利用玉米發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的設(shè)計(jì)年產(chǎn)2萬噸

1、1緒論1.1 引言隨著社會(huì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)燃料能源（石油、天然氣、煤礦等）的需求越來越大，而燃料能源儲(chǔ)量越來越少，價(jià)格越來越低，人們迫切需要找到一種新的可再生能源代替現(xiàn)有的燃料能源。其中，最受歡迎的是燃料酒精。今年以來，世界各地積極要求發(fā)展生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)，建設(shè)燃料乙醇項(xiàng)目的熱情空前高漲，主要原料是玉米。利用生物質(zhì)原料發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇是全世界目前解決“能源危機(jī)”和“石油危機(jī)”最有效的途徑之一。1.2 燃料乙醇燃料乙醇，一般是指體積濃度達(dá)到99.5%以上的無水乙醇。燃料乙醇是一種取之不盡用之不竭的可再生能源，是目前唯一進(jìn)入市場、應(yīng)用最廣泛、具有較為成熟的技術(shù)、可替代石油燃料的大宗可再生生物能源，它能

2、夠立竿見影地大幅度節(jié)省石油的消耗。燃料乙醇是燃燒清潔的燃料，可在專用的乙醇發(fā)動(dòng)機(jī)中使用，又可按一定的比例與汽油混合，在不對(duì)原汽油發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改動(dòng)的前提下直接使用。使用含醇的汽油可減少汽油消耗量，增加燃料的含氧量，使燃燒更充分，降低燃燒中的CO等污染物的排放。1.3燃料乙醇的優(yōu)勢燃料酒精最明顯的一些優(yōu)勢是：一、來源廣，可再生?？梢砸怨任锏矸蹫樵仙a(chǎn)燃料酒精，以植物秸稈等纖維素為原料生產(chǎn)燃料酒精，以甘蔗作為原料生產(chǎn)燃料酒精，以蜜生產(chǎn)燃料酒精等等。二、無污染。石油、天然氣、煤礦等燃料能源的使用產(chǎn)生了很多環(huán)境問題。例如：酸雨等環(huán)境污染，而燃料酒精產(chǎn)生的是二氧化碳和水，對(duì)環(huán)境無污染。1.4 大致流程玉

3、米粉碎加酵母糖化酶加水配料攪拌封膜發(fā)酵粗餾精餾成品乙醇1.5發(fā)酵方式連續(xù)發(fā)酵：是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定的發(fā)酵過程。間歇發(fā)酵：間歇式發(fā)酵法就是指全部發(fā)酵過程始終在一個(gè)發(fā)酵罐中進(jìn)行。由半連續(xù)發(fā)酵：是指在主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，而后發(fā)酵則采用間歇發(fā)酵的方式。由此可見，發(fā)酵的方式有多種選擇，連續(xù)發(fā)酵有諸多優(yōu)點(diǎn)，卻有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是一旦首罐發(fā)生染菌，就會(huì)連續(xù)多罐染菌。所以。采用半連續(xù)發(fā)酵是一個(gè)較好的選擇。當(dāng)然間歇發(fā)酵可以避免染菌，但操作較麻煩。1.6操作方法操作方法：先粉碎，粉碎完后，再把原料進(jìn)行蒸煮糖化，整個(gè)過程的溫度為900C至

4、1030C左右，液化的溫度為900C至950C，糖化中后熟器的溫度在900C至1030C，液化罐的溫度在1000C左右，然后加熱至連消器、維持器，溫度為1030C至1040C，之后進(jìn)入一級(jí)閃蒸器，溫度降到750C左右，在進(jìn)行二次閃蒸，最后加糖化酶，溫度在580C至620C，然后再降溫進(jìn)入發(fā)酵階段，發(fā)酵總周期：玉米60h62h，PH4.24.7。酒精發(fā)酵設(shè)備-酒精發(fā)酵醪的成熟指標(biāo)。發(fā)酵完畢后，在進(jìn)入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾，常壓精餾塔的設(shè)計(jì)壓力：0.1MPa；設(shè)計(jì)溫度：1300C，因其含水分比較高，所以需要脫水，脫水后的乙醇純度達(dá)到99%以上，即滿足生產(chǎn)的要求了。1.7環(huán)保處理酒精生產(chǎn)所產(chǎn)生得廢水是有毒、

5、有害的，必須要進(jìn)一步處理后才能排放到自然界中。廢醪通過固液分離，除去其中大部分纖維、蛋白等固形物，同時(shí)得到符合要求的清液，經(jīng)過四效降膜蒸發(fā)，濃縮到干物含量為3844%的濃漿，然后按一定比例與濾渣混合后進(jìn)行干燥。物料中的水份被蒸發(fā)出來經(jīng)過冷凝成為二次冷凝水通過利用厭氧生物細(xì)菌和好氧生物細(xì)菌的新陳代謝作用對(duì)污水進(jìn)行處理，使廢水最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。1.8本文研究的內(nèi)容本文通過對(duì)使用玉米加工無水乙醇的生產(chǎn)工藝原理和目的的分析，進(jìn)一步介紹發(fā)酵前的預(yù)處理以及發(fā)酵、蒸餾脫水工藝所注意的問題，同時(shí)對(duì)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢下的廢水廢渣等處理工藝進(jìn)一步的研討，從而論證生產(chǎn)無水乙醇最佳的生產(chǎn)工藝方法的選擇。2乙醇總體工藝設(shè)

6、計(jì)2.1原料處理 玉米生產(chǎn)酒精，首先要將玉米加工成適合發(fā)酵的糖液，這就是預(yù)處理。這個(gè)過程包括玉米的除雜、潤水、脫胚、分篩、粉碎、調(diào)漿、液化以及糖化等工序。玉米的前期處理玉米經(jīng)過清理、分離除鐵器和灰分，然后根據(jù)玉米的水分，通過適當(dāng)?shù)臐櫵褂衩着呔哂锌箵舸虻捻g性?；曳趾⒘康矸?，其中有大量沙石，對(duì)設(shè)備的磨損影響很大。鐵器不但磨損設(shè)備，大一點(diǎn)的會(huì)直接對(duì)設(shè)備產(chǎn)生破壞。所以在對(duì)玉米進(jìn)行加工前，去除灰分和鐵器可以減少設(shè)備的損耗，還可以節(jié)約大量的能耗。玉米經(jīng)過初清篩及永磁筒可以去除大部分灰分及鐵性雜物。而通常玉米的水分在17%以內(nèi)，經(jīng)過用80潤水后達(dá)到20%的水分，潤悶約5-6小時(shí)，使玉米胚具有抗擊打的韌

7、性。玉米的脫胚玉米胚芽含油量在35%左右，而玉米油對(duì)發(fā)酵液面的張力影響很大，嚴(yán)重影響著發(fā)酵的各項(xiàng)指標(biāo)。如果將玉米油提煉出來，既能避免影響發(fā)酵指標(biāo)，又多產(chǎn)出玉米油這個(gè)副產(chǎn)品，對(duì)降低生產(chǎn)成本有著諸多好處。玉米在脫胚機(jī)的擊打下使玉米胚脫出，再通過磨粉機(jī)、挑擔(dān)篩等設(shè)備將玉米胚分離出來送到玉米油加工工序，玉米面經(jīng)調(diào)漿后送至粉碎，玉米糝直接送到粉碎車間進(jìn)行粉碎。玉米的粉碎和調(diào)漿玉米糝通過粉碎機(jī)粉碎將玉米粉碎成細(xì)小顆粒，破壞淀粉細(xì)胞壁，釋放出淀粉，增加淀粉顆粒與水的接觸面積，有利于后面工序中與淀粉酶接觸，有利于淀粉顆粒吸水膨脹、糊化、液化，提高熱處理效率，縮短熱處理時(shí)間，粉碎后的玉米與水混合也容易密封輸送，

8、減少物料的污染和流失。一般粉碎粒度88。高溫水調(diào)玉米漿溫度為63-68，PH值，玉米漿通過拌料罐，在玉米漿輸送泵作用下泵至液化工序。玉米的液化和糖化.1液化耐高溫-淀粉酶是采用國外優(yōu)質(zhì)菌種，經(jīng)深層發(fā)酵，精煉而成，能隨機(jī)水解淀粉質(zhì)原料及其降解物內(nèi)部的-1.4葡萄糖苷鍵，使膠狀淀粉溶液粘度迅速下降，過度水解可產(chǎn)生少量葡萄糖和麥芽糖。常規(guī)性生產(chǎn)中，料與水混合均勻，料水比1：3.54，PH值為6.57.0，水溫4555，每噸料加本品0.3升左右，攪拌均勻后加熱，蒸煮時(shí)溫度控制在100±5，時(shí)間100分鐘左右，碘液試驗(yàn)為粉紅色，即液化完成，然后進(jìn)行糖化。工藝簡述：粉碎玉米漿經(jīng)調(diào)漿后經(jīng)泵輸送至液

9、化，先經(jīng)一次噴射器加熱至85，從一級(jí)配料罐上部進(jìn)料，經(jīng)溢流管流入二級(jí)配料罐，從二級(jí)配料罐出料，經(jīng)噴射后進(jìn)入承壓罐，噴射后的物料先進(jìn)一級(jí)閃蒸罐經(jīng)閃蒸降溫至85-90,在一級(jí)閃蒸出料管通過計(jì)量泵加入淀粉酶，隨后進(jìn)入一級(jí)維持罐，經(jīng)溢流管流入二級(jí)維持罐；然后泵至層流罐液化，物料從7#層流罐底出料管直接進(jìn)入二級(jí)閃蒸罐，經(jīng)閃蒸降溫至75，經(jīng)過液化板換降溫至60去糖化。.2糖化淀粉糖是以玉米等農(nóng)產(chǎn)品為原料,最主要的是玉米運(yùn)用生物技術(shù)經(jīng)過水解轉(zhuǎn)化而生產(chǎn)的。近些年來,連續(xù)糖化技術(shù)應(yīng)用于淀粉糖的生產(chǎn),代替了傳統(tǒng)酸法制糖工藝,推廣雙酶法及高、低壓噴射液化技術(shù)。利用高效糖化酶在糖化罐內(nèi)將淀粉液化產(chǎn)物糊精和低聚糖進(jìn)一步

10、水解成葡萄糖。從而將淀粉液化產(chǎn)物中糊精及低聚糖水解為可供酵母利用的發(fā)酵性糖。工藝簡述：液化液經(jīng)過液化板換降溫至60，在板換出料管通過計(jì)量泵加入糖化酶，隨后進(jìn)入靜態(tài)混合器加酸調(diào)pH至，輸送到糖化罐糖化，糖化時(shí)間控制在15-20分鐘，再經(jīng)過泵輸送到發(fā)酵工序。乙醇發(fā)酵常用的微生物自然界中，很多微生物都能代謝產(chǎn)生乙醇，氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭氧細(xì)菌運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單細(xì)胞是目前乙醇生產(chǎn)的主要微生物。此外，根據(jù)不同的代謝途徑構(gòu)建的基因工程菌也是顯示了良好的特性。1) 酵母 淀粉質(zhì)原料發(fā)酵最常用的菌種是酵母，酵母屬于真菌中的子囊菌綱、源自囊菌目、真酵母科、無絲酵母屬，是單細(xì)胞微生物。酵母一般呈卵形、橢圓形或卵圓形

11、，大小在611m之間?；钚愿山湍?活性干酵母是經(jīng)優(yōu)選的乙醇酵母繁殖得到菌體后再經(jīng)干燥得到的一種保持活性的干酵母制品，它經(jīng)復(fù)水活化后即能完全恢復(fù)其正常的繁殖、發(fā)酵性能15。它主要有一下優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)省酒母培養(yǎng)的投資，簡化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；活性干酵母質(zhì)量穩(wěn)定，活化操作簡單，能保證發(fā)酵的穩(wěn)定性；活性干酵母種類多，具有較強(qiáng)的實(shí)用性；能有效提高發(fā)酵率，降低生產(chǎn)成本；干酵母含水分低，儲(chǔ)存方便，能隨時(shí)投入使用。自絮凝酵母 通過原生質(zhì)融合技術(shù)可以使酵母獲得自絮凝的特征，在培養(yǎng)和發(fā)酵過程中自絮凝形成毫米級(jí)大小的顆粒。自絮凝酵母乙醇技術(shù)的推廣應(yīng)用給乙醇工藝技術(shù)帶來了重大突破。與現(xiàn)有各種乙醇發(fā)酵技術(shù)相比，自絮凝

12、顆粒酵母乙醇發(fā)酵新工藝具有的突出優(yōu)點(diǎn)有： 酵母細(xì)胞在發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)完全固定化，這一無載體固定化細(xì)胞技術(shù)不產(chǎn)生任何附件費(fèi)用；單位體積發(fā)酵罐中酵母密度可以高達(dá)50100g/L（干重），細(xì)胞密度顯著提高。平均發(fā)酵時(shí)間縮短，發(fā)酵罐設(shè)備生產(chǎn)強(qiáng)度相應(yīng)提高；原料的前處理及酵母細(xì)胞的完全固定化，使進(jìn)入后續(xù)精餾系統(tǒng)的發(fā)酵液比較清潔，基本不含顆粒酵母，精餾過程生產(chǎn)的廢糟液COD降低，有利于實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。2) 運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌 運(yùn)動(dòng)單胞菌最早是Linder于1942從龍舌蘭酒中分離得到的。為革蘭陰性、厭氧細(xì)菌，單胞菌能夠耐一定的氧氣。其通過ED途徑，專一代謝葡萄糖、果糖、蔗糖作為碳源和能源。利用葡萄糖和果糖時(shí)。能夠得到

13、近似理論產(chǎn)量的乙醇。該菌具有高耐糖能力、高耐乙醇能力、低生物量和高乙醇回收率以及發(fā)酵速度快等優(yōu)點(diǎn)。單它的缺點(diǎn)時(shí)碳源利用面窄，僅限于葡萄糖、果糖和蔗糖。所以，當(dāng)以淀粉質(zhì)原料發(fā)酵制乙醇時(shí)需要對(duì)原料進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化為可被利用的糖類。將運(yùn)動(dòng)單胞菌與其他微生物如黑曲霉共固定化，可以解決碳源利用面窄的問題。本文選擇活性干酵母為發(fā)酵乙醇。目前，活性干酵母已經(jīng)廣泛用于乙醇企業(yè)中。經(jīng)多年的推廣，國內(nèi)不少企業(yè)已經(jīng)成功的將活性干酵母應(yīng)用于乙醇生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了提高酒分、降低消耗等目標(biāo)。.1酵母生長條件酵母的生長受到溫度、pH和培養(yǎng)基組成等因素的影響。1) 溫度 溫度對(duì)酵母的生長影響。酵母正常的生活和繁殖溫度是2930。在很高

14、或很低的溫度下，酵母的生命活動(dòng)會(huì)削弱或停止。酵母生長的最高溫度是38，最低位-5；在50時(shí)酵母死亡。溫度不同，酵母的世代時(shí)間也顯著不同，如表3.1所示。表3.1 乙醇酵母在不同溫度下的世代時(shí)間溫度/8101828333639乙醇酵母世代時(shí)間/h42.011.03.21.61.42.04.0酵母生長的最適溫度和最適的發(fā)酵溫度不同。生產(chǎn)實(shí)踐中，酵母的最適生長溫度控制在2830，最適發(fā)酵溫度控制在3033。此外，在較高的溫度下，野生酵母和細(xì)菌的繁殖速度要比乙醇酵母快，會(huì)導(dǎo)致發(fā)酵醪酸度增加，降低乙醇產(chǎn)率。2) pH 酵母的pH和氧化還原電位有關(guān)，而氧化還原電位有與酵母的呼吸有直接聯(lián)系。乙醇酵母可在pH

15、4.06.0環(huán)境中進(jìn)行繁殖，如果醪液的pH低于3，則酵母的活力大減。酵母生長的最適pH為4.85.0，當(dāng)pH降到4.2以下時(shí)，酵母仍能繼續(xù)繁殖，但此時(shí)，乳酸菌已停止生長。酒母的這種耐酸性常用來清除污染醪中的細(xì)菌，即采用加酸調(diào)節(jié)醪液pH至3.84，并保持一段時(shí)間酵母能繼續(xù)生長并最終占據(jù)優(yōu)勢，而細(xì)菌污染可被消除。正常的糖化醪的pH為5.05.5左右，適宜于酵母菌的繁殖和發(fā)酵。但為了保證酵母菌繁殖，并一直雜菌生長，生產(chǎn)中常將酒母糖化醪的pH控制在4.04.5。3) 培養(yǎng)基 酵母的生長需要各種營養(yǎng)，在培養(yǎng)基的制備上必須首先滿足酵母生長和發(fā)酵的需求，并在此基礎(chǔ)上，考慮各組成配比及成分對(duì)酵母的影響。.2酵

16、母的培養(yǎng)工藝乙醇發(fā)酵所需酵母的接種量一般為10%，對(duì)于大型發(fā)酵罐來說，所需的酵母量是很大的。所以必須進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)才能滿足生產(chǎn)的要求。酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)通?？煞譃閮刹糠诌M(jìn)行：第一部分從斜面軍中逐級(jí)擴(kuò)大到卡氏罐（或大三角瓶），有的是一直到小酒母，這一部分是是在純培養(yǎng)條件下進(jìn)行，即嚴(yán)格保證該過程不受雜菌的污染；第二部分從小酒母，有時(shí)從中酒母開始，一直到大酒母，該過程是在限制雜菌的條件進(jìn)行，即是雜菌盡可能少進(jìn)入培養(yǎng)基中，同時(shí)創(chuàng)造有利于酵母生長的條件，這個(gè)過程稱為自然純培養(yǎng)過程。下面就酵母擴(kuò)大培養(yǎng)的過程和詳細(xì)介紹。1) 純培養(yǎng)過程 該過程是酵母擴(kuò)大培養(yǎng)的基礎(chǔ)，生產(chǎn)上希望該階段培養(yǎng)得到細(xì)胞健壯，沒有雜菌的種子

17、酵母。因此，無菌操作要求嚴(yán)格，酵母培養(yǎng)基的成分也高。一般多采用米曲汁或麥芽汁作為培養(yǎng)基，其中含有豐富的碳、氮及其它營養(yǎng)物質(zhì)，很適合酵母的生長繁殖。該階段的流程表示如下：卡氏罐培養(yǎng)三角瓶培養(yǎng)液體試管斜面菌種原始出發(fā)菌種原始菌種 原始菌種是指保藏的酵母菌種，它們是經(jīng)過純種分離的優(yōu)良酵母菌種，藏時(shí)間長的原菌，應(yīng)接入新鮮斜面試管進(jìn)行活化，以便使酵母處于旺盛的生活狀態(tài)。斜面菌種培養(yǎng) 將活化后的酵母菌在無菌的條件下接入新鮮斜面試管，在恒溫培養(yǎng)箱中2830下培養(yǎng)34天待斜面生長出白色菌苔，即培養(yǎng)成熟。 液體試管培養(yǎng) 在無菌條件下，有接種針自西面菌種試管挑選一環(huán)酵母菌體，接入裝有10mL米曲汁的液體試管，搖勻

18、后，于2830后恒溫培養(yǎng)24h，即培養(yǎng)成熟。 三角瓶培養(yǎng) 三角瓶培養(yǎng)階段，可視其容量選用不同的培養(yǎng)基。如用250mL，可裝入100mL米曲汁，如用3000mL大三角瓶，可裝入米曲汁和經(jīng)過過濾的酵母糖化醪各500mL，滅菌后備用。接種時(shí)，應(yīng)先用乙醇消毒液消毒瓶口，在無菌條件下，將液體試管全部接入三角瓶中，2830條件下保溫培養(yǎng)1520h，即可成熟?？ㄊ瞎夼囵B(yǎng) 卡氏罐培養(yǎng)也可以用大三角瓶代替?？ㄊ瞎夼囵B(yǎng)基可使用糖化醪，以使酵母逐漸適應(yīng)培養(yǎng)條件。該接種過程基本同三角瓶培養(yǎng)，在無菌條件下，將三角瓶培養(yǎng)液接入罐內(nèi)，在2830下培養(yǎng)1520h即可。2) 自然純培養(yǎng)過程 該階段主要工藝流程如下：卡氏罐 小酒

19、母罐 大酒母罐 成熟酒母醪進(jìn)入該階段后，要使用大量的培養(yǎng)基，如果 繼續(xù)使用米曲汁或麥芽汁就不經(jīng)濟(jì)了。生產(chǎn)上這一階段的酒母培養(yǎng)基多采用酒母糖化醪。制造酒母糖化醪的原料以玉米為最好，因?yàn)橛衩字谐撕写罅康矸弁?，還含有豐富的蛋白質(zhì)等，能滿足酵母繁殖所需的營養(yǎng)，另外，玉米的無機(jī)鹽和維生素頷聯(lián)也很豐富，所以，當(dāng)用玉米為原料時(shí)，不需補(bǔ)加其它營養(yǎng)物質(zhì)。2.1.6除菌過程生物加工過程中，由于所用菌種的生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱、生長速度的快慢、發(fā)酵周期的長短、分泌物質(zhì)的性質(zhì)、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分和pH的差異等，對(duì)所用空氣質(zhì)量有不同的要求。一般來說，發(fā)酵加工過程中應(yīng)用的“無菌空氣”，是指通過除菌處理是空氣中的含菌量降低到某一

20、水平，從而是污染的可能性降低至極小。根據(jù)生物產(chǎn)品的不同，可以按染菌概率10-310-6來表示無菌過程度?？諝獬褪浅セ驕鐨⒖諝庵械奈⑸?。常用的除菌方法有介質(zhì)過濾、輻射、化學(xué)藥品、加熱、靜電吸附等。其中輻射殺菌、化學(xué)藥品殺菌、干熱殺菌燈都是講有機(jī)體蛋白質(zhì)變性而破壞其活力，從而滅殺空氣中的微生物。而介質(zhì)過濾和靜電吸附方法則是利用分離方法將微生物粒子除去，發(fā)酵工程所需的無菌空氣要求甚高，用量大，故要選擇運(yùn)行可靠、操作方便、設(shè)備簡單、節(jié)省材料和減少勞動(dòng)消耗的有效除菌方法。本設(shè)計(jì)采用介質(zhì)殺菌去除空氣中的細(xì)菌。現(xiàn)對(duì)介質(zhì)過濾除菌做簡要介紹。過濾除菌法事使含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，從

21、而取得無菌空氣的方法，是目前生物加工過程最常用的獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法。常用的過濾介質(zhì)按空隙的大小可分為兩類：一類是介質(zhì)間空隙大于微生物直徑，故必須有一定厚度的介質(zhì)慮層才能達(dá)到過濾除菌的目的，這類過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、燒結(jié)材料（燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料）；而另一類介質(zhì)的空隙小于細(xì)菌，含細(xì)菌等微生物的空氣通過介質(zhì)，微生物就被截留于介質(zhì)上而實(shí)現(xiàn)過濾除菌，有時(shí)稱為絕對(duì)過濾。絕對(duì)過濾在微生物工程中的應(yīng)用逐漸增多，它可以除去0.2um左右的粒子，故可以把微生物全部過濾除去。從經(jīng)濟(jì)性、可操作性、有效性等方面考慮，發(fā)酵加工過程的無菌空氣基本上采用介質(zhì)過濾的方法進(jìn)行?？諝膺^濾

22、除菌的流程 要保持過濾器在比較高的效率下進(jìn)行過濾，并維持一定得氣流速度和不受油、水的污染，需要一系列的加熱、冷卻及分離和除雜設(shè)備來保證。下面是空氣過濾除菌的流程。兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣在低的相對(duì)濕度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。該流程的特點(diǎn)是兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。兩次加熱、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水，油水分離得比較完全。經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的顆粒，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。第二個(gè)冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出一部分較小霧粒，宜采用絲網(wǎng)分離（除沫）器分離，這樣

23、發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑霧粒和分離效率高的作用。通常，第一級(jí)冷卻到3035，第二級(jí)冷卻到2025。除水后，空氣的相對(duì)濕度相對(duì)較高，需用絲網(wǎng)分離器后的加熱器加熱空氣，使其相對(duì)濕度降低至50%60%，以保證過濾器的正常運(yùn)行。酒精的蒸餾與脫水酒精發(fā)酵后的醪液，需要進(jìn)行蒸餾脫水才能得到無水乙醇。利用分子篩對(duì)不同組份具有選擇性吸附的特性，在加壓下吸附酒精中的水份，在減壓下解析。吸附和解析過程交替進(jìn)行，保證裝置能夠連續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)出合格的燃料酒精。工藝流程描述：醪液經(jīng)粗塔醪液第一預(yù)熱器與粗塔頂汽換熱后預(yù)熱后。經(jīng)醪液第二預(yù)熱與成品酒汽換熱。再經(jīng)粗塔醪液第三預(yù)熱器與蒸汽凝水換熱后進(jìn)粗塔。醪液進(jìn)入粗塔后酒份被蒸出

24、，其酒精蒸汽經(jīng)醪液第一預(yù)熱器與醪液換熱后，未冷凝酒氣，再經(jīng)粗塔主冷，二冷（循環(huán)水），尾冷（冰水）冷凝，尾氣由真空抽走，凝液落入粗酒罐，由粗酒泵至精塔進(jìn)料預(yù)熱器與精塔釜液換熱進(jìn)入精塔。酒份蒸出后的粗塔釜液，由粗塔釜液采出廢醪處理工序。淡酒進(jìn)入精塔蒸發(fā)提濃，精塔頂酒氣經(jīng)粗塔再沸器冷凝后落入精塔回流罐，精塔回流酒一部分(91.2%)回流，另一部分經(jīng)淡酒預(yù)熱器與粗塔淡酒換熱后，進(jìn)入精頂作為組合塔采出酒的補(bǔ)充。精塔釜液經(jīng)精塔進(jìn)料預(yù)熱器加熱粗酒后，一部分做為洗滌水經(jīng)無離子水一二冷冷卻后進(jìn)入萃取塔用于萃取雜醇油，另一部分去粉碎調(diào)漿用。精塔有一路雜醇油側(cè)采，經(jīng)雜醇油一，二冷冷卻后進(jìn)入萃取塔。洗滌后的雜醇油放入

25、雜醇油罐，萃取淡酒返回粗酒罐。精頂酒氣進(jìn)入過熱器加熱后經(jīng)分子篩脫水，成品酒氣與醪液換熱，未冷凝的酒氣，再經(jīng)成品尾冷冷凝落入成品酒精罐，經(jīng)成品一，二冷卻器冷卻后為成品泵至儲(chǔ)罐，解析酒氣經(jīng)再生一，二冷凝器冷凝后落入再生淡酒罐并返回粗酒罐。系統(tǒng)的熱能由蒸汽直接加熱精塔再沸器，精塔產(chǎn)生的蒸汽凝水經(jīng)粗塔醪液三預(yù)為醪液加熱后排出界區(qū)。粗塔負(fù)壓由真空泵經(jīng)粗塔尾冷尾氣管抽真空，產(chǎn)生的廢液返回發(fā)酵。2.1.8乙醇發(fā)酵的成熟指標(biāo)乙醇發(fā)酵成熟指標(biāo)的控制是生產(chǎn)中一項(xiàng)重要工作。如果控制恰到好處，不但可以提高設(shè)備利用率。增加乙醇產(chǎn)量。而且可以大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。發(fā)酵的成熟雖然與發(fā)酵時(shí)間、醪液濃度、發(fā)酵溫度、

26、酵母接種量和發(fā)酵方式等因素有關(guān)，但最終主要有表3.2所列的幾項(xiàng)指標(biāo)來控制。表3.2 發(fā)酵的成熟指標(biāo)項(xiàng) 目間 歇 發(fā) 酵鏡檢酵母形態(tài)正常無雜菌外觀精度/°Bx0.5以下還原糖/%0.3以下帶渣總糖/%1以下濾液總糖/%0.7以下乙醇含量（體積分?jǐn)?shù)）/%810總酸總酸不超過0.5揮發(fā)酸0.10.15淀粉乙醇產(chǎn)率和淀粉利用率是衡量整個(gè)乙醇生產(chǎn)的綜合指標(biāo)，其高低與原料消耗有直接關(guān)系，提高乙醇產(chǎn)率是發(fā)酵乙醇生產(chǎn)企業(yè)的重要任務(wù)。2.2乙醇發(fā)酵種子罐（1）培養(yǎng)菌種：酵母菌（2）發(fā)酵罐類型：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐（3）種子罐個(gè)數(shù)：選取50m3的種子罐3個(gè)。.1種子罐的基本數(shù)據(jù)H/D=1.73.5 Di/

27、D=1/21/3 B/D=1/81/12 C/Di=0.81.0 S/Di=25 /D=2Di 攪拌葉直徑 D罐體直徑 罐體直筒部位高度 B 擋板寬度ha 橢圓封頭短半軸長度S 攪拌葉間距C 底攪拌葉至底封頭高度hb橢圓封頭的直邊高度設(shè)H/D=2.5，且公稱體積為50m3 Di = 1/3D Ho = 2 D B = 0.1D ha = 0.25D S = 3Di C = Di由圖得則=50m3解得D=2.8358m查表得當(dāng)公稱體積為50m3時(shí)D=3000mm所以取D=3m則H=2.5D=7.5m Di = 1/3D=1m Ho = 2 D=6m B = 0.1D=0.3m ha = 0.25

28、D=0.75m S = 3Di=3m C = Di=1m全體積=表2-2 50m3種子發(fā)酵罐的幾何尺寸步驟項(xiàng)目及代號(hào)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果備注1公稱體積50m3設(shè)計(jì)條件2全體積65.3844m33D3m46m=2 D5Di1mDi=1/3D6H7.5m2.5D7B0.3mB=0.1D8S3mS=3Di=D9C1mC=Di=D/310ha0.75mha=0.25D.2主要部件尺寸發(fā)酵罐材料可以選用碳鋼、不銹鋼、合金鋼等。相對(duì)其他工業(yè)來說，發(fā)酵液對(duì)鋼材的腐蝕不大，但必須能耐受一定的壓力和溫度，通常要求耐受130150 的溫度和0.3MPa的壓力。綜合各因素，該發(fā)酵罐發(fā)酵生產(chǎn)紅霉素，由于發(fā)酵液腐蝕性不大，我

29、們選擇不銹鋼16MnR鋼。1、罐體壁厚：取決于罐徑及罐壓的大小。取D=3m, p=0.3MPa, 雙面焊縫=0.8， =137MPa, C=3mm則D罐體直徑（mm）p耐受壓強(qiáng) (設(shè)計(jì)壓力)焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 罐體金屬材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力(不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa)C 腐蝕裕度，當(dāng) C<10mm時(shí)，C3mm2、封頭壁厚計(jì)算：常大于罐體壁厚已知：取雙面焊=0.8、D=3000mm、P=0.3MPa、K=2.3、t=1求得：根據(jù)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國輕工業(yè)出版社，2006年。附錄的表17查詢可知：選用15mm厚A3鋼板制作D罐體直徑（m

30、m） p耐受壓強(qiáng) (取0.3MPa)K開孔系數(shù)，取2.3 焊縫系數(shù)，雙面焊取0.8，無縫焊取1.0 設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力（不銹鋼焊接壓力容器許用應(yīng)力為150，137MPa） C 腐蝕裕度，當(dāng) C<10mm時(shí)，C3mm3、擋板通常擋板寬度b取(0.10.12)D，裝設(shè)46塊即可滿足全擋板條件。根據(jù)下式計(jì)算擋板數(shù)n：取b=0.1D, 得出擋板數(shù)n=5塊式中 b擋板寬度，mm； D罐內(nèi)徑，mm； n擋板數(shù)，mm。 4、攪拌器 采用渦輪式攪拌器，選擇攪拌器種類和攪拌器層數(shù)，根據(jù)d確定h和b的值尺寸：六平葉渦輪式攪拌器已標(biāo)準(zhǔn)化，稱為標(biāo)準(zhǔn)型攪拌器；攪動(dòng)液體的循環(huán)量大，攪拌功率消耗也大；葉徑: d=(

31、0.30.4)D 盤徑: di= 0.75 d葉高: h = 0.3d葉長: b = 0.25 d根據(jù)D=3m,得葉徑d=0.35D=1.05m所以：盤徑: di= 0.75 d=0.7875m 葉高: h = 0.3d=0.315m 葉長: b = 0.25 d=0.2625m5、人孔和視鏡 人孔的設(shè)置是為了安裝、拆卸、清洗和檢修設(shè)備內(nèi)部的裝置。 本次設(shè)計(jì)只設(shè)置了1個(gè)人孔，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為： HG215151995 人孔（R·A2707） 450，開在頂封頭上，位置：角度。視鏡用于觀察發(fā)酵罐內(nèi)部的情況。本次設(shè)計(jì)只設(shè)置了2個(gè)視鏡，開在頂封頭上，位置：角度 。6、接口管管道接口： 進(jìn)料口：采用

32、焊接，接口管徑78*4 mm，開在封頭上，位置：角度45度； 排料口：采用焊接，接口管直徑78*4 mm，開在罐底； 進(jìn)氣口：采用焊接，接口管直徑72*3.5mm，開在封頭上，位置：角度75度 ； 排氣口：采用焊接，接口管直徑89*45 mm，開在封頭上，位置：角60度 ； 冷取水進(jìn)、出口：采用焊接，接口管直徑68*4 mm，開在罐身圓柱體上； 補(bǔ)料口：采用焊接，接口管直徑78*4 mm，開在封頭上；取樣口： 采用外螺紋連接21*3 mm ，開在罐身圓柱體上。儀表接口： 液位計(jì)：采用標(biāo)準(zhǔn)：HG51368 型號(hào)：R61 溫度計(jì)：Pt100型 壓力表：彈簧管壓力表（徑向表),d1=20mm,精度2

33、.5，型號(hào)Y-250Z,開在封頭上 溶氧探頭：SE-N-DO-F pH探頭：PHS-2型表2-2  種子發(fā)酵罐主要部件尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果步驟項(xiàng)目及代號(hào)參數(shù)及結(jié)果備注1罐體材料16MnR鋼由工藝條件確定2罐體壁厚10mm計(jì)算3人孔500查閱文獻(xiàn)得4封頭壁厚15mm計(jì)算5擋板寬度0.3m計(jì)算6擋板數(shù)5個(gè)計(jì)算7攪拌器種類6-6-6箭葉查閱文獻(xiàn)得8攪拌器層數(shù)3查閱文獻(xiàn)得9攪拌器直徑1m計(jì)算發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)1、發(fā)酵罐采用圓柱形器身，底和頂為錐形蓋，選取結(jié)構(gòu)尺寸的比例關(guān)系如下： H=1.5D，h1=h2=0.1D經(jīng)計(jì)算得D=5.46m, H=8.19m, h1=h2=0.546m設(shè)發(fā)酵罐數(shù)為N個(gè)，則

34、發(fā)酵罐的有效容積： V有效=WT/N-公式(1) V全容積×=V有效-公式（2）式中W每小時(shí)進(jìn)料量；T發(fā)酵時(shí)間；N發(fā)酵罐數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，一樣取發(fā)酵罐填充系數(shù)為=90%，則可以得到：200×90%=39×(48-12)/N, 計(jì)算得到：N=7.8個(gè))，則我們需要發(fā)酵罐N=8個(gè).1主要部件尺寸的設(shè)計(jì)1、發(fā)酵罐壁厚S 式中 P設(shè)計(jì)壓力，取最高工作壓力的1.05倍，現(xiàn)取0.5MPa D發(fā)酵罐內(nèi)徑，D=546cm A3鋼的許用應(yīng)力，=127MPa 焊縫系數(shù)，其范圍在0.151之間，取0.7 C壁厚附加量（cm） C=C1+C2+C3 式中C1鋼板負(fù)偏差，視鋼板厚度查表確定，范

35、圍為0.131.3，取C1=0.8mm C2為腐蝕裕量，單面腐蝕取1mm，雙面腐蝕取2mm，現(xiàn)取C2=2mm C3加工減薄量，對(duì)冷加工C3=0，熱加工封頭C3=S0×10，現(xiàn)取C3=0 C=0.8+2+0=2.8（mm） 根據(jù)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)概論，中國輕工業(yè)出版社，2006年。附錄的表17查詢可知：選用20mm厚A3鋼板制作。2、封頭壁厚計(jì)算 式中 P=0.5MPa ， D=467cm ， =127MPa ， =0.7 C=0.08+0.2+0.1=0.38（cm）選用20mm厚A3鋼板制作3、進(jìn)出口管徑稀糖液進(jìn)口管徑： 稀糖液體積流量計(jì)算：根據(jù)物料衡算結(jié)果可知，每小時(shí)進(jìn)入醪塔體積流

36、量為47373，醪液密度為1200 kg/m3，則V=47373/1200=39.5 （m3/h）稀糖液體積流量為39.5m3/h，設(shè)其流速為0.42m3/s，則進(jìn)料管截面積為： =0.785d2，管徑取無縫鋼管200×6mm可用。稀糖液出口管徑：因?yàn)槌隹谖锪狭恳冗M(jìn)口物料量大些，按說出口管徑應(yīng)該比稀糖液進(jìn)口管徑大些，所以取210×7無縫鋼管就可以滿足了。排氣口管徑：取250×8無縫鋼管4、支座選擇由于發(fā)酵罐很大，總重量較大，選用裙式支座，并用鋼筋混凝土制做。物料衡算1、玉米原料生產(chǎn)酒精的總化學(xué)反應(yīng)式為：C12H22O11H2O2C6H12O64C2H5OH4CO

37、2 蔗糖 葡萄糖 乙醇 342 360 184 1762、生產(chǎn)1t（1000kg）無水酒精的理論蔗糖消耗量： 1000×（342÷184）1858.7（） 3、生產(chǎn)1t（1000kg）燃料酒精(燃料酒精中的乙醇99.5%（V）以上，相當(dāng)于99.18%（m）)的理論蔗糖消耗量：1858.7×99.181843.5（）4、生產(chǎn)1t（1000kg）燃料酒精實(shí)際蔗糖消耗量： 生產(chǎn)過程中蒸餾率為98，發(fā)酵率為90，則實(shí)際蔗糖消耗量為：1843.5÷98÷902090（）5、生產(chǎn)1t(1000kg)燃料酒精玉米原料消耗量： 玉米原料含可發(fā)酵性糖10%，故1

38、噸酒精玉米消耗為： 2090÷10=20900（kg）.1發(fā)酵醪量 相應(yīng)酒母培養(yǎng)和發(fā)酵過程放出二氧化碳量為：采用單濃度酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，把含固形物88的玉米稀釋成濃度為2225的稀糖液，設(shè)稀釋成25的稀糖液。經(jīng)連續(xù)稀釋器可得稀糖液量為：4180×85/25=14212（kg）即發(fā)酵醪量為：14212kg酒母繁殖和發(fā)酵過程中放出968kg的二氧化碳，則蒸餾發(fā)酵醪的量為：（14212-968）×（100+6）=14039（kg）其中酒精捕集器稀酒精為發(fā)酵醪量的6蒸餾發(fā)酵成熟醪的酒精濃度為：.2成品與廢醪量 采用差壓蒸餾兩塔流程蒸餾。 玉米原料雜醇油產(chǎn)量約為成品酒精多0

39、.250.35，現(xiàn)以0.3計(jì)，則雜醇油量為1000×0.3 =3（kg）設(shè)醪液進(jìn)醪溫度為t1=55，塔底排醪溫度為t4=85，成熟醪酒精濃度為B1=7.14，塔頂上升蒸汽的酒精濃度50（v）即42.43（w），生產(chǎn)1000kg酒精則1、醪塔上升蒸汽量為：V1=14039×7.14/42.43=2363（kg）2、殘留液量為： WX=14039-2363=11676（kg）3、成熟醪量比熱容為：C1=4.18×（1） =4.18×（1.019-0.95×7.14） =3.98KJ/（kg·K）4、成熟醪帶入塔的熱量為： Q1=F1C1t

40、1=14039×3.98×55=3.08×106（KJ）5、蒸餾殘液內(nèi)固形物濃度為： 6、蒸餾殘留液的比熱：7、塔底殘留液帶出熱量為： 8、查附錄得42.43酒精蒸汽焓為2045KJ/kg。故上升蒸汽帶出的量為： 塔底真空度為-0.05MPa（表壓），蒸汽加熱焓為2644KJ/kg，又蒸餾過程熱損失Qn可取傳遞總熱量的1，根據(jù)熱量衡算，可得消耗的蒸汽量為：若采用直接蒸汽加熱，則塔底排出廢醪量為：11676+2542=14218（kg）20000t/a玉米原料酒精廠物料衡算表物料衡算生產(chǎn)1000kg99.5%酒精物料量每小時(shí)數(shù)量（kg）每天數(shù)量（t）每年數(shù)量（t）燃料酒精100033338019999玉米原料2090013933334.483600次級(jí)酒精20671.6400發(fā)酵醪14212473731137284237蒸餾發(fā)酵醪140394