年产4000吨酒精工厂项目设计方案

1 年产 4000 吨酒精工厂项目设计方案 1 总论 1 1 设计的目的和意义 通过毕业设计，巩固、深化基本理论、基本知识和基本技能，提高分析问题和解决技术问题的能力。通过完成本次设计，基本掌握酒精生产工艺流程设计、基本工艺计算、主要设备选型等。通过查阅文献、调查研究，提高综合分析能力。 酒精工业是国民经济重要的基础原料产业。它广泛应用于化学工业、食品工业、日用化工、医药卫生等领域，是酒基、浸提剂、洗涤剂、溶剂、表面活性剂。目前不少国家都在考虑将酒精作为新能源以应付“石油危机”和“能源危机”，用酒精部分或全部 代替汽油作为汽车燃料，不仅可节约大量的石油，而且可以减少二氧化碳的排放量，缓和温室效应，所以酒精生产有广大的供求市场。 1 2 设计依据 （ 1）大学理工学院（生物工程专业） 年产 4000 吨酒精工厂的初步设计任务书 （ 2）设计基础资料： 产品名称：无水酒精（优级纯） 工厂厂址：海口近郊 生产原料：废糖蜜（海南各地糖厂的副产物） 生产天数“全年生产 260 天（全天候） 当地气候条件（来自海南气象台资料）： 温度 极端高温 39 最低温度 6 平均温度 湿度 最高 湿度 92% 平均湿度 85% 2 水温 河水（ 1米） 最高 30 最低 10 自来（饮用）水 最高 30 最低 10 深井水 平均 18 风频率 年平均风速： s 降水量 年平均： 1691ml/a 风向 东北风和东风 1 3 指导思想 以设计任务书为基础，以最新科研成果和实际经验为依据，通过文献检索、收集资料，调查研究，综合分析；贯彻节省基建投资，充分重视技术先进，降低工程造价等思想，从节约 能源和降低原料消耗，创较高经济效益等角度出发，以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则，同时注重“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污。尽量采用本地原料、定型设备，各种设计方案综合比较，取长补短，制定一个高产节能的设计方案，高效生产高质量的优质酒精。 1 4 设计范围 （ 1）原料的选择及进行生产的方法 （ 2）生产工艺流程与工艺条件的确定与论证 （ 3）工艺计算 （ 4）车间生产设备的选型计算 (5）书写设计说明书 （ 6）绘制工艺流程图 带控制点生产工艺流程图；主要设备装配图；车 间平面布置图；全厂总貌平面布置图等。 （ 7）设计重点：蒸馏工艺流程设计；蒸馏塔、精馏塔设计选型 （ 8）技术经济效益指标分析 1 5 生产规模及产品执行质量标准 （ 1）生产规模 生产规模：年产工业无水酒精 4000 吨，日生产 3 年工作日：全年生产 260 天（全天候）；其余时间为副产品加工、设备维修检修、员工技能培训等。 主产品：无水酒精 质量标准 678级纯。 副产品：杂醇油 （ 2）产品执行质量标准 表 1 产品酒精质量标准 678 检 测 项 目 单 位 标 准 规 定 值 优级纯（ G R） 分析纯（ A R） 化学纯（ C P） 乙醇（ % 度（ 20 ） g/水混合试验 合 格 蒸发残渣的质量分数 % 分的质量分数 % 度（以 H+计） 00g 度（以 00g 醇的质量分数（ % 丙醇 （ 质量分数 % （ 质量分数 % 锌（ 质量分数 % 还原高锰酸钾物质（以 O 计） % 炭化物质 合 格 （ 3）生产车间组织与 管理 本车间实行车间、工段、班组三级组织与管理 （ 4）工作制度 酒精厂日工作时间为 24 小时，每日三班，每班 8 小时连续生产。 2 生产工艺流程选择和论证 2 1 酒精生产工艺流程设计 艺流程简图（见下图） 糖蜜酒精生产主要经过稀糖液制备、酒母制备、稀糖液发酵和酒精蒸馏四个工序。 4 原种 扩 硫酸 培 营养盐 酒母 糖蜜 稀糖液 稀糖液发酵 酒精蒸馏 无水酒精 水 程说明 原糖蜜经泵送至高位槽，再经计量秤称重后输入酸化罐。在酸化罐加入定量的水、硫酸、营养盐等辅料进行处理，处理后用双浓度法稀释，稀糖液浓度 1418用来培养酵母；浓糖液浓度 3240用来发酵。两种溶液流进主发酵罐进行发酵，发酵得到成熟醪（酒精浓度 10%以上） 成熟醪经预热器预热至 72 左右从醪塔顶加入，经过醪塔粗馏后酒汽从塔顶出来，从排醛塔 13 层左右进入，排醛塔 底进入精馏塔的脱醛酒，脱醛液进入精馏塔，塔顶排出来的酒精汽（ 96%），再经预热器加热到200250 后进入分子筛塔进行脱水，出分子筛得到产品无水酒精。 2 2 糖蜜发酵的依据和机理 蜜酒精发酵特点 （ 1）糖蜜酒精生产特点 糖蜜原料中的糖分以可发酵糖为主，发酵速度快，糖蜜中糖分以蔗糖为主，甘蔗糖蜜除蔗糖外还有大量转化糖，只需稀释，无需糖化即可被酵母利用，发酵速度快。不论是甘蔗糖蜜还是甜菜糖蜜中糖类大多数为可发酵性糖，经过稀释同时添加部分营养盐，就可用酵母将它们发酵生成酒精，发酵周期短，一般只有 36h。 糖蜜含糖高、灰分多、黏度高 糖蜜含糖高、胶体多、灰分大、黏度高。糖蜜需加水稀释降低糖度和黏度，加酸调整 要选用耐高渗透压的酵母进行酒精发酵。为了维持正常的酵母生长和发酵速率，在酒母培养和酒精发酵时要适当通风。 生产工艺与设备简单、易实现连续化酒精发酵 与淀粉质原料生产酒精比较，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，只需加水稀释，加酸酸化 5 处理即可用于酒母培养和发酵，工艺流程与操作简单，易实现连续发酵。 发酵生成酯、醛、头级杂质和杂醇油多 糖蜜酒精发酵生成的酯、醛、头级杂质和杂醇油较多 。糖蜜酒精蒸馏一般需增加一个脱醛塔以排除乙醛，要加强杂醇油分离操作（提油）。成品酒精中易超标的指标主要是醛、氧化实验、硫酸试验和杂醇油等。 （ 2）糖蜜酒精生产优点 糖蜜酒精发酵工艺相对低简单，成本低。糖蜜主要成分为可发酵糖，无需蒸煮、糖化过程，原料只要稀释、酸化、接种、发酵和蒸馏过程。其主要优点是： 来源丰富 生产工艺、设备较淀粉质原料生产酒精相对简单 糖蜜酒精无须粉碎、蒸煮、制曲和糖化过程和相应设备，能耗低，并且原料价格低，生产成本低。 生产易实现连续化 糖蜜酒精厂基本上采用了双流加连续发酵工艺 。 （ 3）糖蜜酒精生产缺点 浓度高、灰分大、胶体多 发酵生成酯、醛等头级杂质多、杂醇油多，蒸馏废液难处理 蜜酒精发酵中酵母的有效酶系 糖蜜酒精发酵过程中，酵母细胞中参与酒精发酵的酶有十多种。 主要有两大类：一类为水解酶，另一类是糖 母活细胞中水解酶首先将糖蜜醪中的蔗糖水解生成一分子葡萄糖和一分子果糖，然后再由酵母活细胞中的酒化酶进行发酵，酒化酶是参与酒精发酵的各种酶和辅酶的总称。这类酶主要包括己糖激酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶和异构酶、变位酶等。这类酶都是胞内酶。在这些酶 的顺序作用下，糖分被逐步转化为酒精。 蜜酒精发酵在密闭发酵罐中进行的理论依据 所谓发酵，是指微生物细胞，在无氧条件下，进行无氧呼吸，将吸收的营养物质通过细胞内酶的作用，进行一系列的生物化学反应，把复杂的 6 有机物分解为比较简单的生化中间产物，同时放出一定能量的过程，就叫做发酵。或者简单地说，就是在无氧条件下，微生物将复杂的有机物转变为简单的产物的过程，就叫做发酵。 所谓酒精发酵，就是指发酵酵中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的全过程。 酒精的发酵过程中，酵母菌的发酵是属于 厌气性发酵，进行着无氧呼吸，发生着复杂的生化反应。从整个发酵工艺来讲，既有发酵醪中的淀粉、糊精继续被糖化酶作用，水解生成糖类物质的反应，同时又有发酵醪中的蛋白质在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各种氨基酸的反应，这些水解产物一部分被酵母细胞吸收合成菌体，另一部分则发酵生成了酒精和二氧化碳，还要产生副产物杂醇油、甘油等。 糖蜜酒精发酵过程是不需氧的生物化学氧化过程，其生物氧化自成体系，反应过程中生成还原态的 H，用于乙醛的还原，而其自身被氧化恢复成氧化态的 酶上的氧化还原过程，即酒 精发酵氢的传递过程。所以酵母进行糖蜜酒精发酵时宜在密闭的发酵罐中进行。 酵母进行糖蜜酒精发酵时，在有氧的情况下，由于进行了呼吸作用，而酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。 有氧情况下，为什么糖蜜酒精发酵的发酵率反而减低？从酒精发酵反应式可总结如下： 2 在酒精发酵过程中，在无氧情况下，一分子葡萄糖经酵母酒化酶系的催化作用最终生成二分子的乙醇，二分子 分子二氧化碳，同时在酒精发酵中进行底物水平磷酸化，每发酵一分子葡 萄糖产生 3 分子 时需要用去 2 分子 2 分子磷酸： 22有氧的情况下，进行电子传递磷酸化，每消耗一分子葡萄糖，则产生 38 个 此也需要 38 个分子的 388 38酵母细胞内， 是有限的，由于发酵的高速度进行， 和 经被充分利用了，当有氧的情况下进行了电子传递磷酸化，生成大量的 而消耗了大量的 而用来进行发酵的底物磷酸化就会感到不足，从而降低了发酵速度，因此在有氧的情况下，糖蜜酒精发酵的效 应反而降低。由此可见，糖蜜酒精发酵宜在密闭的发酵罐内进行。 蜜酒精发酵机理 酵母进入糖化醪后，糖分被酵母细胞吸收渗入细胞内，经过酵母细胞内糖 终生成酒精、 能量，其中一部分能量被酵母细胞用作新陈代谢的能源，余下的部分能量和酒精及 起，通过细胞膜排出细胞外。酵母菌就是以这种方式进行糖的酒精发酵的。 酵母酒精发酵的 4 个阶段： 葡萄糖磷酸化和异构化，然后裂解为能转化的两种磷酸丙糖（甘油醛 磷酸二羟丙酮）。 磷酸丙糖中的甘油醛 醛基经 化成 羧基，伴随着 摄取，此反应形成甘油酸 3能量足以转移 形成 甘油酸的 3 位转移到 2 位，然后脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸，它提供足够能量以转移 。 丙酮酸脱羧形成乙醛，乙醛为氢受体，其羰基氧化甘油醛 氢所生成的 H+），从而再生 乙醛生成乙醇。 酵母酒精发酵全过程的 12 步反应： （ 1） 发酵醪中的葡萄糖，被酵母吸收后，在 己糖激酶的催化下，将葡萄糖变为 6 磷酸葡萄糖。 激活剂。 （ 2） 转化为 6 磷酸葡萄糖后，再经酵母细胞 中磷酸己糖异构酶催化下，生成 6 （ 3） 6 磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下，降解成为 1， 6 二磷酸果糖。 （ 4） 1， 6 二磷酸果糖在醛缩酶的作用下，生成磷酸二羟丙酮和 3磷酸甘油醛。 （ 5） 此时的磷酸二羟丙酮，在磷酸丙糖异构酶催化下，又生成 3 磷酸甘油醛。 8 （ 6） 3 磷酸甘油醛在 3 磷酸甘油醛脱氢酶的催化下，生成 1， 3二磷酸甘油酸。 （ 7） 1， 3 二磷酸甘油酸在磷酸甘油激酶的催化下，生成 3 磷酸甘油酸。 （ 8） 3 磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶催化下、生成 2 磷酸甘油酸。 （ 9） 2 磷酸甘油酸在烯 醇化酶催化下，生成 2 磷酸烯醇式丙酮酸。 （ 10） 2 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下、生成烯醇式丙醇酸，由于烯醇式丙酮酸很不稳定，立即就会生成丙酮酸。 （ 11） 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶催化下生成乙醛。 （ 12） 乙醛在乙醇脱氢酶的作用下就生成了酒精。 高糖蜜酒精发酵效率的方法 一方面要注意调整酵母的外界环境条件，使外因适于酵母内在规律要求，另一方面驯养和选育耐高渗透压和耐高温的优良酵母菌种，以适于糖蜜酒精发酵。 调整酵母外界环境的渗透压是提高糖蜜酒精发酵效率的关键，酵母细胞内酶系催化 效率的提高，依赖于酵母细胞质膜的半渗透作用。所以，糖蜜酒精发酵要求发酵醪要有适当的渗透压，才有利于酵母半透性细胞质膜对醪液中 C、 N 源、生长素等营养物质的吸收利用，才能加速细胞内酶系的催化反应速度，从而使发酵率进一步提高。为了保证酒母细胞质膜半渗透作用的正常进行，对于糖蜜原料，特别是低纯度糖蜜原料，应想办法先除去搪蜜中的焦糖、黑色素、果胶等胶体物质；只有适当降低糖密浓度和粘度才能调整至适宜的渗透压，才能保证酵母细胞质膜半渗透作用的正常进行和提高工作效率。 其它工艺条件也能直接影响发酵效率，如果调整 适宜的发酵温度，发酵效率也明显提高。 2 3 糖蜜酒精的发酵方法 糖蜜酒精发酵方法很多，基本上可分为间歇法与连续法两大类。 歇发酵法 根据艺和设备不同，间歇发酵法又可分为开放式、密闭式、分割式、 9 分段添加和连续流加等发酵方法。 开放式间歇发酵法 此法的特点是醪液在敞开的发酵槽内进行发酵，操作是间歇进行，发酵槽一般用水泥制成，也可用钢板制成，发酵槽内装有冷却管和蒸汽管，使用时先用石灰乳、热水充分洗涤及消毒。培养酒母稀糖蜜浓度为12 15， 入 10的种子， 25 30 培养至浓 度为 6 8时即为成熟洒母。浓度为 20的稀糖液送入发酵槽，同时接入 20的酒母，接种温度随季节而改变，夏季 27 ，冬季为 32 ，酒母添加后不久就进行前发酵，再约经 10 小时开始主发酵，温度逐渐上升，这时要注意降温，发酵时间约需 30 40 小时，成熟醪含酒精 6 7 (容量 )。 开放式间歇发酵法的优点是设备简单，容易上马，操作简便。缺点是直接与空气接触不利于嫌气性发酵，容易感染杂菌，同时也容易导致酒精挥发损失及 法回收，设备利用率低。 密闭式间歇发酵 此法的特点是在密闭的容器内进入，嫌气性发酵条件较好， 能防止杂菌感染，发酵率稳定，可以回收 精损失较少。 酒母罐预先以 100 空消 1 小时，送入 12 15的稀糖液后，再加热到100 ，灭菌 30 分钟，实消后加入浓硫酸调节 后冷却到 30时接入种母，培养浓度降至 6 8时即为成熟酒母。 将已杀菌的浓度为 20的稀糖液送入密闭式发酵槽，冷却至 80 时接入10的酒母，保温 30 35 发酵，发酵时间为 30 40 小时，7 (容量），发酵率 86 87%。 分割式发酵法 此法是利用发酵正常的主发酵醪，把它抽出一部分 (1 3 或 1 2)送人第二发酵罐，作为第二发酵罐的酒母，两个发酵罐各用稀糖液添加满，第一个罐让它发酵完毕，然后蒸馏，而第二个发酵罐在进入主发酵期时，又分割出 1 3 或 1 2 的发酵醪送入第三个发酵罐，作为第三个发酵罐的酒母，再分别添加满稀搪液，如此依次进行下去，分割主发酵醪进行发酵。 此法优点是节省酒母的制备，分割主发酵醪作为酒母，接种量较大，可以 10 缩短发酵时间，缺点是容易感染杂菌。为了减少杂菌感染的机会，每天更换新种两次，或在重复分割时，将发酵醪酸化调整为 添加适量的氟化钠或五氯代苯酚钠等化学防腐剂。我国南 方小型糖蜜酒精工厂采用此法较普通。稀糖液浓度以全糖分为标准，冬季为 12 13，夏季为 11 12，酒母稀糖液的浓度一般比发酵所用的低 2 3，发酵时间只需要 30 36小时，成熟醪含酒精夏季 6 (容量 )，冬季 7 (容量 )。 分段添加发酵法 分段添加发酵法的特点是将酵母培养阶段和发酵阶段明显地划分开来，根据两者不同的目的要求，采取不同的技术条件，在发酵过程中尽可能维持醪液中的糖分一致，使酵母在较稳定的情况下发酵，由于采用分段添加糖液，保持了醒液中较低的糖分和较高的酒精分。 分段添加 发酵法是在发酵罐中加入 10 20的成熟酒母，并且分三次或更多次加入基本稀糖液。第一、第二次添加发酵罐容积 20的糖液，第三次加入发酵罐容积 40 50的糖液。为了使酵母很好地增殖，在第一次及第二次添加时，通空气一小时，而第三次添加时则通气 15钟，如果没有通风设备，添加速度应尽量慢。 当糖度降到 6时，才开始添加基本稀糖液，稀糖液混入后的浓度应在 右，最后一次添加的稀糖液浓度应该保证成熟醪的酒精含量为 9 (容量 )，锤度为 发酵温度宜控制 30 35 。 发酵时间约 36 45 小时。 连续流加发酵法 连续流加发酵法的特点是把成熟的酒母一次加入发酵罐中，然后连续流加基本糖液，连续流加基本糖液的速度应控制，使发酵糖液的浓度大致相同，这样可使发酵时间大大缩短，发醪中酒精含增高。 连续流加发酵法是先将占发酵醪总容量约 30%的成熟酒母醪一次放入发酵罐中，然后加入相同数量的浓度为 14的稀糖液，通入空气，使其与酒母混匀，促使酒母很快增殖，约经过两小时，发酵度降低 7 这时就连续地加入浓度 32 35的基本稀糖液，连续流加基本糖液的速度，主要是维持加入过 程中发酵醪的浓度在 10左右。采用连续流加发酵法， 11 发酵最高温度须控制在 33 34 ，发酵总时间只有 15 20 小时，发酵醪的酒精含量可达 9 (容量 )以上 。 续发酵法 间歇式发酵是始终在一个容器内进行，酵母始终处在一个变动的环境中，即酵母的繁殖与生命活动是在糖分不断下降，酒精含量逐步增加的变化过程中进行的。连续发酵与此相反，发酵的每一个阶段是在各个不同的容器中进行，对每个容器来讲，醪液的浓度，酒精的含量， 度等因素是一定的，这样，酵母由于适应稳定外界的环境，其发酵能力加强，发酵率也相应提高，整 个生产过程连续化，操作方便，生产管理稳定，大大减轻了劳动强度和节省劳动力，为实现仪表自动控制提供了有利条件，同时由于连续发酵法，节约了非生产时间，提高了发酵设备利用率。 我国南方利用甘蔗糖蜜与北方利用甜菜糖蜜生产酒精的工厂，大都采用连续发酵法。糖蜜酒精连续发酵的方法较多，现归纳如下： 多级连续发酵法 多级连续发酵法又称自流式连续流动发酵法，是在一组串联几个发酵罐中进行的，罐的数量及位置可以不同。通常采用 9 10 个罐串联起来，它们的位置可以在高度相同的一个平面上或者高度不同的两个平面上，呈梯级式。酒母和基本稀 糖液，以一定的速度连续地流入前两个发酵罐，发酵时醪液从 #1 发酵罐上部沿连通管流入 #2 发酵罐底部，再经 #2 发酵罐上部流入 #3 发酵罐底部，这样顺序连续流动，经过一组串联的发酵设备所连接的空间，酵母完成增殖和发酵作用的全过程，成熟醪从最后的发酵罐中连续排出，送去蒸馏。 多级连续发酵法的特点是：把前两个发酵罐作为主体罐，在酒母与基本稀糖液连续流加的条件下，酵母处在对数生长期，保持旺盛的生命活动能力，发酵 一 开始便达到主发酵期，发酵时间可以大大缩短。在间歇分批发酵过程中，酵母的萌发期较长，然而在连续发酵过程中，酵母的萌 发期的时间取决于主罐中醪液交换的速度和第一次加入酵母的数量。换句话说，如果交换速度过大，在营养物质丰富的情况下，虽然酵母的生长速度加大，但不利于酵母的积累，往往酵母来不及繁殖就有可能被流掉，酵母积累便 12 在后面几个罐内进行，并且速度缓慢。为了消除这一现象，主罐的发酵醪交换速度应比其他发酵罐的进度低一些，为此可加大主发酵罐的容量，或者利用一组罐的前两罐作主罐，这种方法使酵母的积累在第一罐内结束，而使第二、第三发酵罐酵母细胞含量变化不大，使连续发酵稳定在一定的酵母数量。酵母在主罐中积累过程也取决于它的初始含量，在连 续发酵过程中控制主发酵罐的酵母数量甚为重要，需要掌握好发酵醪的流加速度，使其交换速度与酵母的生长速度达到相对平衡。另外，糖蜜连续发酵一些重要的因子，如糖浓度、 度、酵母数量和酒精浓度在各个发酵罐内虽不相同，但能控制保持相对稳定性，因而可以避免和间歇发酵过程中由于代谢产物反馈抑制作用，酒精浓度增加，致使酵母出现过早衰亡的现象，使酵母连续发酵作用得到充分发挥，因此，发酵率可以相应提高。多级连续发酵节约了非生产时间，所以设备利用率相应提高。但应该看到多级连续发酵经常会因杂菌感染，不可能长期维持下去，必须定期 更换酵母种子，一般每隔几天，必要时甚至每隔 7 8 天各发酵罐需要交替排空灭菌再重新接入酵母种子进行发酵 。 循环 (往复 )多级连续发酵法 此法的特点是发酵设备与多级连续发酵法相同，但管道布置与换种操作则不同，共同点是发酵设备同样由 9 至 10 个发酵罐一组串联起来，酒母与基本稀糖液的流加，由 #1、 #2 发酵罐，依次经过所有的发酵罐完成连续发酵的全过程，成熟醪从最终发酵罐排出，送去蒸馏。不同点是：最终发酵罐成熟醪蒸馏后，立即刷罐灭菌，接入酵母新种，连续流加基本糖液，其它各发酵罐依次灭菌接入发酵醪，以相反的方向连续流动进行 连续发酵，这样尾罐变为首罐，实现了循环连续发酵法。该法的优点是不需用泵转换，可简化操作，节省电力消耗。 通气搅拌多级连续发酵法 为了使糖蜜酒精连续发酵在均匀相 (或均质 )情况下进行，同时保证有足够或较多的酵母数量。我国一些糖蜜酒精厂，在一组发酵罐串联起来的发酵系统中第一个罐采用通气搅拌或间歇通气搅拌措施，保持足够和较多量酵母的情况下，通过连续流加基本稀糖液，使酵母迅速处于对数生长阶段， 13 保持其旺盛的生命力，和提高酵母的比生长速度，是获得高发酵率的关键。在随后的各级发酵罐中，随着糖液浓度降低，酵母比生长速度 也逐渐缓慢降低。所以，设计糖蜜酒精连续发酵方案时，宜采用双流和多流系统，即糖液同时流入前 2 3 个发酵罐，以便保持酵母一定的比生长速度。间歇通气搅拌对稳定和保证较高的比生长速度更为有利。 回收酵母多级连续发酵法 此法的特点是将发酵醪的酵母，用高速离心机回收再用。由于回收大量的酵母，在发酵过程中一开始便有足够多量的酵母，发酵特别旺盛，代谢产物酒精立即大量积聚。由于代谢产物的反馈抑制作用，发酵过程中随着酒精浓度迅速增高，抑制了酵母的增殖，使酵母迅速衰亡。因此，酵母耗糖的损失相应减少，酒精产率相应可增加 2左右， 连续发酵时间可缩短8 10 小时，所以此法的优点是发酵周期短，产率高，设备利用率高。 回收酵母多级连续发酵是在四个一组串联的发酵罐中进行，连续发酵用糖液浓度为 30 34，来自活化罐的成熟酒母及发酵浓糖液送入第一个发酵罐的底部，发酵醪向上升起，沿导管流入第二发酵罐的底部，依次流入第三个发酵罐。这样的输送方向保证了酵母在整个发酵期间都处于悬浮状态。由于发酵作用产生代谢产物酒精和二氧化碳，醪液比重沿罐高度而逐渐降低，这样能防止发酵醪把刚送来的糖液带走。第三与第四两个发酵罐之间上部用导管相连，发酵醪由第四发酵罐的下 部放出，使酵母沉降，便于回收。发酵醪的流动速度需调节到第一罐发酵度 14，第二罐发酵度10，第三罐发酵度 第四罐 成熟醪酒精浓度约为 (容量 )。 从发酵醪分离回收的酵母浆，约为发酵醪容积的 15，此酵母浆送至酒母罐，添加浓度 11 12稀糖液并添加硫酸，位酸度达 1 再加过磷酸钙，而不加氮源养料，当浓度降低至 5时，即将酒母醪送至发酵罐，在发酵过程所释出的二氧化碳，通过捕集器，而洗水则用来稀释糖蜜，发酵醪用泵送入沉降槽，通过高速离心分离器将醪液和酵母分离，醪液送去蒸馏 ，酵母重回至活化罐中，如此反复使用 15 次左右。 连续发酵与间歇发酵相比，酵母菌发酵的各阶段都是在不同的发酵罐 14 内进行，发酵中控制的 、精度、温度、酒精含量等都能相对稳定在酵母菌发酵所需的范围内，即酵母菌的生长、繁殖、代谢环境稳定，其发酵能力强。并且酵母菌的发酵几乎不存在适应期，糖化醪或糖密一进发酵罐就能进行发酵，使整个生产周期缩短 10 20 小时，能提高设备利用率20 25 。 糖蜜酒精连续发酵采用多级比单级有利，因为多级连续发酵可以比较充分地利用基质，而第一级发酵罐流出的发酵醪中未利用的基质，可以在以后的 各级发酵罐内被继续消耗，因而多级连续发酵效率较高。其次是第一级发酵罐的酵母细胞数量立即达到对数生长期的数量，取消酵母繁殖中的迟滞期，使多级连续发酵一开始便进入主发酵阶段，从而取消了前发酵阶段，缩短了连续发酵过程的总时间，提高了设备利用率。 多级连续发酵法可分为单浓度连续发醉法和双浓度连续发酵法两种。单浓度连续发酵法是酒母培养与连续发酵醪的糖液均采用同一种浓度：22 25浓度连续发酵法酒母的培养液采用低浓度糖液，浓度为14 18续发酵法添加基本稀糖液采用高浓度糖液，浓度为 32 40 由于糖蜜浓度高、黏度大、灰分多，因此糖蜜酒精发酵多采用双浓度双流加工艺以解决酵母生长和酒精发酵最适条件不用的难题。 收酒精的依据 糖蜜酒精发酵过程中放出大量 酵过程中产生 主要来源是在酵母菌羧化酶及羧化辅酶的催化作用下，丙酮酸脱羧变为乙醛并放出醛在酵母的乙醇脱氢酶作用下还原为酒精。 根据糖蜜酒精发酵化学反应式： 2 2180 2 2246 244 100 公斤蔗糖可生成 斤转化糖。 理论上 1 吨蔗糖应产生 斤无水酒精，或 682 公升无水酒精 (以 15 20 计算 )，或 升无水酒精 (以 15 计算 )，同时产 斤 见糖蜜酒精发酵过程中产生 量不少。一个年产 3000 吨糖蜜酒精工厂每小时排出 斤，每年排出 736 吨。目前国内不少酒精工厂回收 合利用生产液体 冰等。 在酒精发酵过程中， 排出需要通过含有酒精的发酵醪层，于是就被酒精蒸汽所饱和，因此， 出的同时必然带走醪液中的一部分酒精。另外，酒精发酵醪表面的蒸发也使部分酒精必然随着 体而排出。排出的 带走的酒精数量与发酵醪的温度、酒精浓度以及蒸发表面的状态都有密切的关系。根据糖蜜酒精工厂实际生产数据，发酵过程中 ，则一个年产 3000 吨的糖蜜酒精工厂每年由于 带走的酒精即达 30000 35000 公斤。因此，决不能让这么多的酒精损失，必须设法回收。 2 4 双糖流加发酵工艺流程 艺流程图 酵母固体斜面菌种 营养盐 硫酸 水 糖蜜 糖蜜贮罐 液体试管 营养液高位槽 硫酸高位槽 三角瓶 糖蜜高位槽 糖液酸化罐 1#连续稀释器 泵 16 糖蜜磅秤 小酒母罐 2#连续稀释器 糖蜜供应器 3#连续稀释器酒母培养稀糖液 酒母罐 发酵基本糖液 酒母 1#主发酵罐 连续发酵罐组 9#后发酵罐 计量罐 熟醪 液体 间 蒸馏车间 液体二氧化碳 干冰 艺流程说明 （ 1）糖蜜的处理 糖蜜自糖蜜贮池流出，经除砂器除去部分砂土，然后用泵送到糖蜜磅，由电动触点自动控制计量后，放至糖蜜池，然后用往复泵送到 4 楼的糖蜜高位箱暂贮。酒母扩大培养所用的糖蜜自糖蜜高位箱经液位调节器维持恒压流入 1 号连续稀释器内，加入硫酸、磷酸及铵盐溶液，使糖液达到一定的酸度和浓度后，送入一组串联的酸化罐中进行相当时间酸化处理后，再流入 2 号连续稀释器内，加水进行第二次稀释至所需的浓度后，进入 酒母罐内。而供主发酵用的糖蜜自糖蜜高位箱经液位调节器维持恒压流入 3 号连续稀释器内，加水一次稀释至所需的浓度后，连续 地送入 1 号主发酵 罐内。糖液的稀释箱流量窥测器及检验器控制其锤度及流量，同时在 2 号、 3号两稀释器流入一定量的甲醛溶液，其量根据工艺要求，由阀门控制。 营养盐、硫酸 铵 及过磷酸钙用 70 热水溶解并浸出成澄清溶液后， 用营养液泵送入四楼的硫酸高位箱内。生产时，浓硫酸与磷酸、铵盐溶液汇酒精回收液 泡沫捕集器 17 同一起送入 1 号连续稀释器内，稀释用的冷水来自蒸馏车间冷水高位箱，经液位调节器维持恒压送入连续稀释器内。为了调节糖液的出口温度，稀释器还装有热水箱，所用热水由蒸馏车间的冷却器来，同样经位压调节器维持恒压送入连续稀释器内，冷热水的加水 比，根据工艺要求，由阀门控制。 （ 2）糖液的发酵 糖液进行酒精发酵所需的酒母，经各阶段扩大培养后，进入 酒母 罐，并连续流进稀糖液，开始连续培养，而成熟的酒母醪则自 酒母 罐底部连续送入 1 号 主 发酵罐内。 酵母扩大培养采用间歇通风培养，所需的空气，由空气压缩机供给，经空气净化器和空气过滤器处理后入酒母罐和 1 号 主 发酵罐。 糖蜜酒精连续发酵 是 在一组串联的发酵罐与后发酵罐内完成，扩大培养酒母所用稀糖液不断地定量流入 1 号 主 发酵罐，主发酵用的浓糖液也是不断地定量流入 1 号 主 发酵罐，与 酒母 罐送来的酒母醪混合开始发酵 ，然后逐个地、自上而下地通过所有的发酵罐和后发酵罐，约 36 小时左右，发酵即告成熟，成熟 醪 自最后一个后发酵罐底部排出，用成熟醪泵送去蒸馏。 发酵过程产生大量的二氧化碳和泡沫，引入泡抹捕集罐内消除泡沫，积聚沫液， 体再导入 涤器内，用水洗出其中夹带的酒精，收集得到的沫液用泵送回后发酵罐再行发酵， 水 (淡 酒液 )则送入最末一个成熟醪计量罐内连同成熟醪一起送去蒸馏， 导入液体 间，经压缩冷却制成商品液体二氧化碳 和固体干冰 。 2 5 双糖流加发酵工艺流程选择及论证 酒母培养与酒精发酵 采用不用的浓度，分别流加到相应的设备上。糖蜜中可发酵糖占 50%左右，在连续发酵时为了保证酵母的繁殖速率，连续酒精发酵多采用双流加工艺，其特色是在酒母罐流加 1418低浓度稀糖液，在发酵罐罐流加 3240高浓度稀糖液。为了提高 1#主发酵罐的抗杂菌污染能力， 1#主发酵罐的酒分多控制在 4%6%（体积分数），因此 1#主发酵罐具有酒母罐和发酵罐双重功能。在发酵罐流入高浓稀糖液是为了提高流加糖的平均糖分，保证连续发酵效率。整个工艺流程包括糖蜜 18 原料及其贮存、稀糖液的制备和处理、糖蜜酒精酵母及其培养和糖蜜 酒精发酵四个过程。 蜜原料及其贮存 1、糖蜜种类 糖蜜是甘蔗或甜菜糖厂的一种副产品，又称废糖蜜，俗称 橘 水。糖蜜含糖量较高，因其本身就含有相当数量的可发酵性糖，只须添加酵母便可直接发酵生产酒精，是大规模工业生产制造酒精的良好原料。随着我国制糖工业的发展， 糖蜜 的产量日益增加，我国不少糖厂都附设酒精车间，作为综合利用糖蜜生产酒精。 从制糖原料来分，糖蜜可分为甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。 甘蔗糖蜜 甘蔗糖蜜是以甘蔗为原料糖厂的一种副产物。我国南方各省，如广东、广西、福建、四川和台湾等省均盛产甘蔗，甘蔗糖厂 较多。因此，甘蔗糖蜜的产量也较大，产量约为原料甘蔗的 甘蔗糖蜜中含有较大量的蔗糖和转化糖。 甜菜 糖蜜 甜菜糖蜜为甜菜糖厂的一种副产物，它的产量约为甜菜的3甜菜的生产在我国以东北、西北、华北地区为主。目前我国黑龙江、辽宁、吉林、内蒙古等省区，都兴建了不少利用甜菜制糖的工厂，许多糖厂都附设酒精车间。 甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的主要区别是甜菜糖蜜中转化糖含量极少，而蔗糖含量较多， 占绝大部分， 甘蔗糖蜜成微酸性， 而甜菜糖蜜则呈微碱性， 菜糖蜜中氮素含量 虽然甜菜糖蜜的氮素含量比甘蔗糖蜜多，但是占甜菜糖蜜含氮量 50%的甜菜碱很少被酵母消化（在强烈通风下仅消化 50%）。 2、糖蜜成分 糖蜜是蔗糖结晶的母液，含有蔗汁中天然成分和在蔗汁处理和煮糖时的添加物质以及蔗汁处理和煮糖时的化学反应产物，如焦糖、黑色素等。因此糖蜜成分与原料品种、产地和加工方法有关，一般甘蔗糖蜜锤度为8090酸性，酸度在 10左右，总还原物（全糖分）为 48%56%，蔗糖为 30%35%，还原糖为 15%20%，非发酵性糖为 2%4%，硫酸灰 分 19 为 10%15%，胶体为 4%7%，含磷 蛋白质为 2%3%及少量的乌头酸、柠檬酸、苹果酸、琥珀酸等。甜菜糖蜜锤度一般为 7584碱性，总还原物在 48%左右，其中主要是蔗糖，还有少量棉籽糖。 表 2 糖蜜的主要成分 糖蜜 成分及质量百分比 甘蔗糖蜜 甜菜糖蜜 炼糖糖蜜 水分 /% 还原物（全糖分） /% 糖 /% 化糖 /% 分 /% 氮 /% 0 2 甘蔗糖蜜的 主要 成分 产 地 广 东 四 川 项 目 碳酸法 亚硫酸法 碳酸法 锤度 /（ 全糖分 /% 蔗糖 /% 转化糖 /% 纯度 /% 非法酵性糖分 /% 非法酵性糖 /全糖 /% 胶体 /% 酸度 /（ 00g） 硫酸灰分 /% 总氮量 /% 磷酸（ （ 全糖分 /% 蔗糖 /% 转化糖 /% 纯度 /% 胶体 /% 硫酸灰分 /% 总氮量 /% 磷酸（ 、糖蜜贮存 （ 1）糖蜜贮存的要求： 为防止尘沙、污水、杂菌的污染，保持糖蜜的纯净，要求采用密闭容器。 为保证生产正常进行，常备有 20产用糖蜜贮存量。 贮存罐的位置应兼顾运输和生产两方面，以有利于使用方便。 贮存罐放料口口径宜大，在南方地区贮存罐应设糖蜜降温装置。 稀糖蜜和受到污染的糖蜜不宜过久贮存，以免造成糖分的过多损失。 （ 2）糖蜜贮存设备 ： 糖蜜贮存设备主要是贮罐。贮罐因制造材质不同分为：水泥贮存罐和钢板贮存罐。由于水泥贮存罐建造和维修费用等方面存在很多缺点，因此现在很少使用。 糖液的制备及处理 糖蜜原料制作稀糖液及处理的流程为： 糖蜜 稀释 酸化 添加营养盐 灭菌 澄清 稀糖液 1、糖蜜的稀释 （ 1）糖蜜稀释的目的 目的是为了降低糖液中糖的浓度和无机盐的浓度，使其适合于酵母的生长，繁殖和发酵。 糖蜜酒精生产工艺可分为单浓度流程和双浓度流程两种。所谓的单浓度流程就是酒母培养和 发酵采用同一浓度稀糖液的酒精生产流程；双浓度 21 流程则是酒母培养和发酵采用不同浓度稀糖液的酒精生产流程。单浓度流程稀糖液浓度一般控制为 2225浓度流程稀糖液浓度分别为：酒母培养液 1418 酵醪 3240 （ 2）糖蜜稀释方法 间歇稀释法 糖蜜的间歇稀释是在稀释罐内进行；稀释罐内附有搅拌器。如果工厂原有糖化锅设备，一般都利用糖化锅作稀释设备。 糖蜜间歇稀释法是先将糖蜜由泵送入高位槽，经过磅秤称重后流入稀释罐，同时加入一定量的水，开动搅拌器充分拌匀，即得所需浓度的稀糖液， 经过滤后可供酒母培养和发酵用。 连续稀释法 目前我国糖蜜酒精工厂多采用连续稀释法 ， 糖蜜连续稀释是原糖蜜不断流入连续稀释器，稀释水及灭菌剂等不断加入，稀糖液不断排出的稀释方法。 连续稀释法稀糖液的浓度通过流蜜量和稀释水量来控制，稀释糖液温度通过稀释水水温和加热蒸气量来调节。 2、添加营养盐 （ 1）添加营养盐的目的 为了保证酵母的正常生长繁殖和发酵，根据糖蜜原料的化学组分，必须在糖液中添加酵母所必需的营养。 （ 2）营养盐的添加 工厂时间和甘蔗糖蜜的组分表明，甘蔗糖蜜中缺乏的主要营养成分是氮素。氮素的需要量可根 据酵母细胞数和糖蜜中氮的含量计算得到。 酒母培养料中必须补充氮源。补充氮通常是以硫酸铵作氮源，用量为每吨糖蜜使用含氮 21%的硫酸铵 1糖蜜量的 如果使用尿素作氮源，用量可减半。 3、糖蜜灭菌 糖蜜中常污染又大量杂菌，主要是野生酵母、白链球菌及乳酸菌等产酸菌，为保证稀糖液的正常发酵，除加酸提高糖液酸度抑制杂菌生长繁殖 22 外，还必须对糖蜜灭菌。糖蜜常用的灭菌方法有：化学灭菌法和物理灭菌法。 （ 1）化学灭菌法 化学灭菌法是采用化学防腐剂来杀灭杂菌的方法。常用的糖蜜杀菌防腐剂及其用量如 下表 2 表 2常用的糖蜜杀菌防腐剂及其用量 名称 用量 备注 漂白粉 每吨糖蜜用 200500g 有效氯 30% 甲醛 每吨糖蜜用 600 浓度 40% 氟化钠 为稀糖液的 毒性较大 五氯苯酚钠 为糖蜜量的 残留多，于环境有害 灭菌灵 为糖蜜量的 于环境无毒无害 （ 2）物理灭菌法 物理灭菌法是将糖液加热至 8090 ，保持 40灭菌方法。该方法除了灭菌外，还可使糖蜜中的胶体絮凝，使糖液得到澄清。 该方法要消耗大量的蒸汽，工厂一般不采用，只有糖蜜被严重污染时，才