毕业设计说明书作 者： 学 号： 院 系: 专 业: 题 目：年产12万吨食用酒精工厂的设计 设计重点:双酶法液糖化 指导者： 评阅者： 2012 年 ６ 月 吉 林- 60 - / 66摘 要本设计为年产12万吨酒精工厂的设计.依据要求选择以玉米为原料,耐高温α－淀粉酶作为液化酶；β－淀粉酶作为糖化酶；安琪牌高温酒精活性干酵母作为酵母菌在工艺上的选择有双酶法液糖化工艺，目的是将淀粉变成可发酵性糖，经过细胞内酒化酶的作用生成酒精与CO2,再通过细胞膜将这些产物排出体外所需的工艺［2］指标有加水比１:3．5，拌料罐内ｐH值6．5，液化温度９0～10０℃，糖化醪pＨ值4.0~45，糖化温度6０～65℃，糖化时间1.５ h等五塔压差蒸馏工艺，分子筛工艺,通过物料衡算、设备选型计算、水电气耗的计算等合理优化设计生产工艺过程.关键词：酒精 玉米 粉碎 双酶法液糖化 发酵 蒸馏AbｓtractThｅ ｄesiｇn for tｈｅ dｅsign of aｎ aｎnuaｌ outpuｔ of １20，000 tｏｎs ｏf ｅtｈanｏｌ plants． Aｃcｏｒding to ｔhe asked tｏ seleｃｔ from ｃorｎ, thｅrｍoｓtaｂle a-ａｍyｌase ａs amylaｓe； β-amylａsｅ， glucｏａmylasｅ; Ａngel ｂｒanｄ hｉgｈ ｔeｍperature alｃohol aｃtiｖe dry ｙeast as ｔhe yｅast。
Choiｃe ｉn the tｅchnologｙ sｏlutiｏn wiｔh duaｌ enzymａtic sacｃhａrｉfｉcaｔiｏn procｅｓs， ｔhｅ ｓｔａrcｈ into fｅrｍeｎtａble sugaｒ, alcohol and CO2, ａfｔeｒ ｌiquor rｏle of ｅnzymes wiｔhiｎ the cells generateｄ ａnd excreｔed thｒough the cｅｌl ｍembranｅ. Add ｗatｅr reqｕiｒed ｆor prｏcｅｓs ｉnｄicators thaｎ １:３.5 ｔｈe sｐicｅｓ tank ｐH ｏf 6．５, thｅ lｉｑuｅfaｃtiｏｎ temperatｕrｅ of ９0 ｔo 1０0 ° C， maｓh ｐＨ of 40 to ４５， sacchariｆiｃation temperaｔure of 60 ～ ６5 ° C for 1．５ ｈ sacchaｒｉfiｃation ｔimｅ. Ｔhｅ fｉve－towｅr difｆerentiaｌ pressure diｓtillａtion ｐｒｏｃess， tｈｅ molecular siｅve prｏcｅｓs, by ｍaterｉａl baｌance, ｅquｉpmenｔ selecｔion, ｃａｌcuｌaｔｉon, waｔer， electrｉｃ ｐowｅr ｃｏnsumptiｏn caｌculａｔion ｏptimized desｉgｎ and productiｏn ｐｒocesｓ.Key woｒds：Alｃohｏl Coｒn crushed Dual enzyｍatic ｌiquiｄ glyｃoｓylaｔed Feｒｍent Disｔｉllaｔｉon目 录摘 要 IAｂstraｃtﻩIＩ目 录 III第1章 绪论ﻩ- ５ -1．１ 酒精的主要性质 － 5 -1.２ 酒精的应用ﻩ- 5 －1.３ 我国酒精工业的发展史ﻩ- ５ －1。
4 世界酒精工业的发展史 — 6 －15酒精工业的发展趋势 － ７ -第２章 设计概论ﻩ— ８ —2．1 设计的目的 — ８ －2．2 设计的任务 - 8 —23 设计的指导思想ﻩ— 8 —2.4废水处理 － ９ －２.41酒精废水ﻩ－ 9 －2．4．2 环保措施CO2的回收利用ﻩ— 10 -2．４．3 杂醇油的回收利用ﻩ- 1１ —第3章 规模及产品规格 — １2 —3１主要原辅料ﻩ- 12 —3．2原辅料的规格及质量标准ﻩ— 12 －33 水的质量标准ﻩ— 13 －第４章 工艺设计 － １6 -4１淀粉质原料酒精生产的总工艺流程ﻩ- １6 —４．2总工艺流程说明 — 1７ —４.２.1原料预处理 － 17 －4．22原料的蒸煮 - 17 -４．23糖化 － １8 —4.2．4酒母ﻩ－ 1９ —４.25发酵 - １９ -４２.6蒸馏 — 20 －４.3双酶法液糖化 - ２1 —４１ 主要原辅料及工艺参数ﻩ- 2１ -4．3２ 双酶法玉米酒精生产工艺流程 — ２2 -4．33 双酶法玉米酒精生产工艺流程说明 - 22 —4.3.4 双酶法酒精生产工艺特点：ﻩ— ２3 －第５章 物料衡算ﻩ- ２4 －5．1 基础数据 — 24 －5。
２原辅料消耗计算（以生产１0０0ｋg国标食用酒精为例）ﻩ— 25 －5.2.1原料计算 － ２５ —52.2辅料计算 - 26 —５．３ 蒸煮醪量计算 — 26 -5．4糖化醪与发酵醪量计算 — 27 —5．5 蒸馏醪液与成品计算 － 28 —５.6 耗水量的计算ﻩ－ 29 —５．７ 蒸汽消耗量的计算 - ３０ —5８ 根据要求实际原料耗算一览表 - 3０ —第６章设备的选型及计算 — ３３ —6.1 气流输送装置的选型计算ﻩ- ３３ －62 粉浆罐 — 35 —6.3发酵罐ﻩ- ３6 -6.４酒母罐 — 36 -65搅拌器 — 3７ —66 酒精蒸馏设备及计算 － 37 -6.6.1 蒸馏塔的设计 — 37 -6.62塔径的计算ﻩ－ 41 -6６．3塔负荷的确定ﻩ- 44 —66．4 袍罩的设计 - 45 —６.6.5 溢流装置的设计 — 46 -6．6．6 塔板数的确定ﻩ— 4７ －6.6.7 塔板的溢流装置和流体力学计算ﻩ— 48 －68 塔的有效操作范围与安全操作范围 — ５1 —第7章 重点工段的设计与计算ﻩ- ５４ －7.1蒸煮锅和后熟器 - 5４ －７.２糖化罐 — 56 —7。
３连续液糖化设备的计算ﻩ- 57 —第８章全厂总体平面设计 — 62 -８.１ 厂址的选择的基本原则ﻩ- ６2 -82 总体平面设计的要求ﻩ－ 6２ －８3 全厂总平面设计 - 63 -结束语 — 64 —参考文献ﻩ— 65 －致 谢 - 6６ －第1章 绪论11 酒精的主要性质酒精是一种无色透明、易挥发、易燃烧，不导电的液体［1]有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘学名是乙醇，分子式C２Ｈ5OH，(酒精燃烧C2H５OＨ＋3O2＝2ＣＯ２+３Ｈ２O)因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.7893(20/4°），相对分子质量46０７，相对密度0．７８９3,凝固点－1173℃,沸点78２℃,闪点１4℃能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶有吸湿性，自燃点3９0～４３0℃,乙醇蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，爆炸极限为3３%~1９％（Ｖ）1．２ 酒精的应用酒精广泛地应用于国民经济的许多部门［２]:在食品工业中，酒精是配置各类白酒、果酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料;它也是许多化工产品不可缺少的基础原料和溶剂，利用酒精可以制造合成橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、酯类、环氧乙烷、氯乙醇、二氯乙烷和乙基苯等大量化工产品;它是生产油漆和化装品不可缺少的溶剂；在医药[5］工业和医疗事业中,酒精用来配制、提取医药制剂和作为消毒剂；燃料生产，国防工业等其他工业部门也需要大量的酒精。
酒精工业与其它工业相比具有投资少、见效快的特点,而且生产工艺简单、稳定，不易造成原料浪费可以利用农副产品、野生植物等再生资源进行酒精生产随着社会的进步和人民生活水平的提高，市场对酒精产品的需求也逐步提高，而从国际上酒精消费的格局来分析,酒精作为替代能源将是生物发酵法酒精最大的潜在市场3 我国酒精工业的发展史酒精生产是在酿酒的基础上发展起来的［3］，我国劳动人民早在400０多年前就会酿酒但是由于当时的生产技术水平和认识水平的局限性，使酒精生产受到限制.直到１902年，我国酒精工业才开始起步当时在福建省建立了一间以甘薯干为原料的生产酒精工厂到了１93４年中国酒精厂在上海建成，该厂主要以甘蔗糖蜜和甘薯干为原料生产酒精酒精不仅可作为一种燃料，更是一种战略物资，世界上2／3的酒精被用作燃料发展酒精不仅可以促进农业的可持续发展,并且可以作为清洁能源代替汽油或汽油添加剂，减少工业大气污染,保护环境，同时也可缓解原油进口的压力.中国的酒精工业［4］始于1900年黑龙江省哈尔滨市，虽经1９０0～1949年约5０年的演变和设备技术的发展,但全国酒精总产量还不到一万吨１94９～２0００年，中国的酒精产量迅速增长到3０0万吨，跃居世界第三位。
新中国成立后，历经5０年的发展初步形成了企业生产,工程设计，科学研究，人才培养，设备制造,综合利用，环境保护，标准制定，检验检测,成品运输，产品销售第一个完整的酒精工业体系中国现有发酵法酒精生产能力已达5０0万吨，其中年产5万吨以上的企业10家，3万吨级的企业２０家，1万吨级的企业50家中国酒精产业虽然有专业厂200家,设有酒精车间的企业500家,总体上看,生产规模小，生产技术落后的小型酒精企业的数量还很多自1989年中国安徽特级酒精厂［５]从法国Speicｈim公司引进六塔差压蒸馏全套设备和技术投产后,我国酒精质量上了一个新台阶1９96年黑龙江华润酒精有限公司年产２4万吨优质食用酒精生产线的投产标志着中国酒精行业初步完成了引进和消化现代国外大型酒精生产技术中国政府在200０年决定将燃料酒精开发生产使用列入第一个五年计划，标志着中国酒精产业还要上一个大台阶,２003年吉林（一起年产30万吨）大型燃料酒精企业的投产说明中国酒精生产能力已接近世界先进水平河南、安徽、黑龙江等省燃料酒精企业也已相继投产，为2008年北京举办奥运会提供绿色环保燃料打下基础１．４ 世界酒精工业的发展史2003年世界产酒精302万吨［6]，2004年产3４2万吨，预计2005年产40５7万吨,20１0年达到5６80万吨；其中燃料乙醇产量以每年5～10％的速度增长,2０04年产256３万吨，预计200５年产31０8万吨，２010年达到470０万吨.目前[7］,全球酒精年产量约252５万吨（3．２×1０１0L），其中美国和巴西的酒精产量占全球总产量的６6％。
到２005年全球总产量将增至3394万吨增长部分全部来自燃料酒精美国、巴西、中国、俄罗斯是世界酒精生产大国2001年中国酒精总产量已居世界第三位.巴西，预计其产量增长11 以上,而美国产量增长１6，令人眩目，超过110亿升这两个国家把其它国家远远地抛在了后面.例如在欧盟,酒精产量增长不到5.亚洲的产量增长与欧盟差不多，而非洲和大洋洲的产量增长不到4％全世界范围内燃料酒精的巨大利益似乎在改变着酒精国际贸易的方式新的还没达标的地区将出现越来越多的国家试图达到京都协议的要求即通过增加燃料酒精的使用这将是许多发展中国家的一个机遇,在这些国家，甘蔗酒精可以很低的成本生产燃料酒精生产的波涛也将影响到传统的酒精市场对从可更新能源生产酒精的支持,有可能给合成酒精的生产者提出挑战另一方面，酒精消费者也许会从低价酒精中获益,因为大企业可能会增加开发的经济规模和经济模式.巴西主要以甘蔗汁生产燃料乙醇，2００4年出口酒精124４万吨［8］是世界最大的酒精输出国,占世界贸易量的３0％，主要出口到美国、印度等国.美国主要以玉米为原料生产燃料乙醇，2004年产酒精１1３１万吨，2005年产酒精1300万吨,2006年将成为世界最大的酒精生产国。
印度年产酒精162万吨,未来拟将产量扩大到占世界产量的１0％日本酒精年需求量为45万吨,其中21万吨用于食用，24万吨用于工业,自产7万吨， 其余的依靠进口，2004年从中国进口数量不大，主要从巴西进口(近年来,中国酒精的价格在与世界接轨，考虑到运距的问题,我国的酒精将具有较好的竞争力）目前,我国逐步在汽油中添加１0%的燃料乙醇,和下一步将在柴油中添加5％的燃料乙醇,到２00８年对燃料乙醇的需求将达到４06～56８万吨每年韩国酒精年需求量为2４万吨，其中50％依靠进口.１．５酒精工业的发展趋势我国酒精生产以发酵法为主,大多数工厂是采用薯干和玉米为原料［9]为了进一步提高酒精生产水平，各国的工程技术人员都在研究新型的酒精发酵方法，如目前已在工业生产上应用的固定化细胞酒精发酵法，耐高温活性干酵母发酵法等新的发酵工艺在设备方面也有不少新型生物反应器出现，如单罐连续搅拌反应器、酵母回用连续搅拌反应器、塔式反应器、细胞固定化反应器等酒精蒸馏工艺也在不断改进和完善进一步改造了蒸馏塔板结构，并研究新的蒸馏工艺目前研究较多的蒸馏工艺有高效节能的差压式蒸馏，膜分离酒精等随着乙醇传感器和微机控制系统的应用，酒精工业的生产水平将有新的突破.第２章 设计概论２.1 设计的目的通过毕业设计使我们在深入理解学过的专业理论知识的基础上，理论联系实际,熟悉酒精生产的工艺过程，树立正确的指导思想,选择合理的工艺流程和工艺条件，能独立进行物料衡算和设备的计算及选型，培养学生查阅文献资料,独立编写设计文件,熟练使用CAD软件绘图的能力,提高学生综合分析和解决生产实际问题的能力。
为学生今后走上工作岗位打下良好的基础.2.2 设计的任务（１）以玉米为主要淀粉原料,采用发酵的方法生产酒精.生产规模为1２万吨/年，生产中不能有次级酒精产品,全部为国标普通级食用酒精２)确定生产中原料、辅料消耗量及副产品生产量.并根据物料衡算结果，初步选择生产设备，绘制带控制点工艺流程图(3)根据厂区总平面布置的基本原则,在自己设定的厂区平面上,将酒精生产的各个车间(包括辅助车间）合理的布置在厂区平面上４）根据初步设计阶段设备布置的基本原则,进行蒸煮糖化车间设备布置设计２．３ 设计的指导思想（１）在工艺上的选择和设备的选用上为确保工艺稳定、可靠和产品质量，部分采用了传统式,同时进行了革新改造，引进了一部分国外较先进的技术和设备２）设计中考虑尽量降低操作费用及啤酒的单耗量，使其具有上马快、收效大的特点3） 设计考虑到酒精厂今后的发展趋势（如增加品种、扩大产量等），在建筑和平面布置上及设备选取上,都留有适当的余地,同时又不致于造成现有设备、场地的太大浪费4） 设计考虑到工人劳动条件的改善及劳动强度的降低,采用了一些新工艺、新设备，同时又确保酒精质量5） 考虑到酒精厂的环境,进行了污水处理、CO２回收等综合利用,不但改善了环境污染，同时增加工厂的收入.(6） 设计采用部分自动化仪表控制，使本厂在机械化、自动化水平上与国外先进水平差距缩短了。
24废水处理2.4１酒精废水酒精废水是一种高浓度有机废水，是我国排放有机污染物浓度最高、造成水环境污染严重的第二大轻工废水.若直接将这些废水排放,将会对周围环境造成严重污染酒精废水中的渣就是酒精生产原料中的粗纤维［10］，半纤维素等多糖类物质.这类物质在酒精生产过程中，虽也同样经历了液化、蒸煮、糖化工艺单元处理,但由于纤维素必须经过酸解或纤维素酶水解，才能由多糖转化为单糖,所以在酒精发酵中不能被酵母菌所利用，在蒸馏单元随废水排出这种“渣”在废水中即表现为COD又表现为SＳ根据我们在酒精污水多项治理工程中的测定,渣占COD总量的２5～30%由于渣在废水中需经特殊处理，才能把多糖的纤维素转化为厌氧菌所能直接利用单糖类物质，所以酒精废水中常用的一种治理方法就是去渣厌氧去渣是通过固液分离的预处理手段,使酒精废水在进入生化处理系统前，把渣去掉以降低废水中的COD浓度有机废水经厌氧处理后,出水的B/C会降低[11]，出水可生化性较原污水差采用一般的好氧生物处理方法（活性污泥法和生物膜法），处理厌氧出水，其去除率约只有60%,而处理同等浓度的原有污水，CＯＤ可达到80％尽管采用生物膜法处理效果可能会好一些，但难以适应BOＤ5大于25０ｍg/Ｌ的来水。
近年来开发了一些处理此类废水（进水浓度较高,可生化性较差,不易降解）的工艺技术，如ＡB工艺、延时曝气法（OＤ工艺)、SBR、塔式生物过滤池法、高负荷生物接触氧化法等这些先进的工艺技术均能对不易降解的有机污染物有较好的处理效果废水经厌氧好氧工艺处理后再经过深度处理，提高处理后的废水水质、达到符合中水标准,可用于生产拌料、生产设备冷却水、补充水及厂区草坪和树木灌溉以及厕所冲洗、厂区卫生清洁用水，达到水资源综合利用，降低吨酒精新鲜水耗.对食用酒精要求的12项检测指标中［12]，有甲醇、杂醇油、氧化时间、硫酸试验等4项指标不易达到归结起来，主要是甲醇、杂醇油、醛类在生产中比较难以排除甲醇对人体毒害大，含量控制越少越好甲醇是由果胶质在果胶酶、高温及酸作用下分解而成果胶质是植物细胞壁的组成成份.生产酒精的原料不同，果胶质的含量不同薯类果胶质含量高,在蒸煮120℃以上时剧烈水解分解生成甲醇和果胶酸蒸煮时间愈长,压力、温度愈高，生成量愈多.据资料介绍，薯干蒸煮醪中含甲醇０.０008%~０．0０１６%,蒸煮废汽液中,甲醇含量在020g/100ml我们在沙城酒精厂测定，薯干蒸煮醪中甲醇含量平均为０00１4ｇ/100ｍl。
与此同时，由聚戊糖所组成的半纤维素及龙葵贰，也能形成甲基戊糖，进而水解生成少量甲醇其生成量随蒸煮压力和时间的增加而增长.醛类主要是乙醛，乙醛有较大的挥发系数和较低的沸点[13]，它是导致氧化时间长短变化最灵敏的一种物质乙醛的产生与发酵酸败有关,生产工艺上要控制杂菌感染根据生产实践，在发酵醒预热之后，进粗塔之前，加一个旋风分离器,可脱去糖化、发酵产生的部分甲醇等杂质,效果比较明显发酵醒预热到7０℃后，温度越高，醒液中气体溶解量越小,再进行脱气,便于杂质的排除另外排出二氧化碳等不凝气体，也提高了粗塔的效率.在发酵过程中向发酵醪中补加氮源，选用优良的酵母菌种，控制较低温度发酵，相应缩短发酵时间,蒸煮时采用较低压力等,都对减少杂醇油有利同时注意不用霉烂变质或低劣的淀粉质原料生产，因这类原料会使发酵醒中乙醛含量增加，还会产生甲醛、丙醛、丙烯醛、丁烯醛等杂质，缩短了氧化时间２ 环保措施CO2的回收利用来自发酵罐回收的CO2 →除沫器 →水洗塔1→KMｎO4洗涤塔→水洗塔2→→储气囊 回流 ↓ ↓ ↓二级压缩机→活性碳吸附塔→分子筛干燥塔→蒸馏塔→冷凝器→制冷机 ↓ ↓ 成品CO2 不凝气体排空图2—1 CO2低温低压液化工艺流程CO2是含碳化合物氧化反应的最终产物［14］,广泛存在于大气海洋中，可以说是取之不尽,用之不竭的碳源。
CO2又是一种公害物质，它是温室效应的主要贡献者CO２的液化过程的实质就是对CＯ２气体同时进行加压和冷却使其迅速液化根据CO2的不同温度下具有不同饱和蒸汽压得性质，可将温度和压力这两个状态函数之一处于常态下，而强化另一个状态函数以使CO２液化过程在工业中容易实现，这就是目前低温低压回收ＣＯ２和常温高压回收CO2的两种工艺ＣO2在常温常压是无色无嗅气体，由于它在常温下加压即可液化或固化，安全无毒，使用方便．因此用量逐年增加，应用范围不断扩大可用作:烟丝膨胀剂；萃取溶剂;饮料添加剂；果蔬、肉类保鲜剂;发泡剂；石油开采；植物气肥；焊接保护气体；灭火;制冷；生产无机化工产品；生产有机化工产品；合成有机高分子化合物CO2是含碳化合物氧化反应的最终产物［1５］,广泛存在于大气海洋中，可以说是取之不尽,用之不竭的碳源CO２又是一种公害物质，它是温室效应的主要贡献者.降低CO２的排放量和开展对CO2的综合回收利用,是保护我们赖以生存的地球环境的一件不刻不容缓的大事.不少国家和地区，日本、瑞典等欧共体国家,都采取了限制CＯ2的排放的措施和征收CO2排放税.目前，世界上不少国家对CＯ２的回收利用深为关切.CO2已在化学工业、石油开采、机械工业、食品工业等领域有广泛的应用，特别是在食品在冷藏、保鲜中具有潜在的优越性。
工业生产排放的ＣO2气,其浓度常常较低或含有其他杂质, 所以在其回收利用中, 首先碰到的是CＯ2的浓缩问题4．３ 杂醇油的回收利用杂醇油是饮料酒芳香成份之一但含量稍高时有恶劣臭味和辣苦涩味，饮后使人头痛，对人体有害[１6］.杂醇油产生于酒精发酵原料中蛋白质分解和酵母菌体蛋白质水解，生成的氮基酸进一步分解放出氨生成醇 .由于发酵醒中含有多种氮基酸，进而生成多种醇—杂醇油主要成份是异戊醇、异丁醇、正丙醇、戊醇等杂醇油组成的分离过程是一个液液萃取过程.酒精被水萃取,水是萃取剂向杂醇油液体中加水会导致混合分成两层,下层含水和酒精,称萃取相；上层主要含杂醇油，称萃余相.第3章 规模及产品规格3．1主要原辅料原料：从生产工艺的角度来看，凡是含有可发酵性糖或可变为发酵性糖的物料,多都可以作为酒精生产的原料主要有玉米辅料:辅助原料是指糖化剂时用来补充氮源所需的原料［1７]，主要有麸皮、米糠、玉米粉等富含碳源和氮源的物质3.2原辅料的规格及质量标准表3-1 我国食用酒精国家标准GB10３43—2０0２理化指标项目单位特级 优级普通级外观_＿＿ 无色透明气味具有乙醇固有的香气,无异味无异臭口味纯净，微甜纯正,微甜较纯正 乙醇（20）%（体积)≥9６。
０９5．595.0氧化时间(１５°）Mｉn≥４030２0色度号≤1０ 10 10硫酸试验≤1０106０甲醇mｇ/Lmｇ/Lmg／Lmｇ/Lmg/Ｌmｇ/Lmg/Lmg/Ｌmg/Ｌ２50１50CH3CHＯ1330正丙醇2３５100 异戊醇+异丁醇123０ＣH３CＯＯH71020CH3ＣＯOC２H510１８２５不挥发物10202５Ｐb1 1 1HCN5 ５ 5表3-2 玉米的规格及标准成分 水分 淀粉 蛋白质 粗纤维 脂肪 灰分含量５~16％ 60～6５％ 8~1０% 13％ 3.1～5% １5％表3—３ 耐高温—淀粉酶的规格及标准最适ＰH值 最适作用温度Cａ2＋浓度 液化力 ５.4～5．8 90摄氏度以上5０～６0mg/kｇ≥12０KNU/g表３－4 活性干酵母的规格及标准杂质淀粉出酒率酵母活细胞率 保存率水分 重金属无异物≥48%≥８０％≥85％≥5.0％≥203.3 水的质量标准酒精厂是传统的用水大户,在酒精生产过程中实施节水,特别是结合工艺中的各用水特点,采用新设备、新技术，以达到节水的目的,对企业节能减排、增加效益有着重要的作用.酒精废水属超高浓度有机废水［18]，具有酸性高、含固量高、粘度大、COＤcr值高等特点，其中含有的大量悬浮物能长期稳定存在，很难自然沉淀,如直接排放不仅严重影响水体质量，且浪费很多有用物质，如何回收有用物质，使排放达标,经济效益、社会效益相统一,是目前酒精生产行业需要解决的问题。
在酒精厂里水的主要用途是:工艺过程用水，成品和半成品冷却用水，锅炉用水和各种洗涤用水工艺用水要求符合饮用水标准水的硬度不应超过7mEq，即中等硬度的水不符合要求的水要经过必要的处理才能应用.硬度过高的水不能用于酒精生产，因为所有的酒精生产工艺过程都是在弱酸性的条件下进行的(ｐH4．5～55）.冷却用水硬度也不能过高，否则容易引起设备和管道表面结垢，影响冷却效果锅炉用水应符合锅炉用水标准,硬度超标一定要进行软化处理表3—5 生活饮用水水质标准项目标准感官性状和 一般化学指标色度浑浊度气味pH 总硬度(以碳酸钙计)铁锰铜锌挥发酚类(以苯酚计）阴离子合成洗涤剂硫酸盐氯化物 溶解性总固体色度不超过15度并不得呈现其他异色 不超过3度，特殊情况不超过5度 不得有异臭、异味不得含有6.５~8.5450mg/L０.3mg/Ｌ01mg/Ｌ 10mg／L10mｇ/L 000２mg/Ｌ0．3mg/L2５0mｇ/L 250mg/L1０00mg/L毒理学指标氟化物 氰化物砷 硒 汞 镉铬（六价）铅银硝酸盐(以氮计）氯仿*苯并（a）芘滴滴涕六六六１.0mg／Ｌ0．０5ｍg/Ｌ 00５mg/L 0．0１mg/L0。
001mg／L0．０1mｇ/L0.05ｍg／L 0０5ｍｇ／L 0.05ｍｇ/L ２0ｍg/L60g/Ｌ0０１g／Ｌ1g／L5ｇ/Ｌ细菌学指标细菌总数 总细菌总数游离余氟100个/mＬ３个/L 在与水接触30０后应不低于０．3 mg／L集中式给水除出厂水应符合上述要求外,管网末梢水不应低于005 ｍg/L项目标准放射性指标总α放射性总β放射性０.1Bq/L1Bq/L表3-6 水的硬度分类水质类别硬度值碱性离子浓度（ｍmol／L H2O）较软水0～4.0０～1．４4软水41~8．0１４５～２.88中硬水８1~1２.02．89～42１较硬水12.1～18.04．3３~６．４8硬水18．１～30.０6.49～1０80极硬水≥31．0＞1０８1第4章 工艺设计41淀粉质原料酒精生产的总工艺流程 淀粉质原料 除杂粉碎 粉 料 加水调浆 粉 浆 加α-淀粉酶喷射液化 粉浆液化液 加入糖化酶糖化 取小部分加入酵母 糖 化 醪 酒母 加入酒精酵母进行酒精发酵 CO2 酒精发酵醪 蒸馏 其他产品或杂质 废 醪 酒 精 图4-1 淀粉原料酒精生产的总工艺流程淀粉质原料酒精生产的特点(１）淀粉是以淀粉颗粒的形式存在于原料的细胞之中，为了使淀粉能最终转化成酒精，首先要创造条件，使淀粉有可能从细胞中游离出来。
为此，原料要粉碎,以破坏植物细胞组织，便于淀粉的游离2）采用水热处理，使淀粉糊化－液化，并破坏细胞［３]，形成均一的醪液，使它能更 好地接受酶的作用并转化成为可发酵性糖所以，淀粉质原料粉碎以后要加水拌成浆液并进行加热处理多年来都是采用高压，高温的水—热处理方法,即高压蒸煮的方法；近年来低温常压的水—热处理方法,即低温蒸煮或80~85 °C液化法得到了广泛的推广和应用.本次试验要求为高压蒸煮,即４16k，５个大气压（表压）蒸煮3）糊化或液化淀粉只有在催化剂的作用下才能转成葡萄糖，这种催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类生物催化剂.目前国内外酒精生产上用的是淀粉酶系统淀粉酶系统主要是糊化酶（一般是细菌α-淀粉粉酶,因其更耐高温）和糖化酶，α-淀粉粉酶水解淀粉的产物主要是糊精，糖化酶则主要把糊精转化为可发酵的葡萄糖2总工艺流程说明从上述流程可见，淀粉质原料酒精生产是由原料预处理，原料的水-热处理(原料的蒸煮），糖化剂生产，糖化，酒母制备，发酵和蒸馏等工段组成的下面分别对上述诸工段作详细的介绍.４.2.１原料预处理（1）原料的的除杂淀粉原料中最常见的杂质有泥沙、石块和金属杂质三大类常用的除杂方法有筛选、风送除杂和电磁除铁三种。
2)原料的粉碎在酒精生产过程中,淀粉原料都应进行粉碎处理[１8］.投产前先把块状或粒装的原料磨碎成粉末状态原料经粉碎后,受热面积可增加,利于淀粉原料的吸水膨化糊化，从而提高热处理效率原料粉碎的方法:原料粉碎方法有干法和湿法粉碎两种①干法粉碎：干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺原料过磅称重后，进入输送带,电磁除铁后进行粗碎（原料颗粒应通过6~1０mｍ的筛孔）.常用的设备是轴向滚筒式粗碎机和锤式粉碎机粗碎后的物料在送去进行细粉碎(原料颗粒应通过1．2~15mm的筛孔）②湿式粉碎：粉碎时将搅拌用水与原料一起加到粉碎机种进行粉碎.4２．2原料的蒸煮玉米等淀粉质原料，吸水后在高温高压条件下进行蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂,由于吸水膨胀而破坏，使淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的作用，把淀粉水解成可发酵性糖.其次，由于原料表面附着大量的微生物,如果不将这些微生物杀死[１2]，会引起发酵过程的严重污染，使生产失败通过高温高压蒸煮后，对原料进行了灭菌作用在蒸煮过程中植物组织和细胞的变化过程如下:（1）预煮 在加温水投料浸泡和预煮时，原料吸水膨化，此时不仅淀粉膨化,纤维素也膨化，细胞间的物质(主要是果胶质)和细胞内的物质部分溶解,是，使植物组织的坚固性减弱。
为下一步蒸煮创造良好的条件.(2）蒸煮 在原料蒸煮过程中,当温度升高至120～135℃时，最初20~25min内,果胶质的溶解便可完成，淀粉和多聚戊糖的溶解也开始剧烈地进行果胶质的溶解对细胞壁的破裂有重要意义此后，当温度升高至１45～１50℃时，由于细胞壁的强度大为削弱，淀粉便从细胞内释出，直至蒸煮完毕为止3）后熟 在原料的蒸煮阶段，虽然原料不断软化，植物组织和细胞也有部分裂解,但大部分仍未失去原有的形态,只有经过一定时间的后熟,在吹醪时即醪液在蒸煮罐内吹出时,由于醪液通过蒸煮锅喷出口的狭缝，压力发生变化，产生蒸汽的绝热膨胀,使细胞破裂，植物组织才能完全碎解为了尽可能使原料细胞完全破裂而成为均一的醪液，在吹醪时醪液放出的速度应当快些但是如果吹醪速度太快，则醪液容易从糖化锅或后熟器中喷出3糖化淀粉质原料蒸煮以后得到的蒸煮液［14］,或者无蒸煮工艺的醪液中，淀粉变成了糊精，糊精不能直接被酵母菌利用发酵生成酒精糊化醪(进行液化过程后得到的溶液，也叫液化醪）在发酵前必须加入一定数量的糖化剂（麸曲、液体曲、糖化酶），使淀粉、糊精水解生成为酵母能发酵的糖类,同时糊化醪在进行糖化是应该先经过冷却器冷却降温，使糊化醪降温到接近６0℃，才能进入糖化罐。
再加入糖化酶与糊化醪混合就能进行糖化过程了淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化.糖化后的醪液称为糖化醪1）糖化的目的糖化的目的是将淀粉水解成可发酵性糖在糖化工序内不可能将全部淀粉都转化为糖,相当一部分淀粉和糊精要在发酵过程中进一步酶水解,并生成可发酵性糖后面这个过程早在酒精生成上称为“后糖化”，而前面的糖化工序则称为“前糖化”或简称“糖化"2）淀粉水解的基本原理淀粉质原料的糖化过程，就是把淀粉转变成葡萄糖在进行糖化的过程中,往往需要酸或酶作为糖化剂,因此工业上常采用的方法有酸法糖化和酶法糖化①酸解法 酸解法又称酸糖化法,它是以酸(无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法②酶解法 酶解法是用淀粉酶将淀粉水解为葡萄糖酶解法制葡萄糖可分为两步:第一步是α-淀粉酶将淀粉液转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加,这个过程称为“液化”第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖的过程在生产上称为“糖化”淀粉的“液化”和“糖化"都是在微生物酶的作用下进行的，故也称为双酶水解法③酸酶结合法 酸酶结合水解法是集酸法及酶法制糖的优点而形成的生产工艺根据原料淀粉性质又可分为酸酶水解法和酶酸水解法。
42.４酒母（1)酒精生产对酵母的要求①应具有较高的发酵能力,即能快速并完全地将糖分转化为酒精②繁殖速度快,即具有高的比生长速度.③具有高的耐酒精能力,即对本身代谢产物的稳定性高，因而可以进行浓醪发酵.④抵抗杂菌能力强,即对杂菌代谢产物的稳定性高,耐有机酸能力强⑤对培养基的适应性强，耐高温,耐盐,耐干物质浓度的性能强2)接种①接种与成熟久母细胞数的关系对于同一种酒母糖化醪，接种量过大,则新增酵母细胞数相应减少;接种量太小，因酵母世代数增加，新鲜强壮的酵母量也会相应的减少②接种量与培养时间的关系接种量变大，培养时间就缩短，工厂中如采用分割法培养小酒母或大酒母成熟时间以成倍缩短.③接种时间在繁殖旺盛期,醪液中酵母的增殖能力特别强,其生命活动也处于最旺盛的阶段,细胞总数也达到或接近最高峰，这时接种最有利于酵母的继续扩大培养,它能迅速地造成酵母优势，抑制杂菌的生长④酒母培养温度由于酒母培养期间会产生热量而使醪液温度升高，操作时要及时注意开冷却水冷却，以保证酵母菌健壮成长⑤通风培养久母在实际培养酒母时，往往用不停期的搅拌来适当地补充一点溶解氧，就能基本满足酵母生长的需要.如果工厂具备无菌空气，则也可以通２~3次风,每次１～2min，风量为每立方米酒母醪每小时通入2立方米无菌空气即可.⑥防止杂菌污染除了对原始菌种进行定期分离纯化外，在培养过程中要加强无菌管理和环境卫生工作，特别要注意酒母罐的情况和管道阀门的清洗和灭菌，要注意消除死角。
酒母车间应与其他车间隔开,避免污染５发酵淀粉质原料经过预处理、蒸煮和糖化等作用［18]，大部分淀粉转化成可发酵性糖可发酵性糖在酵母菌的作用下,转变为酒精和二氧化碳，获得酒精产品酒精发酵过程以外观现象可以将其分为如下3个发酵不同阶段：（1)前期发酵 在酒母与糖化醪加入发酵罐后，酵母细胞利用醪液中溶解的少量的氧和营养物质，迅速的进行繁殖,并达到一定的数量同时，醪液中的糊精继续被糖化酶作用生成糖分醪液温度控制，接种时为26~２8℃，前发酵期温度不超过3０℃.前发酵时间的长短取决于酵母的接种量及种酵母的菌龄，一般为6～8ｈ２）主发酵期 醪液中酵母细胞数达每毫升1亿个以上，酵母菌因氧气已消耗基本上停止繁殖，主要进行酒精发酵作用此阶段，醪液中糖分迅速下降,酒精逐渐增多,并产生大量二氧化碳发酵温度应控制在30~３４℃时间为10~１4h3）后发酵期 醪液中的糖分大部分已被酵母菌消耗掉,其中残存的糊精会继续被淀粉酶水解为糖，此水解作用的速度缓慢,发酵作用也十分缓慢.此时醪液温度应控制在30～3２℃后发酵一般约需60～72h左右2．6蒸馏发酵成熟醪的化学组成随原料种类、加工方法、菌种性能以及操作条件不同而变化。
化学组成一般为：含水82%~90%,酒精７％～11%,还含有醇、醛、酸、酯等挥发性物质，浸出物、无机盐、酵母泥和其他不挥发性物质以及夹杂物要得到高浓度和高纯度的酒精,就需要用蒸馏和精馏的方法，把酒精从成熟醪中分离出来1）蒸馏的基本原理蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同而分离组成的方法［4］在酒精生产中,通常把酒精和其他挥发性杂质从发酵成熟醪中分离出来的过程,称为蒸馏，也称为粗馏.蒸馏所得到的是含挥发性杂质较多的粗酒精,所用的设备称作醪塔，也称粗馏塔从塔底排出的废液称为酒糟，其主要成分是水和少量不挥发性物质除去混在粗酒精中的挥发性杂质和一部分水，进一步提高酒精浓度和纯度的操作过程，称为精馏精馏有的结果可以得到各种符合产品质量要求的酒精（医药酒精或精馏酒精），所用的设备称为精馏设备.精馏设备除了精馏塔以外，还要视其产品质量要求，安装排醛塔（也称分馏塔)或甲醇塔等2)蒸馏工艺醪液蒸馏和酒精精馏的主要设备是蒸馏塔,它把酒精从醪液中蒸馏分离出来，把酒精蒸馏到高浓度；同时分离出部分杂质酒精发酵的成熟醪除含有固形物外,主要成分是酒精和水，并伴随许多微量物质如醛、醇、酮、酯等,这些微量物质在酒精蒸馏系统中统称杂质。
酒精和低沸点物质容易挥发，高沸点物质经水蒸气蒸馏也气化上升,因此酒精与杂质混杂起来但是酒精和杂质的挥发系数不同,比酒精更易挥发的杂质称为头级杂质，这些杂质的沸点多数比酒精低，也称低沸点杂质，如乙醛、乙酸乙酯等；尾级杂质的挥发性比乙醇低，沸点多数比乙醇高,也称为高沸点杂质,因呈油状漂浮在蒸馏酒的酒尾液面上,故称杂醇油杂质因挥发性不同而在塔里分布和聚集的区域不同，运用杂质分布的规律可在蒸馏操作中分离部分杂质各种杂质不是高度集中于塔德某一区域，而且杂质的聚集还受操作的影响，不可能一次性除净,也不可能在一个塔里把各种杂质同时除净根据产品质量的不同要求和杂质的特性,组成不同的流程,蒸馏得到不同质量的成品常见的流程有单塔式、双塔式、三塔式和多塔式4．３双酶法液糖化41 主要原辅料及工艺参数（１)主要原辅料原料： (市售）玉米粉玉米粉是由脱皮、脱胚的优质玉米精制而成［5].无有害、有毒物质,无沙子或其它不纯物，质量一致且符合食品级,无任何添加剂和抗氧剂 外观：色泽、气味、口味均正常、无霉变、无杂物，白色至黄色自由流动的颗粒，没有其它杂质. 气味及味道:具有特有的玉米香味，没有酸味、霉变的味道及其它异味。
液化酶：耐高温α—淀粉酶，20000Ｕ／ｍL，张家港市金源生物化工有限公司生产糖化酶：β—淀粉酶,8０000U／mL,张家港市金源生物化工有限公司生产.酵母菌：安琪牌高温酒精活性干酵母碱液：NaOH溶液，用于中和醪液2)工艺参数拌料温度：60～65℃ 加水比：1：3.5蒸煮温度:120～125℃ 蒸煮时间：60～70ｍin液化温度：85～９5℃ 液化时间：100～120min初液化时间:30 min 末液化时间:５0~６０ min糖化温度：６0~6５℃ 糖化时间：1５ｈ糖化醪pH值：4．0～４．5 糖化率:4５%~55％糖化醪浓度 2４～25Bx(清液回配)4.3.2 双酶法玉米酒精生产工艺流程 玉米粉→调浆→喷射器→蒸煮柱→后熟 ↓ 液化酶→ 1＃液化罐←碱（NaOH） ↓ 液化醪←冷却降温← 2#液化罐←碱（NａOH) ↓ 真空冷却器 → 糖化锅←糖化酶 ↓ ↓ 二次蒸汽 板式换热器 ↓ ↓ 冷凝器 糖化醪→发酵罐图４-2 玉米原料酒精生产的液糖化工艺流程4。
3.3 双酶法玉米酒精生产工艺流程说明液化过程:指催化剂将淀粉液转化为糊精及低聚糖,使淀粉的可溶性增加，这一过程叫液化.这里的催化剂可以是硫酸等无机酸，也可以是淀粉酶这类生物催化剂目前国内外酒精生产上用的是淀粉酶系统淀粉酶系统主要是糊化酶(一般是细菌α－淀粉粉酶,因其液化温度很高，而α－淀粉粉酶有耐高温性)和糖化酶在液化时一般要加入碱液(ＮaOH溶液）,应为进行蒸煮得到的醪液偏碱性,而细菌α－淀粉粉酶的酶活性偏中性，所以进行液化时要加入ＮaOH溶液进行中和醪液,以使细菌α—淀粉粉酶得到充分利用蒸煮醪经过液化后得到的溶液称为液化醪.液化醪冷却后储存到液化醪储存罐中糖化过程：玉米原料蒸煮以后得到的蒸煮液［6],经过液化过程得到的醪液中，淀粉变成了糊精,糊精不能直接被酵母菌利用发酵生成酒精.糊化醪在发酵前必须加入一定数量的糖化剂（麸曲、液体曲、糖化酶),使淀粉、糊精水解生成为能被酵母菌发酵的糖类淀粉转变为糖的这一过程，称为糖化.液化醪经过糖化后的醪液称为糖化醪.液化醪在进入糖化锅之前先进入真空冷却器，醪液瞬时间冷却到63℃左右,然后再进入糖化锅与糖化酶混合进行糖化过程液化醪的冷却是在真空条件下瞬时间完成,使得液化的淀粉分子来不及聚合排列形成晶体结构就已经冷却结束，这对糖化有利，并且真空冷却可省去大量冷却用水，最终的能耗也低于混合冷却工艺.4.3．4 双酶法酒精生产工艺特点：优点：与其他方法相比，省掉了制曲车间,节省了建筑投资和设备投资，水电汽的消耗量也降低，由于酶专一性强，液糖化过程中副反应也相应减少，提高了糖化醪的质量;与高温法相比，发酵醪的酒精含量高,同时残留的外观糖度和还原糖的量降低，指标优于高温发酵法。
缺点：液化时间比传统工艺略长，对粉浆的浓度、值和温度要求较严格设计中主要体现实用化、经济化和自动化,降低工人劳动强度,达到较高经济效益通过查阅资料、下厂调研、物料衡算、设备计算及选型、经济计算、绘图等完成本设计最后根据工艺流程和工艺计算，进行工厂设计和设备选型通过本人的设计可大体上了解使用酒精的生产全过程第５章 物料衡算5．1 基础数据设计题目：１２0000Ｔ/年食用酒精工艺设计生产规模 120００0Ｔ/年生产方法：双酶糖化、间歇发酵、三塔蒸馏生产天数:３２０天/年 食用酒精年产量:120000T 食用酒精日产量：3７5Ｔ 食用酒精时产:１5．625T，即156２5kg/ｈ 副产品年产量:不得有次级酒精占酒精杂醇油量:为成品酒精量的0．5% 产品质量：国标食用酒精（乙醇含量９5%（V/V）)生产原料：玉米原料(含淀粉６8％、水分11%)α—淀粉酶的用量为8u/g原料，糖化酶用量为150ｕ/g原料,酒酵母糖化醪用糖化酶量为30０u／g原料酸铵用量：7Ｋｇ/T(酒精); 浓硫酸(98％)用量（调PH):5Kｇ/Ｔ（酒精) 调浆时：料水比为1:3.5,调浆后粉浆温度为3４３ｋ，每个粉浆罐的容积为5m2，径高比为1：１.5，锥形部分的高度为圆筒部分高度的１/３，交替使用。
糖化醪91%作为生产糖化醪,9％作为酒母糖化醪，酒母糖化醪制备时,料水比为１：４.5粉浆有关数值:粉浆比热为3．57kj／kgk，蒸煮的温度为4１6k，加热蒸汽的压力位5个大气压（表压)，加热蒸汽的热焓为6５78×4.187kj/ｋg，加热蒸汽的凝结水的热焓为143×４１８７ｋｊ/kｇ，整个蒸煮时间为２小时,最后一个后熟器的压力为0.5个大气压（表压），对应的温度为384k，气液分离器中糊化醪的比热为３．６ｋj/ｋg糊化醪的比重为1．0８5,糊化醪的比热为364 ｋｊ/kg．k蒸煮锅后熟器要求；蒸煮锅和每个后熟器的容积相等，气液分离器装料量为５０％，蒸煮锅、后熟器、气液分离器圆筒部分径高比为1:3冷却器：正空冷却器有圆柱形部分和锥形部分组成，圆柱形部分的高度为直径的1．5倍，圆锥低角为45°.真空度维持在5５0mm汞柱,对应温度３40k，二次真气汽化热为558×4187kj/kgｋ，二次蒸汽的比容为5.7ｍ³/kｇ,二次蒸汽的上升速度为0８m／s,醪液下降管的长度为1０m，垂直安装糖化锅:糖化锅由圆柱形部分和球形部分组成，装料系数为75%几何容积的计算按以下进行： V＝０.７85Ｄ²＋1/3πｈ²（3r-ｈ）D—圆筒部分的直径（ｍ);Ｈ—圆筒部分的高度m；h—球形底的高度m；r—底的曲率半径m;H=2D;h=0．２5D；ｒ=（D²+4h²）／8h糖化时间为４5miｎ 5.２原辅料消耗计算（以生产100０kg国标食用酒精为例）5.２.1原料计算酒精生产要经[18］历许多的工序和复杂的生物化学变化，在生产的各个阶段难免会有淀粉的损失,根据实际经验，生产100０ｋｇ上食用酒精生产过程中各阶段的淀粉损失的分配大致如表。
表５-1生产过程淀粉损失一览表 生产工序淀粉损失原因淀粉损失量(%）原料预处理粉尘损失０40蒸煮未溶解淀粉及糖分破坏0.50发酵未发酵残余糖分1.50发酵巴斯德效应和用于发酵副产物损失４.00发酵酒精自然蒸发与被二氧化碳带走1.30（若加酒精捕。