畢業(yè)設(shè)計(jì)--發(fā)酵法年產(chǎn)5萬噸乙醇的工藝設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目：發(fā)酵法年產(chǎn)5萬噸乙醇的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　姓　　 名 :</p><p>　　系 別、 專 業(yè) : </p><p>　　導(dǎo) 師 姓 名、職 稱 : </p><p&g

2、t;　　完 成 時(shí) 間 : </p><p>　　發(fā)酵法年產(chǎn)5萬噸乙醇的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘 要]：乙醇的生產(chǎn)過程包括原料除雜，粉碎，液化，糖化，除菌，發(fā)酵，精餾這幾個(gè)主要的過程。本設(shè)計(jì)簡述了從木薯原料預(yù)處理、液化、酶糖化到發(fā)酵生產(chǎn)后處理整個(gè)發(fā)酵乙醇生產(chǎn)工藝流程，主要完成了發(fā)酵段，精餾段的計(jì)算及附屬設(shè)備的選型。</p><p>　　[

3、關(guān)鍵詞]：乙醇 ；發(fā)酵；精餾</p><p>　　Technological Design of 50,000 tons by fermentation of ethanol Every Year.</p><p>　　[Abstract]:</p><p>　　Ethanol production process includs these major

4、 processes: raw material impurity, grinding, liquefied, saccharification, sterilization, fermentation, distillation. The design brief pretreatment of raw materials from cassava, liquefaction, saccharification enzyme ferm

5、entation production to post-processing the entire production process,and the major assignments are calculated fermentation, distillation section and selecting of pumps and storage tanks.</p><p>　　[Keywords]:

6、 Ethanol ;Fermentation; Distillation目 錄</p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 概述1</b></p><p>　　1.1乙醇的性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1</p>&

7、lt;p>　　1.1.1物理性質(zhì)1</p><p>　　1.1.2化學(xué)性質(zhì)1</p><p>　　1.1.3生化性1</p><p>　　1.1.4質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1</p><p>　　1.2乙醇生產(chǎn)的意義及發(fā)展史2</p><p>　　1.2.1乙醇生產(chǎn)的意義2</p><p>　

8、　1.2.2乙醇生產(chǎn)的發(fā)展2</p><p>　　1.3乙醇的應(yīng)用領(lǐng)域3</p><p>　　1.4主要生產(chǎn)工藝3</p><p>　　1.4.1合成法3</p><p>　　1.4.2發(fā)酵法4</p><p>　　2 建廠可行性分析8</p><p>　　2.1 需求和擬建規(guī)模8

9、</p><p>　　2.1.1原料簡介8</p><p>　　2.1.2木薯原料的優(yōu)勢8</p><p>　　2.1.3乙醇市場分析8</p><p>　　2.2主要建設(shè)條件8</p><p>　　2.3 環(huán)境保護(hù)及廢物處理8</p><p>　　2.4 企業(yè)組織管理8</p

10、><p>　　2.5 資金籌措方式9</p><p>　　3 乙醇發(fā)酵工藝10</p><p>　　3.1木薯的處理10</p><p>　　3.1.1原料除雜10</p><p>　　3.1.2原料粉碎10</p><p>　　3.1.3原料輸送11</p><p&

11、gt;　　3.2液化和糖化11</p><p>　　3.2.1液化11</p><p>　　3.2.2糖化12</p><p>　　3.3乙醇發(fā)酵12</p><p>　　3.3.1乙醇發(fā)酵常用的微生物12</p><p>　　3.3.2酵母生長條件13</p><p>　　3.3.

12、3酵母的培養(yǎng)工藝13</p><p>　　3.3.4發(fā)酵乙醇的機(jī)理15</p><p>　　3.3.5乙醇發(fā)酵工藝15</p><p>　　3.3.6乙醇發(fā)酵的成熟指標(biāo)15</p><p>　　3.4空氣除菌與設(shè)備15</p><p><b>　　4 物料衡算18</b></p&

13、gt;<p>　　4.1原料消耗的計(jì)算18</p><p>　　4.1.1每噸95%乙醇木薯干的消耗量18</p><p>　　4.1.2每噸95%乙醇α-淀粉酶的消耗量18</p><p>　　4.1.3每噸95%乙醇糖化酶的消耗量18</p><p>　　4.2醪液量的計(jì)算19</p><p&g

14、t;　　4.3發(fā)酵過程的計(jì)算20</p><p>　　4.3.1發(fā)酵罐的計(jì)算20</p><p>　　4.3.2發(fā)酵熱的計(jì)算21</p><p>　　4.3.3成熟醪發(fā)酵液中乙醇含量22</p><p>　　4.4 產(chǎn)品精制22</p><p>　　4.4.1 計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果22</p>&l

15、t;p>　　4.4.2塔高與塔徑24</p><p>　　4.4.3塔(T-2)塔板主要工藝尺寸29</p><p>　　4.4.3.1 溢流裝置的計(jì)算29</p><p>　　4.4.3.2 塔板分塊31</p><p>　　4.4.3.3 篩板計(jì)算31</p><p>　　4.4.3.4 篩板的流體

16、力學(xué)驗(yàn)算31</p><p>　　4.4.4 塔板負(fù)荷性能圖的計(jì)算32</p><p>　　4.5換熱器選型36</p><p>　　4.5.1塔（T-1）塔頂冷凝器（E-1）36</p><p>　　4.5.2塔（T-2）塔頂冷凝器（E-2）36</p><p>　　4.6儲(chǔ)罐選型37</p>

17、<p>　　4.6.1儲(chǔ)罐(V-1)37</p><p>　　4.6.2其它儲(chǔ)罐選型37</p><p>　　4.7泵的選型37</p><p>　　4.7.1泵(P-1)37</p><p>　　4.7.2其它泵的選型38</p><p><b>　　4.8小結(jié)38</b&g

18、t;</p><p>　　5 全廠總平面設(shè)計(jì)40</p><p>　　5.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)及內(nèi)容40</p><p>　　5.1.1總平面設(shè)計(jì)任務(wù)40</p><p>　　5.1.2工廠組織40</p><p>　　5.2總平面設(shè)計(jì)原則40</p><p>　　5.3總平面布置論述4

19、0</p><p>　　5.4 輔助車間設(shè)施41</p><p>　　5.4.1 質(zhì)檢室41</p><p>　　5.4.2 倉庫41</p><p>　　5.4.3 機(jī)修間41</p><p>　　5.4.4 污水處理42</p><p>　　5.4.5 生活設(shè)施42</p&

20、gt;<p>　　5.5 供電系統(tǒng)42</p><p>　　5.5.1 供電要求和相應(yīng)措施42</p><p>　　5.5.2 車間配電原則42</p><p>　　5.5.3 主車間配電42</p><p>　　5.6 用水系統(tǒng)42</p><p>　　5.6.1乙醇廠用水分類42</

21、p><p>　　5.6.2給水系統(tǒng)和配水系統(tǒng)42</p><p>　　5.6.3冷卻水循環(huán)系統(tǒng)42</p><p>　　5.6.4排水系統(tǒng)42</p><p><b>　　6 人力組織43</b></p><p>　　6.1 基本原則43</p><p>　　6.1.

22、1 勞動(dòng)力組織原則43</p><p>　　6.1.2 企業(yè)組織原則43</p><p>　　6.2 車間勞動(dòng)制度43</p><p>　　6.3 乙醇生產(chǎn)車間人員編制43</p><p><b>　　符號(hào)說明44</b></p><p><b>　　致謝45</b&g

23、t;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)46</b></p><p>　　附錄一 工藝流程圖47</p><p>　　附錄二 篩板塔（T-2）條件圖48</p><p>　　附錄三 車間平面布置圖49</p><p>　　附錄四 車間立面圖50</p><p>

24、<b>　　1 概述</b></p><p>　　1.1乙醇的性質(zhì)及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　乙醇又名酒精，是由碳、氫、氧3種元素組成的有機(jī)化合物，分子式為C2H5OH，結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2OH，相對分子質(zhì)量為46。乙醇既是食品、化工、醫(yī)藥、染料、國防等工業(yè)十分重要的基礎(chǔ)原料，又是可再生的清潔能源。</p><p>　　乙醇作為重要的溶劑

25、和化工原料而廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)，它又是飲料酒工業(yè)的基礎(chǔ)性原料，也是一種方便而較干凈的液體（或固體）燃料。</p><p><b>　　1.1.1物理性質(zhì)</b></p><p>　　乙醇是無色透明的液體，比水輕，具有特殊的芳香氣和刺激味，吸濕性很強(qiáng)，可與水以任何比例混合并產(chǎn)生熱量。乙醇易揮發(fā)易燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，燃燒產(chǎn)物是水和二氧化碳。乙醇蒸汽與

26、空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限為3.5%-18%（體積分?jǐn)?shù)）</p><p><b>　　乙醇的物理指標(biāo)：</b></p><p>　　熔點(diǎn)(℃)：-114.1沸點(diǎn)(℃)：78.3 </p><p>　　相對密度(水=1)：0.79相對蒸氣密度(空氣=1)： 1.59 </p><p>　　

27、飽和蒸氣壓(kPa)：5.33(19℃)燃燒熱(kJ/mol)：1365.5 </p><p>　　蒸發(fā)熱(kJ/L)：918.76 臨界溫度(℃)：243.1</p><p>　　臨界壓力(MPa)：6.38 辛醇/水分配系數(shù)的對數(shù)值：0.32</p><p>　　閃點(diǎn)(℃)：1

28、2 引燃溫度(℃)：363</p><p>　　溶解性： 與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數(shù)有機(jī)溶劑。</p><p><b>　　1.1.2化學(xué)性質(zhì)</b></p><p>　　1）  氧化作用下乙醇的變化</p><p>　　2C2H5OH + O2→2C

29、H3CHO + 2H2O</p><p>　　C2H5OH + O2→CH3COOH + H2O</p><p>　　CHOH + O 2CO2+3H2O</p><p>　　2）  堿金屬，堿土金屬與乙醇的作用</p><p>　　2Na + 2C2H5OH→2C5H5ONa + H2↑</p><p>　

30、　Mg + 2C2H5OH→C(C2H5O)2 Mg + H2↑</p><p>　　3）  酸與乙醇的反應(yīng)</p><p>　　CH3COOH + C2H5OH→CH3COOC2H5 + H2O</p><p>　　4）  乙醇的脫水反應(yīng)</p><p>　　CH3CH2OH CH2=CH2 ↑+ H2O</p&g

31、t;<p>　　2CH3CH2OH C2H5OC2H5 + H2O</p><p><b>　　1.1.3生化性</b></p><p>　　乙醇能使細(xì)胞蛋白質(zhì)凝固，尤以75%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇作用最為強(qiáng)烈，濃度過高，細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)迅速凝固形成一層薄膜，阻止乙醇向內(nèi)部滲透，作用效果反而降低，濃度過低則不能使蛋白質(zhì)凝固[1]。因此常選用75%（體積分?jǐn)?shù)）

32、的乙醇作消毒劑</p><p>　　乙醇易被人體腸胃吸收，吸收后迅速解放出熱量。少量乙醇對大腦有興奮作用，數(shù)量較大則有麻醉作用，大量乙醇對肝臟和神經(jīng)系統(tǒng)有害作用。</p><p><b>　　1.1.4質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　乙醇作為一種原料性的產(chǎn)品，其產(chǎn)品質(zhì)量必須達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。通常，乙醇按含雜質(zhì)多少分為：無水乙醇、試劑乙醇、食

33、用乙醇，醫(yī)藥乙醇，工業(yè)乙醇。</p><p>　　其食用乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)如表1.1所示。</p><p>　　表1.1 乙醇的質(zhì)量指標(biāo)表</p><p>　　1.2乙醇生產(chǎn)的意義及發(fā)展史</p><p>　　1.2.1乙醇生產(chǎn)的意義</p><p>　　乙醇是可再生能源,若采用小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質(zhì)發(fā)

34、酵生產(chǎn)乙醇,其燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳, 在數(shù)量上基本持平,這對減少大氣污染及抑制溫室效應(yīng)意義重大。發(fā)展乙醇不僅可以促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且可以作為清潔能源代替汽油或汽油添加劑，減少工業(yè)大氣污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)也可緩解原油進(jìn)口的壓力。根據(jù)我國《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》，“十一五”期間，我國將生產(chǎn)600萬噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇500萬噸，生物柴油100萬噸；到2020年，

35、生產(chǎn)2000萬噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇1500萬噸。如果完全用玉米來生產(chǎn)，按照1：3.3比例計(jì)算，2010年對玉米的需求將達(dá)到1650萬噸，2020年將達(dá)到4950萬噸，加上其他工業(yè)消費(fèi)對玉米需求的增長，未來我國玉米生產(chǎn)將難以滿足燃料乙醇生產(chǎn)的工業(yè)化需求，完全使用玉米生產(chǎn)燃料乙醇在我國并不現(xiàn)實(shí)。隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，考慮到玉米生物乙醇的發(fā)展可能威脅到國家的糧食安全，為此，2006年起國家停止新批玉米燃料乙醇企業(yè)

36、，并大力鼓勵(lì)發(fā)展非糧食作物為原料開發(fā)燃料乙醇。所以</p><p>　　1.2.2乙醇生產(chǎn)的發(fā)展</p><p>　　1）生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化</p><p>　　新中國成立前，我國乙醇工業(yè)的規(guī)模很小，生產(chǎn)工藝均為間歇式，以麥芽作淀粉糖化劑，原料不經(jīng)粉碎，淀粉利用率只有60%左右。20世紀(jì)50年代中期開始進(jìn)行技術(shù)革新，首先在糖化劑方商采用微生物糖化劑代替麥芽，1964年

37、推行機(jī)械通風(fēng)制曲，隨后普遍應(yīng)用液體曲，1978年開發(fā)出高活力糖化酶新菌種（UV-11）進(jìn)入20世紀(jì)90年代后逐步使用具有國際水平的耐高溫X-淀粉酶和高轉(zhuǎn)化率糖化酶。</p><p>　　在淀粉質(zhì)原料的蒸煮、糖化工藝方面采用一級(jí)真空冷卻連續(xù)糖化。在發(fā)酵方面，出現(xiàn)了應(yīng)用耐高溫酵母、釀酒用活性干酵母（或鮮酵母）及固定化酵母的新工藝。在蒸餾方面乙醇蒸餾的塔器配置從兩塔、三塔/四塔、五塔發(fā)展到八塔蒸餾，近年來差壓蒸餾等新技

38、術(shù)正在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。</p><p>　　50年來，我國的乙醇生產(chǎn)技術(shù)得到很大發(fā)展，淀粉利用率達(dá)90%以上，水平高的企業(yè)淀粉出酒率達(dá)55～56%；發(fā)酵液乙醇濃度由5%提高到10%左右；每噸乙醇耗煤從過去普遍在2噸以上降到1噸以下（最低達(dá)500公斤）。進(jìn)入90年代后，隨著食用乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)的制訂和實(shí)施，我國乙醇工業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平得到了普遍性的提高</p><p>　　2） 建立了完善的乙醇產(chǎn)

39、品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，具有生產(chǎn)多種規(guī)格乙醇產(chǎn)品的實(shí)力</p><p>　　20世紀(jì)50年代初期，我國乙醇產(chǎn)品無統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。有的廠"夠度"即算合格，有的廠參考外國標(biāo)準(zhǔn)自行規(guī)定一些檢查項(xiàng)目，也有的廠按中華藥典中醫(yī)藥乙醇的要求生產(chǎn)。1954年，哈爾濱、濟(jì)南、天津等乙醇廠應(yīng)軍工的需要按原蘇聯(lián)的乙醇標(biāo)準(zhǔn)（roct5921-51）試制成功"精餾酒精"，并按此生產(chǎn)。1956年，原食品工業(yè)部參照

40、原蘇聯(lián)乙醇標(biāo)準(zhǔn)及中華藥典制訂了"精餾酒精"（食酒0301-56）和"醫(yī)藥酒精"（食酒0302-56）的部頒標(biāo)準(zhǔn)。至此，我國乙醇工業(yè)有了全國統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　現(xiàn)今，我國已經(jīng)具備較完整的乙醇產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，并正在對食用乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)（GB13043-89）組織進(jìn)行修訂，以使其進(jìn)一步和國際先進(jìn)水平接軌。</p><p>　　不斷提高

41、并有著先進(jìn)性的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，有力促進(jìn)了我國乙醇生產(chǎn)和質(zhì)量水平的不斷提高?，F(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)都能生產(chǎn)普級(jí)食用乙醇，相當(dāng)一部分企業(yè)具有生產(chǎn)優(yōu)級(jí)食用乙醇的實(shí)力，有多家企業(yè)進(jìn)行著高純度特級(jí)乙醇的生產(chǎn)。</p><p>　　3） 糟液治理與綜合利用取得長足發(fā)展</p><p>　　過去，糟液除略行簡單過濾直接用作飼料外，基本上不予處理。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，對糟液的治理逐步引起重視，20世紀(jì)60年代用薯

42、類乙醇糟液大規(guī)模進(jìn)行沼氣發(fā)酵取得成功，逐步推廣并不斷完善，現(xiàn)在最大的沼氣發(fā)酵罐容已達(dá)5000立方米。針對沼氣發(fā)酵后消化液的進(jìn)一步處理，好氧法取得一定成效；近來南陽乙醇總廠開發(fā)出一套實(shí)用而有效的治理措施，采用物理化學(xué)法去除懸浮揚(yáng)（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有機(jī)物（獲得沼氣），從而使薯類乙醇糟液的治理實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)上有利的達(dá)標(biāo)排放[2]。</p><p>　　1.3乙醇的應(yīng)用領(lǐng)域</p>

43、<p>　　乙醇的用途很廣，主要有：</p><p><b>　　1）消毒劑：</b></p><p>　　醫(yī)院用的一般用濃度為70%～75%的乙醇溶液，因?yàn)檫@種濃度的乙醇溶液殺菌能力最強(qiáng)；此外也是碘酒消毒劑的成分之一。</p><p><b>　　2）飲料：</b></p><p>　　

44、乙醇是酒主要成分（含量和酒的種類有關(guān)系）如白酒為56度的酒。</p><p>　　3）基本有機(jī)化工原料：</p><p>　　乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產(chǎn)品的原料。</p><p><b>　　4）汽車燃料：</b></p><p>　　乙醇可以調(diào)入汽油，作為車用燃

45、料，美國銷售乙醇汽油已有20年歷史。</p><p>　　此外乙醇還做：稀釋劑、有機(jī)溶劑、涂料溶劑等幾大方面，其中用量最大的是消毒劑。</p><p><b>　　1.4主要生產(chǎn)工藝</b></p><p>　　乙醇工業(yè)生產(chǎn)方法分為發(fā)酵法和合成法兩大類。</p><p><b>　　1.4.1合成法</b

46、></p><p>　　化學(xué)合成法是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經(jīng)過化學(xué)合成反應(yīng)而制成乙醇。目前工業(yè)上采用的合成法主要是乙烯直接水合法，即將乙烯在浸漬有磷酸的固體催化劑上進(jìn)行水合反應(yīng)。所得稀乙醇溶液需經(jīng)過精餾提純以除去部分水和副產(chǎn)物。此外還有乙烯間接水合法、乙醛加氫法、CO-H2合成乙醇等。</p><p><b>　　1）乙烯直接水合發(fā)</b></

47、p><p>　　乙烯直接水合法就是乙烯和水在高溫、加壓、催化劑條件下直接加成得到乙醇的方法：</p><p>　　C2H4 + H2O C2H5OH</p><p><b>　　2）乙烯間接水合法</b></p><p>　　間接水合法生產(chǎn)乙醇的出現(xiàn)早于直接水合法。在1825年，就已經(jīng)出

48、現(xiàn)了乙烯在硫酸介質(zhì)存在下，液相水合為乙醇的實(shí)驗(yàn)研究。經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)后乙烯用硫酸吸收再經(jīng)水解制備乙醇的方法獲得了工業(yè)化。</p><p>　　乙醇間接水合法又稱硫酸法，采用硫酸作催化劑，經(jīng)過兩步反應(yīng)，由水與乙烯合成乙醇。</p><p>　　第一步：乙烯與硫酸作用生成硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯；</p><p>　　CH2=CH2 + H2SO4 → CH3CH2-OSO2

49、OH </p><p>　　或 2CH2=CH2 + H2SO4 → (CH3CHO)2SO2</p><p>　　第二步：硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯水解，生成乙醇，釋放出硫酸：</p><p>　　CH3CH2-OSO2OH + H2O → CH3CH2OH + H2SO4</p><p>　　或

50、 (CH3CHO)2SO2 + 2H2O → 2CH3CH2OH + H2SO4</p><p>　　硫酸氫乙酯、硫酸二乙酯水解過程中伴隨有副產(chǎn)物乙醚的生成。</p><p><b>　　3）乙醛加氫法</b></p><p>　　此法是將乙醛在160～200℃，銅催化劑的存在下加氫制得乙醇，其他化學(xué)反應(yīng)式如下：</p><

51、p>　　CH3CHO + H2 H3CH2OH</p><p>　　乙烯氧化發(fā)生產(chǎn)乙醛又分為氧氣法和空氣法。氧氣法是在120～130℃，300kPa左右的壓力下進(jìn)行反應(yīng)；空氣法是在100～105℃，壓力1～1.2MPa下進(jìn)行反應(yīng)。利用氯化鈀做催化劑，在鹽酸溶液中使乙烯被空氣或氧氣直接氧化成乙醛.</p><p>　　4）CO-H2合成乙醇</p&g

52、t;<p>　　一氧化碳和氫氣混合氣來源十分廣泛，我國煤炭儲(chǔ)量豐富，大力開發(fā)煤氣化制備CO-H2混合氣具有廣泛的發(fā)展前景。</p><p>　　2CO + H2→C2H5OH + H2O</p><p>　　3CO + H2→C2H5OH + CO2</p><p>　　由反應(yīng)式可知。CO與H2的摩爾比應(yīng)符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系，［CO］:［H2］=1:2或1

53、:1。因此實(shí)際生產(chǎn)中為使混合氣的摩爾比恰好為1:2，可采用向欲轉(zhuǎn)化的烴類中通CO2以調(diào)整轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)物中的分子比例。即：</p><p>　　3CH4 + 2H2O + CO2 → 4CO + 8H2</p><p>　　從熱力學(xué)角度看，合成乙醇在較低的溫度下進(jìn)行比較適宜，但低溫下反應(yīng)速度太慢，為提高反應(yīng)速度，應(yīng)適當(dāng)提高反應(yīng)溫度。然而隨著溫度的提高，副反應(yīng)增多并加劇，而且無論從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)

54、角度來看，溫度提高對副反應(yīng)的生成較乙醇的生成更便利，因此為使反應(yīng)向主反應(yīng)方向進(jìn)行，必須尋找一種選擇性高、催化性好的催化劑，這是由CO-H2合成乙醇的關(guān)鍵。</p><p><b>　　1.4.2發(fā)酵法</b></p><p>　　發(fā)酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖維素（多縮己糖）的農(nóng)產(chǎn)品，農(nóng)林業(yè)副產(chǎn)物及野生植物為原料，經(jīng)過水解（即糖化）、發(fā)酵使雙糖、多糖轉(zhuǎn)化

55、為單糖并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。淀粉質(zhì)在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進(jìn)一步發(fā)酵生成乙醇。發(fā)酵法制酒精生產(chǎn)過程包括原料預(yù)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、蒸餾、廢醪處理等。</p><p>　　1）淀粉質(zhì)原料的發(fā)酵工藝 </p><p>　　乙醇的發(fā)酵工藝分為間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵三種。</p><p>　　①間歇發(fā)酵 間歇發(fā)酵也稱單罐發(fā)酵，發(fā)酵的全過程在一個(gè)發(fā)酵罐內(nèi)完成

56、。根據(jù)糖化醪的添加方式分為以下幾種。</p><p>　　一次加滿法。該法是將糖化醪冷卻到27-30℃后，送入已經(jīng)清洗、滅菌的發(fā)酵罐中，一次加滿，同時(shí)加入10%的酒母醪，經(jīng)60-72h發(fā)酵即得到成熟發(fā)酵醪。該法具有操作簡單，易于管理的優(yōu)點(diǎn)。但存在初始酵母密度低，發(fā)酵除患期延長，初始生長和發(fā)酵速度低的缺點(diǎn)。</p><p>　　分次添加法。此法操作時(shí)，糖化醪分幾批加入發(fā)酵罐。一般先打入發(fā)酵罐

57、容積約1/3糖化醪，直至加入8%-10%的酒母醪，每隔3-6h左右，加入第二和第三1/3的糖化醪，直至加滿容積的90%以上為止。該法的優(yōu)點(diǎn)是：發(fā)酵旺盛，延緩期短，有利于抑制雜菌繁殖。采用這種方法最好使酵母增殖發(fā)酵、糖耗同步，然后及時(shí)補(bǔ)充糖化醪。間隔時(shí)間不要太短，否則會(huì)影響酵母的增殖間隔時(shí)間也不易過長否則可能造成原料發(fā)酵不徹底，成熟醪殘?zhí)沁^高。</p><p>　　連續(xù)添加法。即使酒母醪打入發(fā)酵罐中，同時(shí)連續(xù)添加糖

58、化醪。糖化醪流加速度應(yīng)根據(jù)工廠生產(chǎn)量來定，一般應(yīng)控制在6-8h內(nèi)加滿幾個(gè)發(fā)酵罐。流加過慢，會(huì)延長滿灌時(shí)間，還可能造成發(fā)酵物質(zhì)的損失。流加過快，則會(huì)造成發(fā)酵醪中酵母密度小，對雜菌無抑制，可能造成染菌。</p><p>　　分割主發(fā)酵醪法。該法是將處于旺盛主發(fā)酵階段的發(fā)酵醪分割出1/3-1/2到第二罐，然后兩罐同時(shí)補(bǔ)加新鮮糖化醪至滿罐，繼續(xù)發(fā)酵。放第二罐又處于主發(fā)酵階段時(shí)，再次進(jìn)行分割。該法的前提是發(fā)酵醪基本不染菌。

59、它具有節(jié)省酵母用量，接種量大，發(fā)酵時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，但易染雜菌，一般不主張采用[3]。</p><p>　?、诎脒B續(xù)發(fā)酵 半連續(xù)發(fā)酵時(shí)主發(fā)酵階段采用連續(xù)發(fā)酵，后發(fā)酵階段采用間歇發(fā)酵的方法。更具糖化醪流加方式的不同，半連續(xù)發(fā)酵又分為以下兩種方法。</p><p>　　第一種方法是將一組發(fā)酵罐連接起來，使前幾只發(fā)酵罐始終保持主發(fā)酵狀態(tài)。從第三只發(fā)酵罐流出的發(fā)酵液分別順次加滿其他發(fā)酵罐，完成后發(fā)酵。

60、應(yīng)用該方法可節(jié)省大量酒母，縮短發(fā)酵時(shí)間，但必須注意消毒殺菌，防止雜菌污染。</p><p>　　第二種方法是將7-8只發(fā)酵罐組成一個(gè)罐組，每只發(fā)酵之間溢流管連接。生產(chǎn)時(shí)，先制備發(fā)酵罐提交1/3的酒母，加入第1只發(fā)酵罐內(nèi)，并在保持主發(fā)酵狀態(tài)的前提下流加糖化醪。滿罐后，通過溢流管流入第2只罐，當(dāng)充滿1/3體積時(shí)，糖化醪改為流加入第2罐，當(dāng)?shù)?罐加滿后，溢流入第3只罐，然后重復(fù)第2只罐的操作，直至最后1只罐滿罐。最后，

61、從罐至末罐逐個(gè)順次將成熟發(fā)酵罐送去蒸餾[4]。該法可以節(jié)省大量酒母，發(fā)酵時(shí)間縮短，但每次新發(fā)酵周期開始時(shí)要制備新的酒母。</p><p>　?、圻B續(xù)發(fā)酵 間歇發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐中的培養(yǎng)液始終不斷更新，因此，發(fā)酵過程中的各個(gè)參數(shù)，如糖濃度、乙醇濃度、菌體數(shù)、pH等會(huì)不斷發(fā)生變化，酵母菌受到環(huán)境變化的影響較大，不能始終保持最高的發(fā)酵狀態(tài)。另外，間歇發(fā)酵過程的輔助時(shí)間較長，設(shè)備利用率也較低，且控制不易全部自動(dòng)化。如果

62、采用連續(xù)發(fā)酵的方法，就能很好地解決上述問題。</p><p>　　連續(xù)發(fā)酵可分為全混連續(xù)發(fā)酵和階梯式連續(xù)發(fā)酵兩類：</p><p>　　全混連續(xù)發(fā)酵是微生物在一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行的，液體培養(yǎng)基混合攪拌良好，以保證整個(gè)罐的均一性。根據(jù)控制的方法又可分為化學(xué)控制器法（恒化器法）和濁度控制器法（恒濁器法）兩類。</p><p>　　階梯式連續(xù)發(fā)酵是乙醇發(fā)酵較常采用的發(fā)酵形式。發(fā)

63、酵過程是在同一組罐內(nèi)進(jìn)行的，每個(gè)罐本身參數(shù)基本不變，但罐和罐之間按一定規(guī)律形成一個(gè)梯度。從首罐至末罐，可發(fā)酵物濃度逐罐遞減，乙醇濃度逐罐增加。發(fā)酵時(shí)，糖化醪連續(xù)從首罐加入，成熟發(fā)酵醪連續(xù)從末罐流出[5]。幾種常見具體工藝如下。</p><p>　　循環(huán)發(fā)酵。該發(fā)酵罐組由6-8只罐組成，每個(gè)罐之間用溢流管數(shù)次自上而下連續(xù)。糖化醪進(jìn)料通往大酒母罐和發(fā)酵罐組的第一和最末兩只發(fā)酵罐。發(fā)酵開始時(shí)，糖化醪和成熟酒母醪同時(shí)流入

64、罐組的第1只罐，充滿后，發(fā)酵醪沿溢流管流入第2只罐，然后順次流入充滿至最后第2只罐。大概需時(shí)60h左右，然后不再流加醪液，各自進(jìn)行間歇后發(fā)酵。這是糖化醪和酒母醪開始流入最后一個(gè)發(fā)酵罐，當(dāng)這只罐充滿時(shí)，原來的最后第2罐已經(jīng)發(fā)酵結(jié)束，并已防空清洗殺菌完畢，發(fā)酵醪由溢流管流入，發(fā)酵的第2各循環(huán)沿反方向開始進(jìn)行。</p><p>　　順式連續(xù)發(fā)酵法。該法發(fā)酵開始時(shí)，酒母醪和糖化醪一起流入第1只發(fā)酵罐中，充滿后，發(fā)酵醪沿溢

65、流管依次流入第2、第3、直至充滿整個(gè)罐組。成熟發(fā)酵醪從最后一只發(fā)酵罐中流出，送去蒸餾。如此操作連續(xù)不斷。</p><p>　　2）糖蜜原料的發(fā)酵工藝</p><p>　　糖蜜乙醇發(fā)酵的機(jī)理和營養(yǎng)要求與淀粉質(zhì)原料乙醇發(fā)酵完全相同。但糖蜜乙醇發(fā)酵也有自己特有的特點(diǎn)。這里主要介紹糖蜜發(fā)酵的工藝。</p><p>　　蜜糖乙醇發(fā)酵的方法很多，也可以非為間歇發(fā)酵、半連續(xù)發(fā)酵和

66、聯(lián)系發(fā)酵。</p><p>　?、匍g歇發(fā)酵 又分為一下幾種操作方式。</p><p>　　普通間歇發(fā)酵。發(fā)酵罐空罐清洗后用蒸汽殺菌100℃保溫0.5-1h，冷卻至30℃后，接入培養(yǎng)成熟的酒母醪液，并補(bǔ)入溫度為27-30℃的發(fā)酵糖液進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵溫度控制在33-35℃的發(fā)酵。發(fā)酵時(shí)間一般為32-36h，通常40-50h即可送去蒸餾，成熟醪酒度為6.5%-7%（體積分?jǐn)?shù)），發(fā)酵效率達(dá)86%-

67、87%[6]。</p><p>　　分割式間歇發(fā)酵。該法是第1只發(fā)酵罐按間歇發(fā)酵進(jìn)行至主發(fā)酵階段，從該罐分割1/3-1/2發(fā)酵醪至第2罐中，用稀糖液加滿兩罐，第1至繼續(xù)發(fā)酵直至終了，送去精餾。第2罐進(jìn)入主發(fā)酵階段后，再分割1/3-1/2至第3罐，再用稀糖液加滿兩罐，如此繼續(xù)下去。稀糖液濃度一般為18%-20%，發(fā)酵溫度為33-35℃，發(fā)酵時(shí)間30-36h，成熟醪酒度6%-7%。該法可省去大部分發(fā)酵制備時(shí)間，但容易

68、染菌。為此，除了認(rèn)真進(jìn)行糖蜜酸化（pH4.0）和添加五氯苯酚鈉外，每天還應(yīng)更換一次新鮮菌種。</p><p>　　分批流加間歇發(fā)酵。該法是在發(fā)酵罐內(nèi)加入10%-20%的酒母后，分3次加入基本稀糖液，第一、二次加入罐容積約20%的今本稀糖液，第三次加入40%-50%的基本稀糖液，以后保持罐內(nèi)醪液糖濃度一致，有利于酵母的發(fā)酵。當(dāng)糖度降到5.5%-6%時(shí)，才開始添加基本稀糖液，最后一次糖液的添加應(yīng)保證成熟醪酒度8.5%

69、-9%。發(fā)酵溫度控制在30-35℃發(fā)酵時(shí)間36-48h。</p><p>　　連續(xù)流加間歇發(fā)酵法。連續(xù)流加發(fā)酵的特點(diǎn)在于基本稀糖液是按一定速度連續(xù)加入發(fā)酵罐中，直至罐滿。該法先將發(fā)酵醪總量20%-30%的成熟酒母醪送入發(fā)酵罐。然后加入數(shù)量相同的酒母稀糖液（14%濃度）。通風(fēng)培養(yǎng)2h，是發(fā)酵醪濃度降至7.0%-7.5%。開始連續(xù)流加濃度為33%-35%的基本稀糖液，保持發(fā)酵醪的濃度在10%左右。流加至滿罐后，任其發(fā)

70、酵結(jié)束。發(fā)酵溫度控制在33-34℃，總發(fā)酵時(shí)間在16-20h，發(fā)酵醪乙醇含量在9%（體積分?jǐn)?shù)）以上。</p><p>　　②半連續(xù)發(fā)酵 半連續(xù)發(fā)酵是主發(fā)酵采用連續(xù)發(fā)酵，后發(fā)酵采用間歇發(fā)酵的發(fā)酵方式。具體的方法與淀粉質(zhì)原料發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵相同。</p><p>　?、圻B續(xù)發(fā)酵 糖蜜連續(xù)發(fā)酵乙醇的工藝已比較成熟，也是目前最合理的發(fā)酵工藝，已報(bào)道的連續(xù)發(fā)酵工藝的方案很多，歸納起來有兩種基本流程

71、，即：單濃度流加連續(xù)發(fā)酵法和雙濃度流加連續(xù)發(fā)酵法。</p><p>　　單濃度單流加連續(xù)發(fā)酵法。該法是只用一種濃度的糖液進(jìn)行單流加以實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵的流程。該流程以稀糖液與成熟酵母同時(shí)進(jìn)入第1只發(fā)酵罐內(nèi)，酵母繁殖和稀糖液同時(shí)進(jìn)行，產(chǎn)生含足夠量的酵母細(xì)胞的發(fā)酵醪，并且連續(xù)加入稀糖液，發(fā)酵罐滿罐后依次進(jìn)入下一罐連續(xù)發(fā)酵直至發(fā)酵成熟。</p><p>　　雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法。該法是使用兩種不同的

72、糖液，即酒母稀糖液和發(fā)酵稀糖液（基本稀糖液）進(jìn)行雙流加以實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵流程。一般對質(zhì)量好、純度高的糖蜜采用單濃度單流加連續(xù)發(fā)酵與雙濃度雙流加發(fā)酵法均可，單對純度低、質(zhì)量差的糖蜜不宜采用單濃度單流加發(fā)酵法而應(yīng)當(dāng)采用雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法。雙濃度雙流加連續(xù)發(fā)酵法中，低濃度糖液（酒母糖液）與高濃度糖液（發(fā)酵糖液）流加液比通常為1:1，而六角糖比例為優(yōu)質(zhì)糖蜜4:6，劣質(zhì)糖蜜3:7[5]。</p><p>　　3）纖維質(zhì)原料

73、的發(fā)酵工藝</p><p>　　纖維質(zhì)原料的乙醇發(fā)酵工藝根據(jù)原料處理方法的不同可分為酸水解乙醇發(fā)酵工藝和酶水解發(fā)酵工藝。</p><p>　?、偎崴庖掖及l(fā)酵工藝</p><p>　　濃酸水解工藝流程。濃酸水解工藝流程如圖1.1使用濃度為70%左右硫酸，在100℃溫度條件下處理木質(zhì)纖維素，破壞纖維素之間的晶型結(jié)構(gòu)，使其水解為流動(dòng)的不定形物質(zhì)，這一過程也成為纖維素的溶

74、解和去結(jié)晶。纖維素成為不定形位置后，加水將酸的濃度稀釋到20%—30%，并在100℃溫度下維持約1h，使半纖維素部分水解，固液分離后得到殘?jiān)退馕?，殘?jiān)梢远渭铀幔抢w維素最大限度降解。再次進(jìn)行固液分離。最后得到殘?jiān)饕煞质请y簡介的木質(zhì)素，木質(zhì)素可以進(jìn)一步利用。固液分離得到的水解產(chǎn)物在發(fā)酵前必須進(jìn)行糖酸分離，分離得到的稀酸可以進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮后循環(huán)使用，得到的糖液中進(jìn)入發(fā)酵階段[7]。</p><p>　　

75、圖1.1 纖維素濃酸水解工藝流程</p><p>　　稀酸連續(xù)滲濾水解工藝流程。該流程用固體生物質(zhì)原料填充在反應(yīng)器中酸液連續(xù)通過的反應(yīng)工式。前蘇聯(lián)的水解工藝主要采用這種形式。它的主要優(yōu)點(diǎn)有：生成的糖可即使排出，減少糖的分解；可在較低的液固比下操作，提高所得糖的濃度；液體通過分離器內(nèi)的過濾管流出，液固分離自然完成，不必用其他液固分離設(shè)備，反應(yīng)器容易控制。工藝流程：木材經(jīng)粉碎后，由帶式輸送器填入水解器中，水解后剩下的

76、木質(zhì)素通過排渣器排出器外。水解用酸從儲(chǔ)罐經(jīng)計(jì)算器用往復(fù)泵送人水解器。水解液從水解反應(yīng)器流出后，接連通過高壓蒸發(fā)器和低壓蒸發(fā)器，在高壓蒸發(fā)器中水解液175-180℃降至140-150℃。在低壓蒸發(fā)器中進(jìn)一步降到105-110℃，水解液最后送往中和器。</p><p>　　稀酸二級(jí)水解工藝流程。該工藝流程中，纖維質(zhì)原料共進(jìn)行兩次水解。原料經(jīng)粉碎后和酸浸泡后進(jìn)入第一級(jí)水解反應(yīng)器，反應(yīng)器的溫度升到190℃，用0.7%的硫

77、酸水解，停留時(shí)間3min，可把約20%的纖維素和80%的反纖維素水解。離開以及反應(yīng)器的水解液經(jīng)液固分離后，糖液進(jìn)入pH調(diào)節(jié)器。固形物經(jīng)螺旋壓榨器脫水后進(jìn)入二級(jí)水解器中，治理溫度升到220℃，用1.6%的硫酸水解，停留時(shí)間為3min，可把剩余的纖維素水解為葡萄糖。水解液混合后，經(jīng)酸堿中和，可進(jìn)入發(fā)酵階段。</p><p>　　②酶水解乙醇發(fā)酵工藝 纖維素水解乙醇生產(chǎn)工藝可分為非同步水解與發(fā)酵工藝和同步水解與發(fā)酵工

78、藝兩類。分別簡單介紹如下。</p><p>　　非同步水解與發(fā)酵工藝（Separate hydrolysis and fermentation ,SHF）。本工藝特點(diǎn)是纖維素水解和水解液乙醇發(fā)酵是分別在不同容器內(nèi)單獨(dú)進(jìn)行的[8]。早期的纖維質(zhì)原料都是采用這種工藝。工藝流程如圖1.2所示</p><p>　　圖1.2 稀酸二級(jí)水解工藝流程</p><p>　　同步水解

79、與發(fā)酵工藝(Simulataneous saccharification and fermentation,SSF)。隨著對纖維素酶水解機(jī)理的不斷認(rèn)識(shí)，20世紀(jì)70年代，人們提出了SSF水解工藝。該工藝可以解決葡萄糖的反饋抑制作用，如果選用適當(dāng)?shù)慕湍?，纖維二糖也能夠利用。因此該工藝可以提高水解速度，糖的產(chǎn)量和乙醇得率也將增加。目前，SSF已成為很有前途的生物質(zhì)制乙醇的工藝。工藝流程如圖1.3所示</p><p>

80、　　圖1.3 纖維質(zhì)原料同步水解與發(fā)酵工藝</p><p>　　在一般的SSF工藝中，預(yù)處理生產(chǎn)富含五碳糖的液體是單獨(dú)發(fā)酵的。隨著能同時(shí)發(fā)酵葡萄糖和木糖的新型微生物的開發(fā)和應(yīng)用，又發(fā)展了同步水解發(fā)酵工藝（Simultaneous saccharification and co-fermentation,SSCF）。該工藝中預(yù)處理得到的糖液和處理過的纖維素放在同一個(gè)反應(yīng)器中處理，進(jìn)一步簡化了流程[9]。</p

81、><p><b>　　2 建廠可行性分析</b></p><p>　　2.1 需求和擬建規(guī)模</p><p><b>　　2.1.1原料簡介</b></p><p>　　木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，適應(yīng)性很強(qiáng)，耐旱、耐瘠、耐水，對土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長的作物。我國南方盛產(chǎn)木薯

82、，產(chǎn)量高，淀粉含量高，木薯的塊根淀粉含量達(dá)25-30％左右，木薯干淀粉含量達(dá)70％左右。木薯已被世界公認(rèn)具有很大發(fā)展?jié)摿Α⒑苡星巴镜囊掖忌a(chǎn)的可再生資源。近年來，隨著木薯原料用于生產(chǎn)乙醇逐漸受到人們的重視，國內(nèi)外學(xué)者都致力于木薯生產(chǎn)乙醇工藝的研究。 </p><p>　　2.1.2木薯原料的優(yōu)勢</p><p>　　國外研究機(jī)構(gòu)比較過一些作物發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)出率，在幾種主要的乙

83、醇原料作物中，單位面積土地的乙醇產(chǎn)出率以木薯最高，甘蔗次之。</p><p>　　木薯是取代玉米等原料生產(chǎn)乙醇的理想替代物，開發(fā)木薯乙醇資源前景看好。在同樣土地資源條件下，種植木薯可比種植玉米多產(chǎn)近2倍乙醇。利用木薯進(jìn)行乙醇生產(chǎn)，整株作物無廢料，利用效率很高。</p><p>　　大型木薯乙醇廠的固定資產(chǎn)投入與銷售收入之比為1：5，建設(shè)周期短，投放少，投資回收快，效益高。另外，現(xiàn)有糖廠用糖

84、蜜生產(chǎn)乙醇的閑置設(shè)備經(jīng)改造后即可用于木薯乙醇加工。</p><p>　　2.1.3乙醇市場分析   </p><p>　　乙醇工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占重要的地位，乙醇廣泛應(yīng)用于釀酒行業(yè)、化工行業(yè)、橡膠工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、電子工業(yè)、照相膠片及紙漿生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、香料工業(yè)、化妝品行業(yè)等。最具發(fā)展前景的是，隨著石油等不可再生能源日趨緊張，乙醇作為一種可以再生的能源—車

85、用乙醇汽油的大面積推廣，乙醇工業(yè)在世界經(jīng)濟(jì)的地位將越來越重要[10]。</p><p><b>　　2.2主要建設(shè)條件</b></p><p>　　本廠采用本地電網(wǎng)供電，可以避免為建設(shè)動(dòng)力設(shè)備而增加的額外投資，而且陜南水電資源豐富，可以確保生產(chǎn)的連續(xù)性。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用發(fā)酵法制取乙醇，并將酒糟水解重新利用，酒糟過濾除雜后，用粗制

86、復(fù)合酶重新水解，作為營養(yǎng)液加入到拌料罐重新回收發(fā)酵，進(jìn)行再生產(chǎn)，環(huán)境污染小，資源得到了合理的利用，經(jīng)濟(jì)上也是可行的。</p><p>　　總之，本設(shè)計(jì)無論從原材料、動(dòng)力供應(yīng)，還是從交通運(yùn)輸?shù)确矫婵紤]，擬建廠址所在地都比較合適。再者，從廠址所在地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、自然條件的利用都符合我國的國情和西部大開發(fā)這一主題。</p><p>　　2.3 環(huán)境保護(hù)及廢物處理</p><p&

87、gt;　　隨著世界特別是我國環(huán)境的明顯惡化，國民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐步提高，為了我們生存環(huán)境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護(hù)環(huán)境。</p><p>　　廢水處理是發(fā)酵工業(yè)一直頭疼的問題，這不僅增加了生產(chǎn)成本，甚至有時(shí)處理不好還會(huì)造成環(huán)境污染。酒糟不僅含有酵母沒有利用完全的還原糖，而且含有不少糖化過程殘留的大量殘余總糖，甚至含有大量酵母生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)。目前幾乎所有的發(fā)酵行業(yè)對酒糟只是簡單進(jìn)行了沼氣生產(chǎn)

88、或轉(zhuǎn)化為廉價(jià)的肥料，甚至有的直接排放，造成了極大的浪費(fèi)，處理不好還會(huì)對環(huán)境造成污染?？梢詫圃闼庵匦吕茫圃氵^濾除雜后，用粗制復(fù)合酶重新水解，作為營養(yǎng)液加入到拌料罐重新回收發(fā)酵，進(jìn)行再生產(chǎn)，不僅可提高原料的利用率，降低生產(chǎn)成本，而且還可節(jié)約水資源和能源，提高其經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據(jù)《環(huán)境保護(hù)法》及相應(yīng)的可行性研究、環(huán)保報(bào)告和初審意見

89、來確定。</p><p>　　2.4 企業(yè)組織管理 </p><p>　　擬建廠有廠部領(lǐng)導(dǎo)及其下屬的科室和車間組成，技術(shù)人員主要從離校畢業(yè)生和相關(guān)企業(yè)的有工作經(jīng)驗(yàn)人員中招聘，勞動(dòng)工人從本地區(qū)招收。普通工人的技能由本廠技工帶領(lǐng)培訓(xùn)。企業(yè)內(nèi)部按照有利于發(fā)展生產(chǎn)，有利于充分利用人力資源、術(shù)、裝備、資金，有利于宏觀調(diào)控微觀搞活，有利于調(diào)動(dòng)各個(gè)方面的積極性，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益的原則，在劃小核算單位的

90、基礎(chǔ)上下放權(quán)利，實(shí)行分級(jí)分權(quán)管理。</p><p>　　2.5 資金籌措方式</p><p>　　采用部分國家貸款，部分自籌資金和部分銀行貸款分期償還方式，而且籌集資金可以采用職工入股的方式，使職工真正成為企業(yè)的主人，充分調(diào)動(dòng)職工的積極性。</p><p><b>　　3 乙醇發(fā)酵工藝</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)

91、選用淀粉質(zhì)原料發(fā)酵乙醇。淀粉質(zhì)原料包括薯類原料（甘薯、馬鈴薯、木薯、等）。目前，國內(nèi)主要使用的原料有甘薯、木薯、小麥、玉米和高粱。</p><p>　　最初，我國的乙醇生產(chǎn)主要用玉米、小麥等糧食發(fā)酵制得，其中主要以玉米為主。隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價(jià)格節(jié)節(jié)攀升，考慮到玉米生物乙醇的發(fā)展可能威脅到國家的糧食安全，為此，2006年起國家停止新批玉米燃料乙醇企業(yè)，并大力鼓勵(lì)發(fā)展非糧食作物為原料開發(fā)燃料乙醇。從20

92、06年至今，在保證現(xiàn)有的糧食乙醇生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，我國燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展主要是兩個(gè)方向：一是木薯乙醇；二是纖維素乙醇。兩者都屬于非糧食作物，其中，木薯乙醇已處于規(guī)?；a(chǎn)階段，技術(shù)發(fā)展已相對完善；而纖維素乙醇在我國還處在試驗(yàn)階段，技術(shù)還有待完善。</p><p>　　木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經(jīng)濟(jì)作物，適應(yīng)性很強(qiáng)，耐旱、耐瘠、耐水，對土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長的作物。我國南方盛產(chǎn)木薯，不僅產(chǎn)量高，

93、淀粉含量也很高，木薯的塊根淀粉含量達(dá)25-30％左右，木薯干淀粉含量達(dá)70％左右，是被譽(yù)為“淀粉之王”[11]。木薯已被世界公認(rèn)具有很大發(fā)展?jié)摿?、很有前途的酒精生產(chǎn)的可再生資源。近年來，隨著木薯原料用于生產(chǎn)酒精逐漸受到人們的重視，國內(nèi)外學(xué)者都致力于木薯生產(chǎn)酒精工藝的研究。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用木薯為原料發(fā)酵制的乙醇，總工藝流程為：</p><p>　　原料——粉碎——拌料——蒸煮

94、——糖化——發(fā)酵——蒸餾——乙醇</p><p><b>　　3.1木薯的處理</b></p><p>　　木薯原料在進(jìn)行正式生產(chǎn)之前，必須預(yù)處理，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行和提高生產(chǎn)的效益，預(yù)處理包括除雜和粉碎兩個(gè)工序。</p><p><b>　　3.1.1原料除雜</b></p><p>　　木薯在

95、收獲和干燥過程中，經(jīng)常會(huì)摻夾進(jìn)泥土、沙石、粗纖維、金屬雜質(zhì)等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)如果沒有在正式投入生產(chǎn)之前清除，會(huì)嚴(yán)重影響后續(xù)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。石塊和金屬雜質(zhì)會(huì)使粉碎機(jī)的篩板磨損或者損壞，造成生產(chǎn)的中斷；機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)部位，會(huì)因泥沙的存在而加速磨損，雜物還易造成堵塞閥門、管道、泵和關(guān)鍵設(shè)備，使生產(chǎn)過程不能正常進(jìn)行，泥沙等雜質(zhì)也會(huì)影響正常的發(fā)酵過程。所以用木薯原料生產(chǎn)酒精前，必需進(jìn)行除雜，以保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行和提高生產(chǎn)的效益。</p>

96、<p>　　原料除雜通常采用篩選和磁選。篩選多選用振動(dòng)篩除去原料中的較大雜質(zhì)及泥沙。振動(dòng)篩是一種平面篩，常用的有兩種：一種是由金屬絲（或其他絲線）編織而成的；另一種是沖孔的金屬板。開孔率越大，篩選效率越高，但開孔率過大會(huì)影響篩子的強(qiáng)度[12]。本設(shè)計(jì)選用沖孔的金屬板，篩板開孔率為50%，篩寬1000mm，振幅5mm，頻率400次/min</p><p><b>　　其生產(chǎn)能力</b&g

97、t;</p><p>　　B0——篩面有效寬度，m；</p><p>　　H——篩面物料厚度，m，?。槲锪献畲笾睆剑?lt;/p><p>　　——物料沿篩面運(yùn)動(dòng)的平均速度，m/s，取0.4m/s；</p><p>　　——物料松散系數(shù)，取0.5；</p><p>　　——物料的密度，kg/m3。</p>

98、<p>　　磁選多選用磁力除鐵器除去原物料中的磁選雜質(zhì)，如鐵定和螺母等，常見設(shè)備為永久性磁力除鐵器和電磁除鐵器[9]。</p><p><b>　　3.1.2原料粉碎</b></p><p>　　淀粉質(zhì)原料的淀粉顆粒常以顆粒狀態(tài)儲(chǔ)存于細(xì)胞之中，由于受到植物組織的細(xì)胞壁的保護(hù)不宜被直接利用[13]。所以原料粉碎是原料處理的關(guān)鍵步驟之一。木薯原料粉碎可以使原料的

99、顆粒變小，原料的細(xì)胞組織部分破壞，淀粉顆粒部分外泄，增加原料的表面積，在進(jìn)行水熱處理時(shí)，加快原料吸水速度，降低水熱處理溫度，節(jié)約水熱處理蒸汽；有利于α-淀粉酶與原料中淀粉分子的充分接觸，促使其水解徹底，速度加快，提高淀粉的轉(zhuǎn)化率；有利于物料在生產(chǎn)過程中的輸送。原料的粉碎按帶水與否可分為：干式粉碎和濕式粉碎，實(shí)際生產(chǎn)中多采用干式粉碎。國內(nèi)乙醇生產(chǎn)原料粉碎設(shè)備主要是錘片式粉碎機(jī)，合理的干式粉碎應(yīng)采用粗碎和細(xì)碎兩級(jí)粉碎工藝，在進(jìn)入錘碎機(jī)前先經(jīng)

100、過粗碎，把大塊原料初步打碎成小塊原料，再經(jīng)過錘碎機(jī)，將小塊原料打碎成較細(xì)的粉末原料。濕式粉碎是指粉碎時(shí)將拌粉用水和原料一起加到粉碎機(jī)中去進(jìn)行粉碎。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用200型CSJ-高效粗碎機(jī)，其主要適用于醫(yī)藥、食品、化工、冶金、建筑等行業(yè)，對堅(jiān)硬、難粉碎的物料進(jìn)行加工，包括對塑料、樹根等進(jìn)行粉碎，也能作為微粉碎加工前道工序的配套設(shè)備。不受物料粘度、硬度、軟度等的限制。對任何物料都能起到較好的粉碎效果

101、。其工作原理：本機(jī)為臥式粉碎結(jié)構(gòu)，物料有進(jìn)料斗進(jìn)入粉碎室，利用旋轉(zhuǎn)刀與固定刀沖擊、剪切而獲得粉碎，經(jīng)旋轉(zhuǎn)離心力的作用，物料自動(dòng)流向出口處，該機(jī)按“GMP”標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，整機(jī)全部采用不銹鋼材料制造，結(jié)構(gòu)簡單、清洗方便、噪音低。</p><p>　　其生產(chǎn)能力為300～1000kg/h，粒度100mm，</p><p>　　粉碎細(xì)度0.5～20mm，主軸轉(zhuǎn)速為400r/min，<

102、;/p><p>　　電機(jī)功率5.5kw，外形尺寸（長×寬×高）880×900×1250</p><p><b>　　3.1.3原料輸送</b></p><p>　　原料輸送常用方法是機(jī)械輸送、氣流輸送。</p><p>　　1）機(jī)械輸送 通常多用于固體物料的輸送。常用的輸

103、送機(jī)械有皮帶輸送器、螺旋輸送器和斗式提升機(jī)。前兩種多用于水平方向輸送，后者多用于垂直方向輸送。</p><p>　　2）氣流輸送 也稱風(fēng)送或氣力輸送。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中原料粉碎采用風(fēng)選風(fēng)送工藝，除掉了原料中的沙、石雜質(zhì)，提高了設(shè)備粉碎能力。</p><p><b>　　3.2液化和糖化</b></p><p&g

104、t;　　用于乙醇生產(chǎn)的酵母，不能直接利用淀粉進(jìn)行乙醇發(fā)酵，淀粉必須水解成糖類利用。此外，淀粉因受到植物細(xì)胞壁的保護(hù)作用，細(xì)胞內(nèi)的淀粉顆粒不易受到淀粉酶系統(tǒng)的作用，同時(shí)糖化酶對不溶解狀態(tài)淀粉的糖化作用又非常弱，所以，淀粉原料在經(jīng)過前述的與處理后，需要進(jìn)一步液化和糖化后，才能使淀粉從細(xì)胞中游離并轉(zhuǎn)化成糖類，以保證乙醇發(fā)酵的順利進(jìn)行。</p><p><b>　　3.2.1液化</b></p

105、><p>　　木薯淀粉中含直鏈淀粉17％，支鏈淀粉83％ ，淀粉漿的液化是將淀粉鏈打斷，淀粉的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)被破壞，從而使淀粉漿的粘度降低，使淀粉水解為糖和糊精[11]。傳統(tǒng)的液化工藝采用高溫高壓蒸煮法。原料和水混均后，于130℃下進(jìn)行高溫高壓處理。隨著酶工程的發(fā)展，傳統(tǒng)的高壓高溫蒸煮逐漸被取代，液化可分為有蒸煮方式和無蒸煮方式，現(xiàn)在的有蒸煮液化方式與傳統(tǒng)的高溫高壓蒸煮液化方式有著本質(zhì)的不同，它是建立在酶制劑技術(shù)上的一種液

106、化方式。液化過程中廣泛使用液化酶(α-淀粉酶)對原料進(jìn)行液化處理。</p><p>　　-淀粉酶可將淀粉長鏈從內(nèi)部分裂成若干短鏈的糊精，所以，也稱內(nèi)切淀粉酶。-淀粉酶水解直鏈淀粉分子，最后階段的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖；水解支鏈淀粉分子，最后階段的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和少量的界限糊精。淀粉受到-淀粉酶作用后，遇碘呈色反應(yīng)，表現(xiàn)為如下規(guī)律。</p><p>　　藍(lán) → 紫 → 紅 →

107、淺紅 → 不顯色（碘原色）</p><p>　　淀粉液化是糖化的前提。工業(yè)生產(chǎn)中一般根據(jù)使用-淀粉酶的不同，液化的工藝條件會(huì)略有不同。使用耐高溫-淀粉酶，采用95℃的處理溫度，使用普通-淀粉酶，采用85℃的處理溫度。采用高溫液化可以提高酶反應(yīng)速度，但溫度高于酶的最適作用溫度時(shí)，酶活力損失加快。此外，生產(chǎn)中有時(shí)也添加CaCl2或CaSO4，Ca2+的存在有助于提高酶對熱的穩(wěn)定性，一般Ca2+濃度控制在0.01mol

108、/L左右。-淀粉酶的用量一般為每克淀粉使用2～10U，含單寧多的原料用量可適當(dāng)增大。液化時(shí)間，一般控制在45～90min，薯類淀粉較谷類淀粉更容易水解些。淀粉液化不需要進(jìn)行的非常的徹底，一般控制淀粉水解程度在葡萄糖值為10～20之間較好，液化的終點(diǎn)常以碘液顯色控制。</p><p>　　噴射液化是目前使用最廣泛的液化工藝，它是利用低壓蒸汽噴射器來完成淀粉的液化。淀粉在-淀粉酶的水解作用和噴射發(fā)生地剪切作用下，能很

109、快地將淀粉液化。噴射液化連續(xù)液化、操作穩(wěn)定、液化均勻、淀粉利用率高等優(yōu)點(diǎn)，此外對蒸汽壓力要求低，且不易堵塞，無震動(dòng)。其流程如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 噴射液化流程圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用罐式連續(xù)蒸煮工藝蒸煮過程使用直接蒸汽加熱，在后熟和汽液分離器減壓蒸發(fā)、冷卻降溫。</p><p><b>　　3.2.2糖化</b>

110、;</p><p>　　經(jīng)過液化后的淀粉繼續(xù)進(jìn)行糖化，將短的淀粉鏈即糊精轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖，糖化分前糖化階段和后糖化階段，因?yàn)樘腔^程的時(shí)間限制，不可能將全部的淀粉轉(zhuǎn)化為糖，所以在發(fā)酵過程中還存在糖化過程，稱為后糖化[11]。糖化是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)變化過程，受糖化酶添加量、時(shí)間、溫度等多種因素的影響。糖化酶在木薯酒精發(fā)酵中有很大的作用，它將木薯中的淀粉分解成可發(fā)酵性糖，以利于酵母酒精發(fā)酵。糖化酶的用量對酒精發(fā)酵有

111、很大的影響，糖化酶的用量太少，會(huì)造成發(fā)酵不徹底；糖化酶太多，則增加了生產(chǎn)成本。糖化的效果不僅取決于糖化酶的添加量，而且與糖化時(shí)間有很大的關(guān)系，糖化時(shí)間不足，造成糖化不完全，不利于提高原料出酒率；糖化時(shí)間過長，會(huì)延長生產(chǎn)周期,降低設(shè)備的利用率。糖化的溫度的高低對糖化也有一定的影響。酶的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，反應(yīng)溫度高于適宜溫度時(shí)，酶蛋白會(huì)逐漸產(chǎn)生變性而作用減弱，甚至喪失其催化活性，溫度過低于適宜溫度容易染菌，所以糖化溫度的控制是非常重要的。從

112、歷年來，木薯酒精發(fā)酵的研究資料來看，糖化酶添加量一般控制在100-200u/g原料，糖化階段的溫度在58-62℃，糖化酶最適pH為4.2～5.0，乙醇生產(chǎn)過程，糖化醪的</p><p>　　糖化的方式可分為間歇糖化和連續(xù)糖化。本設(shè)計(jì)采用連續(xù)糖化工藝，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)操作的連續(xù)性，即降低了蒸汽消耗，又降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p><b>　　3.3乙醇發(fā)酵</b>&