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中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第13页

2 全厂工艺流程及工艺论证

2.1全厂工艺流程

菌 种斜面菌种空气系统无菌空气液体试管三角瓶培养小酒母罐大酒母罐成熟酒母醪调 浆蒸 煮糖 化发 酵蒸 馏水蒸汽糖化剂CO2蒸汽木 薯粉 碎成品酒精杂醇油醛酯馏分酒糟

2.2工艺论证

2.2.1原料选择

目前食用酒精生产原料有薯类、谷物类、糖蜜等，本设计才用木薯干作为原料。木薯( Crantz )属大戟科( Eu-phorbiaceae )木薯属(Manihot Miller )植物，起源于热带美洲亚马逊盆地南沿，巴西与玻利维亚边境干湿交替的河谷地带[9]。

从2006年以来，粮食原料大幅度涨价，尤其最近一年，全世界为保证粮食的供应对以粮食为原料生产产品的企业做出了一定的限制。从经济的角度上考虑，粮食不太适合做酒精生产的原料。由于受厂址选择的限制无糖蜜原料的来源，而且现今又很少有专业从事薯干原料生产的，因而木薯是现今生产酒精的一种很好的原料。

木薯相比其它原料有许多优点：

① 木薯的淀粉含量高在70%左右，与谷类作物的淀粉含量相差不大。

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② 木薯含粘性物质较少，醪液粘度小，可适合与浓醪发酵。

③ 木薯亩产量较高，按淀粉产量计远远高于谷物类作物。 ④ 可以在土质贫瘠的山坡地上种植，不与粮食争地。

⑤ 木薯在亚热带、热带地区四季均可种植，有利于全年供应原料。

⑥ 现阶段相比其它原料，木薯的价格相对较便宜，用木薯生产酒精最具有经济性[10]。

2.2.2酒精酵母生产工艺 2.2.2.1菌种

南阳混合酵母（1308）[4]。 其特点为：①固体培养时，菌落白色，表面光滑，边缘整齐，质地湿润。

②细胞呈圆形，少数卵圆形。

③发酵能力较强，能快速并完全地将糖分转化成酒精。 ④繁殖速度快，具有较高的比生长速度。

⑤具有较高的耐酒精能力，且抵抗杂菌能力较强。

⑥对培养基的适应性强，耐温、耐盐和耐干物质浓度的性能强。

2.2.2.2培养条件 (1)温度

酵母生存和繁殖的温度范围很宽，但是，其正常的生活和繁殖温度是29～300C。在很高或很低的温度下，酵母的生命活动消弱或停止。酵母发育的最高温度是380C，最低温度为-50C。在本设计中，酵母的培养温度取300C。 (2)PH值

培养基的活性酸度（即氢离子浓度）对酵母的生命活动有很显著的影响。氢离子浓度能细胞原生质膜胶体的电荷，影响营养物质进入细胞的速度。同时对酶的活性和维生素的形成液会产生实质性的影响。

酵母在pH2～8范围之间能保持其生命活动，但酵母生长的最适pH为4.8～5。当pH降到4.2以下时，酵母仍能继续繁殖，但此时，乳酸菌已停止生长。生产中将培养料加硫酸调至pH3.8～4，并保持一段时间，以达到消除细菌污染，在此期间酵母生长占绝对优势。 (3)溶氧控制

酒精发酵属于厌氧发酵。但在酵母培养过程中，为使酵母能迅速繁殖需通入一定量的无菌空气，以提高单位时间产生的能量，从而保证酵母迅速繁殖所需要的能量。但是，通风培养得到的使呼吸型酵母，嫌气培养得到的则是发酵型酵母，后者的发酵能力要强于前者。生产中为保证其迅速繁殖，且得到发酵能力较强的酵母，一般采用不断搅拌且定期少量通入空气的方式。一般搅拌速度为100r/min，通风比为2m3/(m3·h)。 2.2.2.3酵母扩大培养工艺

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本设计中酒母扩大培养采用连续培养工艺，以配合连续发酵的进行。糖化醪经稀释、消毒处理后加入首罐，同时加入酵母种液。酒母糖化醪沿酒母罐组流动，酒母不断增殖，当醪液从酒母罐组最后一个灌流出时，即是成熟酒母醪（其指标如下表2-1），可送往连续发酵罐组进行发酵。酒母接种量为10%，总体培养时间为12h。 表2-1

检 查 项 目 酵母细胞数（亿/ml） 出芽率（%） 死亡率（%） 耗糖率（%） 酸 度 成熟酒母的指标

小 酒 母 1 20～25 1以下 40～45 不增加 大 酒 母 1 15～20 1以下 45～50 不增加 2.2.3原料预处理工艺

原料的预处理采用气流输送干式粉碎的工艺，如图2-1。采用锤式粉碎机对原料进行粉碎，最终达到原料颗粒80%能通过40目的筛子。原料的输送方式有机械输送、气流输送和混合输送，本设计选用气流输送，其优点为： ①输料管和粉碎设备在密闭负压的条件下进行运转，可以减少原料的损失和改善劳动环境。

②在一级升料管的接料器底部能将密度较大的铁块、石块等杂物分离，从而保证筛子和设备较长时间的完好使用。

③物料被气流冲粉碎机中吸出，从

旋风分离器鼓风机进料口料仓布袋过滤器而可提高锤式粉碎机能力的50%左右。 锤式粉碎机④粉碎效率高，单位原料预处理消

图2-1 气流输送粉碎流程示意图耗的总功率较低。 2.2.4蒸煮、糖化工艺 2.2.4.1蒸煮工艺

原料蒸煮包含糊化和液化过程，这两个过程最大的区别是醪液粘度的变化。随温度升高氢键减少，使淀粉颗粒中淀粉大分子之间的氢键消弱，造成淀粉颗粒的部分解体，形成网状组织，粘度上升，发生糊化现象。当温度继续上升达到1200C以上时，升温所给与的能量开始破坏水分子和淀粉分子之间的氢键，醪液胶体状态遭破坏，粘度下降，即发生液化现象。

本设计采用我国通用的塔式连续蒸煮工艺，一次加热、连续蒸煮。目前各个

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酒精厂基本都使用连续蒸煮的方法，间歇蒸煮已基本不再采用。连续工艺有罐式连续蒸煮、管道式连续蒸煮和塔式连续蒸煮。而我国使用最广泛是塔式连续蒸煮，此工艺具有广范的适用性、良好的生产参数指标和成熟的生产技术，且易于控制。由于是连续蒸煮，可以缩短生产时间，提高生产效率，同时能更好的配合连续糖化和连续发酵的进行。 2.2.4.2糖化工艺 (1)糖化剂的选择

本设计中采用外购糖化酶系，以提供生产所需的糖化剂。采用外购糖化酶系有以下好处：

①随着酶制剂工业的发展，糖化酶生产已成为一个独立的生产部门。在市场上，有广泛的销售，且价格较便宜。

②由专门厂家生产的糖化酶质量较好且稳定，发酵酶活大大高于液体曲。因而可以大大提高糖化率、生产效率和原料利用率。

③由于采用外购的方式，可以省去大量的液体曲生产设备。减少工厂的资金投入。

(2)糖化工艺选择

目前连续糖化工艺采用较为广泛，有混合冷却连续糖化、真空冷却连续工艺和二级真空冷却连续糖化。本设计中采用真空冷却连续糖化工艺，此工艺自动化程度高，糖化时间短，工艺成熟且设备简单。

蒸煮醪在进入糖化锅前，在真空蒸发器内瞬时冷却至600C，产生大量二次蒸汽用于原料液的预热处理。真空冷却的优点：对淀粉糊化醪的质量有益，因为在瞬时冷却时，淀粉来不及重新形成晶体，仍然保持着流动状态，很容易接受淀粉酶的作用。此外，冷却是在密闭的空间中进行，空气中杂菌的污染率降低。真空冷却排除大量二次蒸汽，这对甲醇的排除有利。

连续糖化工艺的特点： ①采用此工艺，糖化醪在糖化锅内停留时间只需5～10min即可达到生产要求，因而连续糖化锅都较小。

②由于糖化锅较小，因而无需安装桨叶式搅拌器，只需在锅底安装一个螺旋桨式搅拌器即可。从而可以节省大量电能。

③同时，由于停留时间短且醪液前冷却不再糖化锅中进行，因而糖化锅中无需安装冷却管。糖化液的冷却采用集中的喷淋冷却。从而可以简化糖化设备。 2.2.5发酵工艺

目前酒精的发酵方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续式发酵。部分小型酒精厂仍采用间歇发酵，绝大部分大中型酒精厂均采用半连续或连续发酵。本设计采用顺流式连续发酵工艺。 连续发酵相对于其他发酵方式有许多优点：

①设备利用率高，其填充系数一般为0.85～0.90。远远高于通常情况下的间歇