡沫。
严重是，泡沫会从罐顶溢出，造成可发酵性物质损失，这种类型的发酵称为泡沫型发酵。
被盖型和泡沫型发酵都是不理想的发酵类型。
8.3酒精的发酵动力学
8.3.1表示方法
（1）测定发酵度数值的变化。
（2）测定释放二氧化碳的重量或体积。
（3）按时测定已被发酵糖的数量，并以绝对或百分数来表示。
8.3.2三阶段
（1）前发酵期
由于醪液中酵母细胞密度不高，发酵作用不强，酒精和二氧化碳生产量很少，所以发酵醪的表面显的比较平静，糖分消耗的比较慢。
醪液温度上升也比较慢。
发酵的温度一般为26-28℃，不要超过30°
C，以免引起酵母早期衰老，表现为主发酵的过早结束，造成发酵不彻底的弊病。
而且应特别注意防止杂菌污染。
一般为10h。
（2）主发酵期
酵母菌基本停止繁殖而进行酒精发酵，醪液的糖分迅速下降，酒精含量逐渐增多。
从表观上看，由于产生大量二氧化碳，二氧化碳的释放带动醪液上下翻动，并发出泡沫破裂的响声。
温度一般控制在30-34℃，总时间一般为12h。
（3）后发酵期
醪液中的糖分已大部分被酵母菌所发酵，但醪液中残存的糊精等继续被淀粉酶系统作用并转化为糖，而酵母则将它转化为酒精，所以过程缓慢，温度下降。
温度一般在30-32℃，总时间一般为40h。
8.3.3酒精发酵机制
1）葡萄糖磷酸化，生成活泼的1，6-二磷酸果糖。
（1）葡萄糖的磷酸化——6-磷酸葡萄糖的生成
（2）6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖的互变
（3）6-磷酸果糖生成1，6二磷酸果糖
2）1，6-磷酸果糖裂解称为两个分子的磷酸丙糖。
（1）1，6二磷酸果糖分解生成两分子三碳糖
（2）磷酸二羟基丙酮与3-磷酸甘油醛互变
3）3-磷酸甘油醛经氧化，并磷酸化，生成1，3-二磷酸甘油酸然后将高能磷酸键转移给ADP，以产生ATP，再经磷酸基变位，和分子内重新排列，再给出一个高能磷酸键，而后生成丙酮酸。
（1）3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1，3-二磷酸甘油酸。
（2）3-磷酸甘油酸的生成
（3）3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸的互变
（4）2-磷酸烯醇式丙酮酸的生成
（5）丙酮酸的生成
8.3.4.1酒精发酵过程中主要副产品的生成
（1）甘油的生成
酵母在一定条件下，可以转化糖分为甘油。
但是，在正常酒精发酵条件下，发酵醪中只有少量的甘油生成，其含量约为发酵醪量的0.3-0.5%。
正常的酒精发酵应在酸性情况下进行，以免甘油过多产生，造成酒精出率的降低。
（2）杂醇油的生成
在酒精发酵过程中，由于原料中蛋白质分解产生了氨基酸，后者的氨基酸被酵母菌同化，用作氮源，存下额部分脱羧生成相应的醇类，这些醇类就是杂醇油。
（3）琥珀酸的生成
（4）乳酸等有机酸的生成
最常见的有机酸，醋酸，和丁酸等。
它们分别是由乳酸菌，醋酸菌和丁酸菌发酵产生的。
8.3.4酒精发酵工艺（选择连续发酵工艺）
8.3.4.1连续发酵的控制
（1）稀释比的确定
（2）滑流和滞留的防止
滑留是指后进的醪液先流出。
滞留是指先进的醪液后流出去。
（3）污染的防止
加酸酸化，预防性灭菌
（4）二氧化碳气塞的防止
8.3.4.2酒精连续发酵工艺流程（梯形式发酵罐）
梯形式连续培养法：
本方法的微生物培养和发酵过程是在一组罐内进行的，每个罐本身的各种参数保持基本不变，但罐与罐之间则并不相同，且按一定的规律形成一个梯度。
8.3.5发酵成熟醪的指标
（1）外观糖
成熟醪用纱布过滤后，直接用糖度计测量所得的数值叫外观糖。
干物质浓度越低，酒精含量越高，糖度计测
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