畢業(yè)設(shè)計(jì)--發(fā)酵法年產(chǎn)5萬(wàn)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(wàn)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(wàn)噸乙醇的工藝設(shè)計(jì)</p><p>　　[摘 要]：乙醇的生產(chǎn)過(guò)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(guò)程。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(jiǎn)介8</p><p>　　2.1.2木薯原料的優(yōu)勢(shì)8</p><p>　　2.1.3乙醇市場(chǎng)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(zhǎng)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(guò)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(cāng)庫(kù)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(shuō)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(jiǎn)式為CH3CH2OH，相對(duì)分子質(zhì)量為46。乙醇既是食品、化工、醫(yī)藥、染料、國(guó)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(wú)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(duì)密度(水=1)：0.79相對(duì)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(duì)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(guò)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(guò)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(duì)大腦有興奮作用，數(shù)量較大則有麻醉作用，大量乙醇對(duì)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(wú)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(guó)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(zhǎng)所消耗的二氧化碳, 在數(shù)量上基本持平,這對(duì)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(guó)《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(guó)將生產(chǎn)600萬(wàn)噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇500萬(wàn)噸，生物柴油100萬(wàn)噸；到2020年，

35、生產(chǎn)2000萬(wàn)噸生物液態(tài)燃料，其中燃料乙醇1500萬(wàn)噸。如果完全用玉米來(lái)生產(chǎn)，按照1：3.3比例計(jì)算，2010年對(duì)玉米的需求將達(dá)到1650萬(wàn)噸，2020年將達(dá)到4950萬(wàn)噸，加上其他工業(yè)消費(fèi)對(duì)玉米需求的增長(zhǎng)，未來(lái)我國(guó)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(guó)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(guó)家的糧食安全，為此，2006年起國(guó)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(kāi)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(guó)成立前，我國(guó)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(kāi)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(kāi)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(guó)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(lái)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(lái)，我國(guó)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(guò)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制訂和實(shí)施，我國(guó)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(guó)乙醇產(chǎn)品無(wú)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(guó)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(guó)乙醇工業(yè)有了全國(guó)統(tǒng)一的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　現(xiàn)今，我國(guó)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(duì)食用乙醇國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB13043-89）組織進(jìn)行修訂，以使其進(jìn)一步和國(guó)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(guó)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(zhǎng)足發(fā)展</p><p>　　過(guò)去，糟液除略行簡(jiǎn)單過(guò)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(duì)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(duì)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(lái)南陽(yáng)乙醇總廠開(kāi)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(lái)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(guó)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)源十分廣泛，我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，大力開(kāi)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(wú)論從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)

54、角度來(lái)看，溫度提高對(duì)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(guò)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(guò)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>　?、匍g歇發(fā)酵 間歇發(fā)酵也稱單罐發(fā)酵，發(fā)酵的全過(guò)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(jiǎn)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(zhǎng)，初始生長(zhǎng)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(guò)長(zhǎng)否則可能造成原料發(fā)酵不徹底，成熟醪殘?zhí)沁^(guò)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(lái)定，一般應(yīng)控制在6-8h內(nèi)加滿幾個(gè)發(fā)酵罐。流加過(guò)慢，會(huì)延長(zhǎng)滿灌時(shí)間，還可能造成發(fā)酵物質(zhì)的損失。流加過(guò)快，則會(huì)造成發(fā)酵醪中酵母密度小，對(duì)雜菌無(wú)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(lái)，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(guò)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(kāi)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(guò)程中，發(fā)酵罐中的培養(yǎng)液始終不斷更新，因此，發(fā)酵過(guò)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(guò)程的輔助時(shí)間較長(zhǎng)，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(wèn)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(guò)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(jiàn)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(kāi)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(kāi)始流入最后一個(gè)發(fā)酵罐，當(dāng)這只罐充滿時(shí)，原來(lái)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(kāi)始進(jìn)行。</p><p>　　順式連續(xù)發(fā)酵法。該法發(fā)酵開(kāi)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(yíng)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(kāi)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(kāi)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>　?、诎脒B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>　　③連續(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(lái)有兩種基本流程

71、，即：?jiǎn)螡舛攘骷舆B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(duì)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(duì)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(guò)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(jiǎn)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(guò)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(guò)分離器內(nèi)的過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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>　?、诿杆庖掖及l(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(jiǎn)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(duì)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)慕湍福w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(kāi)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(guò)的纖維素放在同一個(gè)反應(yīng)器中處理，進(jìn)一步簡(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長(zhǎng)的作物。我國(guó)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?、很有前途的乙醇生產(chǎn)的可再生資源。近年來(lái)，隨著木薯原料用于生產(chǎn)乙醇逐漸受到人們的重視，國(guó)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(shì)</p><p>　　國(guó)外研究機(jī)構(gòu)比較過(guò)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(kāi)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(wú)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(chǎng)分析   </p><p>　　乙醇工業(yè)在國(guó)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(lái)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(guò)濾除雜后，用粗制

86、復(fù)合酶重新水解，作為營(yíng)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(wú)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(guó)的國(guó)情和西部大開(kāi)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(guó)環(huán)境的明顯惡化，國(guó)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(wèn)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(méi)有利用完全的還原糖，而且含有不少糖化過(guò)程殘留的大量殘余總糖，甚至含有大量酵母生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。目前幾乎所有的發(fā)酵行業(yè)對(duì)酒糟只是簡(jiǎn)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(duì)環(huán)境造成污染?？梢詫?duì)酒糟水解重新利用，酒糟過(guò)濾除雜后，用粗制復(fù)合酶重新水解，作為營(yíng)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(duì)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(jiàn)

89、來(lái)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)家的糧食安全，為此，2006年起國(guó)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(kāi)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(guó)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(duì)完善；而纖維素乙醇在我國(guó)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(duì)土質(zhì)要求不高，是可在任何土質(zhì)中生長(zhǎng)的作物。我國(guó)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(lái)，隨著木薯原料用于生產(chǎn)酒精逐漸受到人們的重視，國(guó)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(guò)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(méi)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(mén)、管道、泵和關(guān)鍵設(shè)備，使生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(kāi)孔率越大，篩選效率越高，但開(kāi)孔率過(guò)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(kāi)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，取（為物料最大直徑）；</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(jiàn)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(guò)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(guó)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(guò)粗碎，把大塊原料初步打碎成小塊原料，再經(jīng)過(guò)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(duì)堅(jiān)硬、難粉碎的物料進(jìn)行加工，包括對(duì)塑料、樹(shù)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(duì)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(jiǎn)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(zhǎng)×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(duì)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(guò)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(wú)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(guò)程中廣泛使用液化酶(α-淀粉酶)對(duì)原料進(jìn)行液化處理。</p><p>　　-淀粉酶可將淀粉長(zhǎng)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(duì)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(lái)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(duì)蒸汽壓力要求低，且不易堵塞，無(wú)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(guò)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(guò)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^(guò)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(guò)程中還存在糖化過(guò)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(guò)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(duì)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(guò)長(zhǎng)，會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,降低設(shè)備的利用率。糖化的溫度的高低對(duì)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(guò)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(lái)，木薯酒精發(fā)酵的研究資料來(lái)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(guò)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>&