年产3万吨酒精工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产3万吨酒精工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

子比例。 即： 3CH4 + 2H2O + CO2 → 4CO + 8H2 从热力学角度看，合成乙醇在较低的温度下进行比较适宜，但低温下反应速度太慢，为提高反应速度，应适当提高反应温度。 然而随着温度的提高，副反应增多并加剧，而且无论从热力学和动力学角度来看，温度提高对副反应的生成较乙醇的生成更便利，因此为使反应向主反应方向进行，必须寻找一种选择性高、催化性好的催化剂，这是由 COH2合成乙醇的关键。 发酵法 发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农 产品，农林业副产物及野生植物为原料，经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。 淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。 发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。 淀粉质原料的发酵工艺 乙醇的发酵工艺分为间歇发酵、半连续发酵和连续发酵三种。 1. 间歇发酵 间歇发酵也称单罐发酵，发酵的全过程在一个发酵罐内完成。 根据糖化醪的添加方式分为以下几种。 一次加满法。 该法是将糖化醪冷却到 2730℃后，送入已经清洗、灭菌的发酵罐中，一 次加满，同时加入 10%的酒母醪，经 6072h 发酵即得到成熟发酵醪。 该法具有操作简单，易于管理的优点。 但存在初始酵母密度低，发酵除患期延长，初始生长和发酵速度低的缺点。 分次添加法。 此法操作时，糖化醪分几批加入发酵罐。 一般先打入发酵罐容积约 1/3糖化醪，直至加入 8%10%的酒母醪，每隔 36h 左右，加入第二和第三 1/3 的糖化醪，直 8 至加满容积的 90%以上为止。 该法的优点是：发酵旺盛，延缓期短，有利于抑制杂菌繁殖。 采用这种方法最好使酵母增殖发酵、糖耗同步，然后及时补充糖化醪。 间隔时间不要太短，否则会影响酵母 的增殖间隔时间也不易过长否则可能造成原料发酵不彻底，成熟醪残糖过高。 连续添加法。 即使酒母醪打入发酵罐中，同时连续添加糖化醪。 糖化醪流加速度应根据工厂生产量来定，一般应控制在 68h 内加满几个发酵罐。 流加过慢，会延长满灌时间，还可能造成发酵物质的损失。 流加过快，则会造成发酵醪中酵母密度小，对杂菌无抑制，可能造成染菌。 分割主发酵醪法。 该法是将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分割出 1/31/2到第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满罐，继续发酵。 放第二罐又处于主发酵阶段时，再次进行分割。 该法的前提是发酵醪 基本不染菌。 它具有节省酵母用量，接种量大，发酵时间短的优点，但易染杂菌，一般不主张采用 [3]。 半连续发酵时主发酵阶段采用连续发酵，后发酵阶段采用间歇发酵的方法。 更具糖化醪流加方式的不同，半连续发酵又分为以下两种方法。 第一种方法是将一组发酵罐连接起来，使前几只发酵罐始终保持主发酵状态。 从第三只发酵罐流出的发酵液分别顺次加满其他发酵罐，完成后发酵。 应用该方法可节省大量酒母，缩短发酵时间，但必须注意消毒杀菌，防止杂菌污染。 第二种方法是将 78只发酵罐组成一个罐组，每只发酵之间溢流管连接。 生产 时，先制备发酵罐提交 1/3 的酒母，加入第 1只发酵罐内，并在保持主发酵状态的前提下流加糖化醪。 满罐后，通过溢流管流入第 2只罐，当充满 1/3 体积时，糖化醪改为流加入第 2罐，当第 2罐加满后，溢流入第 3只罐，然后重复第 2只罐的操作，直至最后 1 只罐满罐。 最后，从罐至末罐逐个顺次将成熟发酵罐送去蒸馏 [4]。 该法可以节省大量酒母，发酵时间缩短，但每次新发酵周期开始时要制备新的酒母。 间歇发酵过程中，发酵罐中的培养液始终不断更新，因此，发酵过程中的各个参数，如糖浓度、乙醇浓度、菌体数、 pH 等会不断发生变化， 酵母菌受到环境变化的影响较大，不能 始终保持最高的发酵状态。 另外，间歇发酵过程的辅助时间较长，设备利用率也较低，且控制不易全部自动化。 如果采用连续发酵的方法，就能很好地解决上述问题。 连续发酵可分为全混连续发酵和阶梯式连续发酵两类： 全混连续发酵是微生物在一个设备中进行的，液体培养基混合搅拌良好，以保证整个 9 罐的均一性。 根据控制的方法又可分为化学控制器法（恒化器法）和浊度控制器法（恒浊器法）两类。 阶梯式连续发酵是乙醇发酵较常采用的发酵形式。 发酵过程是在同一组罐内进行的，每个罐本身参数基本不变，但罐和罐之间按一 定规律形成一个梯度。 从首罐至末罐，可发酵物浓度逐罐递减，乙醇浓度逐罐增加。 发酵时，糖化醪连续从首罐加入，成熟发酵醪连续从末罐流出 [5]。 几种常见具体工艺如下。 循环发酵。 该发酵罐组由 68 只罐组成，每个罐之间用溢流管数次自上而下连续。 糖化醪进料通往大酒母罐和发酵罐组的第一和最末两只发酵罐。 发酵开始时，糖化醪和成熟酒母醪同时流入罐组的第 1 只罐，充满后，发酵醪沿溢流管流入第 2 只罐，然后顺次流入充满至最后第 2 只罐。 大概需时 60h 左右，然后不再流加醪液，各自进行间歇后发酵。 这是糖化醪和酒母醪开始流入最后一个发酵罐， 当这只罐充满时，原来的最后第 2 罐已经发酵结束，并已防空清洗杀菌完毕，发酵醪由溢流管流入，发酵的第 2 各循环沿反方向开始进行。 顺式连续发酵法。 该法发酵开始时，酒母醪和糖化醪一起流入第 1 只发酵罐中，充满后，发酵醪沿溢流管依次流入第 第 直至充满整个罐组。 成熟发酵醪从最后一只发酵罐中流出，送去蒸馏。 如此操作连续不断。 糖蜜原料的发酵工艺 糖蜜乙醇发酵的机理和营养要求与淀粉质原料乙醇发酵完全相同。 但糖蜜乙醇发酵也有自己特有的特点。 这里主要介绍糖蜜发酵的工艺。 蜜糖乙醇发酵的方法很多，也可以非为间歇发酵 、半连续发酵和联系发酵。 1. 间歇发酵 又分为一下几种操作方式。 普通间歇发酵。 发酵罐空罐清洗后用蒸汽杀菌 100℃保温 ，冷却至 30℃后，接入培养成熟的酒母醪液，并补入温度为 2730℃的发酵糖液进行发酵。 发酵温度控制在3335℃的发酵。 发酵时间一般为 3236h，通常 4050h 即可送去蒸馏，成熟醪酒度为%7%（体积分数），发酵效率达 86%87%[6]。 分割式间歇发酵。 该法是第 1 只发酵罐按间歇发酵进行至主发酵阶段，从该罐分割1/31/2 发酵醪至第 2 罐中，用稀糖液加满两罐，第 1 至继续发酵直至终了，送去精馏。 第2 罐进入主发酵阶段后，再分割 1/31/2 至第 3 罐，再用稀糖液加满两罐，如此继续下去。 稀糖液浓度一般为 18%20%，发酵温度为 3335℃，发酵时间 3036h，成熟醪酒度 6%7%。 该法可省去大部分发酵制备时间，但容易染菌。 为此，除了认真进行糖蜜酸化（ ） 10 和添加五氯苯酚钠外，每天还应更换一次新鲜菌种。 分批流加间歇发酵。 该法是在发酵罐内加入 10%20%的酒母后，分 3 次加入基本稀糖液，第一、二次加入罐容积约 20%的今本稀糖液，第三次加入 40%50%的基本稀糖液，以后保持罐内醪液糖浓度一致，有利于酵母的发酵。 连续流加间歇发酵法。 连续流加发酵的特点在于基本稀糖液是按一定速度连续加入发酵罐中，直至罐满。 该法先将发酵醪总量 20%30%的成熟酒母醪送入发酵罐。 然后加入数量相同的酒母稀糖液（ 14%浓度）。 通风培养 2h，是发酵醪浓度降至 %%。 开始连续流加浓度为 33%35%的基本稀糖液，保持发酵醪的浓度在 10%左右。 流加至满罐后，任其发酵结束。 发酵温度控制在 3334℃，总发酵时间在 1620h，发酵醪乙醇含量在 9%（体积分数）以上。 2. 半连续发酵 半连 续发酵是主发酵采用连续发酵，后发酵采用间歇发酵的发酵方式。 具体的方法与淀粉质原料发酵半连续发酵相同。 3. 连续发酵 糖蜜连续发酵乙醇的工艺已比较成熟，也是目前最合理的发酵工艺，已报道的连续发酵工艺的方案很多，归纳起来有两种基本流程，即：单浓度流加连续发酵法和双浓度流加连续发酵法。 单浓度单流加连续发酵法。 该法是一种浓度的糖液进行单流加以实现连续发酵的流程。 该流程以稀糖液与成熟酵母同时进入第 1 只发酵罐内，酵母繁殖和稀糖液同时进行，产生含足够量的酵母细胞的发酵醪，并且连续加入稀糖液，发酵罐满罐后依次进入下一 罐连续发酵直至发酵成熟。 双浓度双流加连续发酵法。 该法是使用两种不同的糖液，即酒母稀糖液和发酵稀糖液（基本稀糖液）进行双流加以实现连续发酵流程。 一般对质量好、纯度高的糖蜜采用单浓度单流加连续发酵与双浓度双流加发酵法均可，单对纯度低、质量差的糖蜜不宜采用单浓度单流加发酵法而应当采用双浓度双流加连续发酵法。 双浓度双流加连续发酵法中，低浓度糖液（酒母糖液）与高浓度糖液（发酵糖液）流加液比通常为 1:1， 而六角糖比例为优质糖蜜 4:6，劣质糖蜜 3:7。 本设计采用 单浓度糖蜜酒精连续发酵 方法，原料选用为蔗糖，此原料来源范 围较广、原料在全国各地普遍存在而且价格较为便宜。 但是由于发酵工艺过程极其复杂以及查询资料的有限性，故本设计对糖化，发酵等工艺简单介绍，不作为工艺设计的重点，本设计主要侧重于对酒精精制工艺部分进行工艺设计及其塔设备和附件的计算选型。 由于发酵的产物主要是酒精和水，故本设计主要是对乙醇和水分离进行精馏工艺设计。 11 第三章 工艺流程介绍及精馏塔设备选型 总生产工艺流程介绍 总工艺流程图 原料 —— 除杂粉碎 —— 拌料 —— 糖化 —— 发酵 —— 浓缩 —— 精馏 —— 乙醇 原料的处理 蔗糖原料在进行正式生产之 前，必须预处理，以保证生产的正常进行和提高生产的效益，预处理包括除杂和粉碎两个工序。 1. 原料除杂 蔗糖在收获和干燥过程中，经常会掺夹进泥土、沙石、粗纤维、金属杂质等杂质，这些杂质如果没有在正式投入生产之前清除，会严重影响后续生产的正常进行。 石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或者损坏，造成生产的中断；机械设备运转部位，会因泥沙的存在而加速磨损，杂物还易造成堵塞阀门、管道、泵和关键设备，使生产过程不能正常进行，泥沙等杂质也会影响正常的发酵过程。 所以用蔗糖原料生产酒精前，必需进行除杂，以保证生产的 正常进行和提高生产的效益。 原料除杂通常采用筛选和磁选。 筛选多选用振动筛除去原料中的较大杂质及泥沙。 振动筛是一种平面筛，常用的有两种：一种是由金属丝（或其他丝线）编织而成的；另一种是冲孔的金属板。 开孔率越大，筛选效率越高，但开孔率过大会影响筛子的强度 ]。 磁选多选用磁力除铁器除去原物料中的磁选杂质，如铁定和螺母等，常见设备为永久性磁力除铁器和电磁除铁器。 2. 原料粉碎 原料进入下一工序之前必须进行粉碎，这样有助于提高原料的利用率和发酵效率。 原料的粉碎按带水与否可分为：干式粉碎和湿式粉碎，实际生 产中多采用干式粉碎。 国内乙醇生产原料粉碎设备主要是锤片式粉碎机，合理的干式粉碎应采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，在进入锤碎机前先经过粗碎，把大块原料初步打碎成小块原料，再经过锤碎机，将小块原料打碎成较细的粉末原料。 湿式粉碎是指粉碎时将拌粉用水和原料一起加到粉碎机中去进行粉碎。 12 原料输送 原料输送常用方法是机械输送、气流输送。 1. 机械输送 通常多用于固体物料的输送。 常用的输送机械有皮带输送器、螺旋输送器和斗式提升机。 前两种多用于水平方向输送，后者多用于垂直方向输送。 2. 气流输送 也称风送或气 力输送。 本设计中 原料粉碎采用风送工艺，除掉了原料中的沙、石杂质，提高了设备粉碎能力。 糖化和发酵 蔗糖液化是糖化的前提。 工业生产中一般根据使用  蔗糖酶的不同，液化的工艺条件会略有不同。 使用耐高温  蔗糖酶，采用 80℃的处理温度，使用普通  蔗糖酶，采用 70℃的处理温度。 采用高温液化可以提高酶反应速度，但温度高于酶的最适作用温度时，酶活力损失 加快。 此外，生产中有时也添加 CaCl2或 CaSO4， Ca2+的存在有助于提高酶对热的稳定性，一般 Ca2+浓度控制在。  蔗糖酶的用量一般为每克淀粉使用 2～ 10U，含单宁多的原料用量可适当增大。 液化时间，一般控制在 45～ 90min，蔗糖液化不需要进行的非常的彻底，一般控制淀粉水解程度在葡萄糖值为 10～ 20之间较好。 喷射液化是目前使用最广泛的液化工艺，它是利用低压蒸汽喷射器来完成蔗糖的液化。 蔗糖在  蔗糖酶的水解作用和喷射发生地剪切作用下，能很快地将蔗糖液化。 喷射液化连续液化、操作稳定、液化均匀、蔗糖利用率高等优点，此外对蒸汽压力要求低，且不易堵塞，无震动。 用于乙醇生产的酵母，直接利用蔗糖进行乙醇发酵的效率不高，蔗糖必须水解成单糖糖类利用，这样有助于发酵效率的提高。 发酵过程中蔗糖转化为单糖选择的酶为  蔗糖酶作为催化转化酶，该酶转化效率极高，少量的该酶就可催化大量的蔗糖。 浓缩 从发酵罐出来的发 酵液，杂质含量很小，其主成分是酒精和水，但酒精含量很低，约占 8%左右，需要 进入缪塔中进行蒸馏浓缩处理，蒸发一部分水分，经浓缩后的原料，酒精的含量可达到 25%40%。 浓缩后的原料液进入下一工序，进行酒精精制提纯。 精馏 从上一工序流出的浓缩酒精蒸汽 经过冷却后进入 原料罐，在里面停留一定的时间之后，通过泵进入原料预热器， 经醪塔浓缩分离后的酒精含量可达到 25%40%，本设计中采用 30%乙醇和水进料液。 在原料预热器中加热到泡点温度从进料口进入到精馏塔中。 因为被加热到泡点，混合物中既有气相混合 物，又有液相混合物，这时候原料混合物就分开了， 13 气相混合物在精馏塔中上升，而液相混合物在精馏塔中下降。