乙醇提取工艺和方法要点.docx

乙醇提取工艺和方法要点.docx

《乙醇提取工艺和方法要点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乙醇提取工艺和方法要点.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

乙醇提取工艺和方法要点

一、生物发酵法酿造酒精

1.1生物发酵法的地位

由于化学合成法酒精有含有较多杂质等缺陷，其应用受到限制，因此我国酒精生产以发酵法为主，尤其是随着石油储量的锐减，发酵法酒精工业将日趋重要。

我国酒精年产量为300万吨，仅次于巴西、美国，列为世界第3位。

其中发酵法酒精占绝对优势，80%左右的酒精用淀粉质原料生产、约有10%的酒精用废糖蜜生产、以亚硫酸盐纸浆废液等纤维原料生产的酒精约占2%左右，合成酒精占酒精总产量的3.5%左右。

1.2生产原料

淀粉质原料是生产酒精的主要原料。

用于发酵法生产酒精的原料主要有：

薯类（甘薯、马铃薯、木薯、山药等）；粮谷类（高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍等）；糖质原料（甘蔗、甜菜、糖蜜等）；野生植物（橡子仁，土茯苓、蕨根、石蒜等）；农产品加工副产品（米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等）；纤维质原料（秸秆、甘蔗渣等）；亚硫酸造纸废液等。

我国大多数工厂是采用红薯和玉米为原料生产酒精。

玉米化学成分：

水分

蛋白质

脂肪

淀粉

粗纤维

灰分

7

8-10

3.1-5

60-65

1.3

1.7

红薯化学成分：

水分

蛋白质

脂肪

淀粉

粗纤维

灰分

14

9-15

0.5-3

15-30

1.1

0.9

1.3辅助物料

辅助物料包括：

酵母培养和糖化剂制备所需营养盐，调PH所用酸类、洗涤剂、消毒剂、脱水剂等。

酒母，就是将酵母菌扩大培养，获得足够数量酵母菌的酵母培养液，以供酒精发酵之用。

酒精生产用水，按水的用处不同，大体分为以下三种：

（1）酿造用水：

或称工艺用水，凡制曲时拌料，微生物培养，制曲原料的浸泡、糊化、稀释、设备及工具的清洗等因其与原料、半成品、成品的直接接触，故统称为工艺用水。

通常要求具有弱酸性，PH为4.0-5.0。

（2）冷却用水：

蒸煮醪和糖化醪的冷却，发酵温度的控制，需大量的冷却用水。

因其不与物料直接接触，故只需温度较低；硬度适中。

为节约用水，冷却水应尽可能予以回收利用。

（3）锅炉用水：

通常要求无固型悬浮物，总硬度和碱度应尽可能低，PH在25°时高于7，含油量及溶解物等越少越好。

1.4淀粉性质

1.4.1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。

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。

1.4.2淀粉分子的结构

淀粉分子是由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℃的温水中。

支链淀粉具有分支，它不溶解于温水中。

1.4.3淀粉的膨胀和溶解

淀粉在水中加热，即发生膨胀。

这时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℃开始，膨胀的速度就明显加快。

当温度升高到一定数值（60-80℃）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℃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。

1.5工艺流程

酒精生产工艺示意图如下：

1.5.1原料处理

淀粉质原料在正式进入设备之前，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。

原料除杂：

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，泥沙等杂质的存在也会影响正常的发酵过程。

常用的除杂方法有筛选、风送除杂和电磁除铁三种。

原料的粉碎：

淀粉是以淀粉颗粒的形式存在于原料的细胞之中，为了使淀粉能最终转化成酒精，首先要创造条件，使淀粉有可能从细胞中游离出来。

为此,原料要粉碎，把块状或粒状的原料磨碎成粉末状态。

以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离。

原料经粉碎后，受热面积可增加，利于淀粉原料的吸水膨化，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，从而提高热处理效率。

干式粉碎：

干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺。

（1）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例应能通过6-10mm的筛孔，然后在送去进行细粉碎。

（2）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）。

湿式粉碎：

粉碎时将搅拌用水与原料一起加到粉碎机种进行粉碎。

1.5.2原料水热处理

（1）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（原料的蒸煮），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。

（2）用淀粉质原料生产酒精的工厂，多数采用连续蒸煮工艺，只有少部分小型酒精厂和白酒厂，还采用间歇蒸煮工艺

（3）连续蒸煮工艺应满足的要求

①原料的粉碎；

②粉浆的预煮醪的蒸煮；

③蒸煮醪的汽液分离；

④淀粉质原料的连续蒸煮，是一项重大技术革新。

根据蒸煮设备的类型，可分为罐式连续蒸煮、柱式连续蒸煮和管道式连续蒸煮3种方法。

1.5.3物料的糖化

（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”。

（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。

（3）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。

1.5.4酒精的发酵

（1）发酵机理：

发酵原是一种自发性的天然过程，微生物在合适的基质上生长，分泌出各种酶将食物中的蛋白质和碳水化合物分解，并将之吸收及转化，最终形成风味物质。

而微生物的品种、基质的种类及预处理方法，以及发酵过程中环境条件的调控等，都是影响产品风味的重要因素。

代谢产生的酒精可与水以任意比例混合，然后穿过细胞进入发酵液。

发酵过程中产生的二氧化碳逐渐溶于发酵醪中，达到饱和时，便吸附于细胞表面，超过吸附能力时，则二氧化碳变为气泡上升，又由于二氧化碳之间的相互碰撞，形成更大的气泡上升。

二氧化碳的上升带动了醪液中酵母细胞的上下浮动，从而使酵母细胞更充分地与醪液中的糖分接触，进而使发酵作用进行得更充分和更彻底。

酒精酵母不含有阿尔法淀粉酶和贝塔淀粉酶，所以不能直接利用淀粉进行发酵。

因此，在利用淀粉原料生产酒精时，必须先进行糖化。

酵母菌体内与酒精发酵关系密切的酶主要有两类：

一类水解酶，它能将大分子物质分解为小分子物质，如蔗糖酶、麦芽糖酶及甘糖酶；另一类是酒化酶，是参与酒精发酵的各种酶及辅酶的总称（酵母细胞参与活动将糖转化为酒精），如氧化还原酶、烯醇化酶等胞内酶。

（2）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。

（3）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27-30°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；PH应控制在4.2－4.7为宜，PH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同时也会抑制酵母的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵结果。

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。

1.5.5发酵液的蒸馏、冷凝、提纯

蒸馏原理：

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性能的不同，将各组分分离的方法。

它就是当前全世界酒精工业从发酵醪中回收酒精所采用的唯一方法。

所以，把之前发酵好的物料泵送入塔里进行蒸馏，利用酒精的易发挥发，沸点低等物理性质，把酒精从发酵液里分离出来。

冷凝：

酒精蒸汽从蒸馏塔里出来经过冷凝塔冷凝成酒精液体，输送到提馏塔里进行提纯，最后到成品罐。

1.5.6存在问题及安全事故处理

1、二氧化碳中带有酒精，未及时处理问题

发酵当中会产生大量的二氧化碳和酒精，二氧化碳会随着量的增加会跑出去，这个时候会夹带少部分酒精在里面，来不及处理就浪费了。

处理方法，应将跑出去的二氧化碳经酒精回收后到气体收集利用。

2、发酵醪PH与温度控制的问题

适当降低发酵醪中PH的合理控制，是阻止发酵杂菌污染的主要措施。

连续发酵要求无菌条件非常严格，PH应控制在4.2－4.7为宜。

但PH值太低，不但会抑制杂菌的繁殖，同时也会抑制酵母的繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵结果。

发酵法中，酵母繁殖温度为27℃－30℃，发酵温度为33℃－35℃，如果温度高于40℃，酒精发酵很难进行。

产酸细菌繁殖最适温度为37℃－50℃，因此高温发酵易被细菌污染。

3、发酵醪浓度问题

发酵要求在一定浓度的糖化醪中进行，醪液浓度的高低直接影响到生产业绩。

糖化醪浓度稀，虽然有利于酵母的生长代谢，能提高出酒率，但是浓醪发酵却能提高设备利用率，节省水、电，降低生产成本，增加产量。

因此，生产上建议尽量采用浓醪发酵。

4、杂菌的危害

发酵过程中会产生一些杂菌，杂菌产生的有机酸对酵母的生命活动有影响，酸度的增加会对淀粉酶有抑制性。

所以，要提高车间的清洁卫生和及时进行消毒灭菌工作。

5、蒸汽泄漏事故

在锅炉加热时，蒸汽是在逐渐增多的。

如果泄漏的话应及时关闭进风口和进气口；输出口开大，让其尽量排出。

由于蒸汽高温，所以要注意准备放热服等工具。

6、酒精的储存安全

酒精由于沸点燃点都较低，易燃易爆。

所以储存的时候一定要阴暗地区，避免阳光暴晒发生爆炸，安全设施要制备齐全。

二、化学合成法制酒精

2.1关于乙烯的介绍

在化学法制酒精的工艺中乙