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1、山东轻工业学院2012届本科生毕业设计（论文）12万吨/年玉米酒精连续发酵工厂原料预处理车间的初步设计作 者 姓 名 专 业 指导教师姓名 专业技术职务 目 录摘 要4 第一章 绪论61.1设计酒精工厂的意义及指导思想61.2玉米酒精市场现状6 第二章 工艺流程论述72.1玉米酒精生产流程72.2酒精生产对水质的要求72.3玉米原料的粉碎82.3.1玉米原料与原料的清选82.3.2玉米原料的粉碎的目的与方法1092.3.3原料粉碎的要求92.3.4玉米粉碎工艺流程102.4低温双酶法液化糖化102.4.1液化、糖化的目的10102.4.2玉米原料糖化发酵的特点112.4.3低温双酶法液化糖化工
2、艺流程112.4.4酶制剂的特性及作用机理122.4.5低温双酶法液化糖化工艺的优点132.5.连续发酵工艺6132.5.1连续发酵的优点142.6三塔蒸馏142.6.1应用三塔蒸馏的工艺的目的5142.6.2半直接式三塔蒸馏的工艺流程152.6.3三塔蒸馏工艺条件16 第三章 工艺计算163.1全厂物料与热量衡算1,10163.1.1产品方案与建设规模163.1.2原料消耗的计算173.1.3蒸煮醪、糖化醪与发酵醪的计算183.1.4成品与发酵醪的计算193.1.5总物料衡算汇总213.2酒精生产各工段的物料和热量衡算223.2.1蒸煮工段的物料和热量衡算223.2.2糖化工段的物料和热量衡
3、算233.2.3发酵工段的物料和热量衡算233.2.4蒸馏工段的物料和热量衡算243.3蒸馏工段用水衡算31 第四章 设备选型334.1原料预处理车间设备设计和选型334.1.1原料除杂与粉碎设备设计和选型334.2液化糖化设备设计选型10364.3发酵设备设计选型10384.4蒸馏设备设计选型10394.4.1醪塔的设计404.4.2精馏塔的设计414.5设备基本配置44 第五章 车间布置455.1车间布置原则1455.2车间布置内容465.3车间布置的特点46 第六章 安全生产476.1安全生产条例476.1.1环境保护设计依据476.1.2劳动安全卫生设计依据476.2劳动安全卫生措施4
4、8 参考文献50 致 谢51摘 要酒精工业在我国轻工业中占有十分重要的地位，它是许多化工产品的生产原料，在医疗工业、食品工业和燃料工业方面都得到广泛的应用。酒精工业与其他工业相比，具有投资少，见效快的特点，而且生产工艺简单稳定，不易造成原材料的浪费，因此，要大力发展酒精工业。现通过对玉米酒精连续发酵工厂原料预处理车间的初步设计，应用玉米干法粉碎，低温双酶法液化糖化，连续发酵产酒精，但直接是三塔蒸馏工艺。粉碎工艺中应用斗式提升机、气带输送机、锤式粉碎机、永磁滚筒等设备。低温双酶法液化糖化工艺应用一系列液化罐、后熟罐、糖化罐，两次用到螺旋板换热器。通过该工艺的的设计和设备的选型，提高原料利用率，简
5、化生产工艺，便于工业化生产，提高经济效益。该工艺比高温蒸煮节能百分比为46，低温蒸煮节能显著，蒸煮温度降低，消耗的冷却水及电也跟着降低，酵母的产生量明显减少，甲醇含量降低，淀粉损失降低，酵母的发酵更彻底，出酒率增加。这些设备管路在密闭状态下作业，减少了污染的可能性，螺旋板换热器的使用节约了大量的冷却水，同时减少了占地面积。关键词：酒精生产 低温双酶法 原料预处理 生产设计ABSTRACTThe ethyl alcohol industry holds the extremely important status in our country light industry, it is many
6、 chemical products production raw material, in the medical industry, the food industry and the fuel industry aspect all obtains the widespread application. The ethyl alcohol industry compares with other industries, has invests few, the effective quick characteristic, moreover production craft simple
7、 stable, is not easy to create the raw material the waste, therefore,must vigorously develop the ethyl alcohol industry.Presently through pretreats the workshop to the corn ethyl alcohol continuous fermentation factory raw material the preliminary design,violates the law the smashing using the corn,
8、 the low temperature double enzyme law liquefication saccharification, the continuous fermentation produces the ethyl alcohol, but directly is three towers distillation craft. In the smashing craft applies the bucket elevator,the gas range conveyer, hammer equipment and so on type grinder,permanent
9、magnetism drum. After the low temperature double enzyme law liquefication saccharification craft applies a series of liquefied pot, the ripe pot, the saccharification pot, two time uses spiral board to trade the steam. Through this craft the design and the equipment shaping, raises the raw material
10、use factor, the simplification production craft, is advantageous for the industrialization production, enhances the economic efficiency.This craft steams the energy conservation percentage compared to the high temperature is 46%, the low temperature steams the energy conservation remarkably, steams
11、temperature drop, the consumption cooling water and the electricity also with is reducing, yeasts production quantity obviously reduces, the methyl alcohol content reduces, the starch loss reduces, yeasts fermentation is thorougher,leaves the liquor rate increase. This equipment pipeline is mean in
12、the closed state industry, reduced the pollution possibility, spiral board traded the steam the use to save the massive cooling water,simultaneously reduced the area. Key word: Ethyl alcohol production; Low temperature double enzyme law; Raw material pretreatment; Production design第一章 绪论1.1设计酒精工厂的意义
13、及指导思想酒精工业在我国轻工业中占有十分重要的位置，它是许多化工产品的生产原料，在医药工业、食品工业和燃料工业方面都得到广泛的应用。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，不易造成原材料浪费。因此要大力发展酒精工业。随着科学技术的不断进步，目前，酒精工业已有较大的发展。在酒精生产菌种的选育、新的发酵技术以及降低生产中的能耗等方面都取得了许多新的成果，为酒精工业的进一步发展打下了良好的基础。 通过对12万吨/年玉米酒精连续发酵工厂原料预处理车间的初步设计力求在技术上先进在经济上合理又考虑切实可行的方案。尽量采用当今世界上流行的，又符合我国国情的先进工艺和设备。着重
14、酒精生产工艺上的确定和设备厂选型与计算。考虑到土地紧张及12万吨的高产量在车间平面布置时，在满足工艺要求后，尽量节约占地。关于提高产量的问题只在工艺及设备上挖潜，而不追求增加设备扩大建厂，以提高经济效益。1.2玉米酒精市场现状我国玉米种植地区主要分布在吉林、黑龙江、辽宁、内蒙古以及山东、河北、河南、云南、四川等地。其中，东北三省一区是我国玉米最主要的商品粮供应地和出口基地，其出口量约占全国的90%。吉林是我国玉米产量最多的省份，产量保持在1500万吨左右，黑龙江省玉米产量也在1000万吨上下。从消费趋势分析，我国玉米消费构成主要为饲料使用、工业消费、食用消费。据权威机构对饲料行业的分析，200
15、4年国内饲料玉米消费9400万吨，2005年用量预计持平或略有增加。包括乙醇在内的工业玉米消费是玉米消费最大的热点，预计2005年工业消费增加10%，总量达到1550万至1600万吨。1999/2000年度国内玉米酒精消费量不足450万吨，而2004/2005年度预计消费量将达740万吨，增长十分迅速。数据显示，2004/2005年度辽宁、吉林、黑龙江三省的玉米酒精消费玉米量预计为25万吨、130万吨、147万吨，分别比上一年度增加了5万吨、60万吨和37万吨。预计2005/2006年度，辽、吉、黑三省的玉米酒精消费玉米量将分别比上一年度再增长120%、30%和60%。据黑龙江省有关部门的统计
16、，今年这个省的玉米播种面积预计为2983.8万亩，较上年增加152.8万亩，增幅为5.4%。第二章 工艺流程论述2.1玉米酒精生产流程玉米原料多级除杂杂质循环粉碎 拌料 液化酶 喷射液化 维持罐 冷却 糖化 糖化酶 冷却 连续发酵 复水活化 活性干酵母 三塔蒸馏高级酒精 酒糟离心液酒糟离心分离滤渣 多效蒸发 浓浆 干燥机 二次蒸汽再利用 图2-1： 玉米酒精生产流程图2.2酒精生产对水质的要求（1）所用水最好选用地下水或远离城镇上游河水；河心水、湖心水；或用活性碳过滤，除去游离氯的自来水。如果水源紧张，可以采用冷却水和工艺用水分开使用，以保证酒精质量为主。 （2）所用水应无色透明，无悬浮物、沉
17、淀物，和有机物污染，否则不能用于生产。（3）无臭、无味，无异物。特别生产三级以上酒精更应注意不能用有咸味、苦味、涩味的混杂水。（4）pH值在中性附近，不要使用过于酸性和碱牲的水。（5）水中铵盐含量，每升中不应超过0.05毫克为限；水中含铁量，每升应不得大于0.5毫克。（6）对无干净水的工厂，所使用的生产用水可以采用加石膏、液氯、漂白粉以及用离子交换等法进行水质净化处理。2.3玉米原料的粉碎2.3.1玉米原料与原料的清选玉米俗称玉蜀黍、苞米、苞谷、珍珠米等，市售玉米是它的籽实。 玉米品种很多，如裂皮玉米、硬皮玉米、马齿玉米、甜玉米等，其中以马齿玉米淀粉含量高，产量大。每粒玉米的组织情况，依品种不
18、同删略有差异，大致可分为果皮、种皮、糊胶粒质、内胚乳、胚体(或胚芽)和实尖6个基本部分。一般黄色玉米的淀粉含量较白色玉米高。淀粉集中于胚乳内，淀粉颗粒的形状呈不规则形，组织堆积非常紧密。玉米的特点是在胚芽中含30-40的脂肪，它是由72的液态脂肪酸和28的固态脂肪酸组成。在生产酒精的同时，可开展提取玉米油、蛋白质饲料等综合利用，进一步做到物尽其用，提高经济效益。玉米的化学组成见表2-1。表2-1玉米原料化学组成参考表（%含量）原料名称水分粗蛋白粗脂肪粗淀粉灰分玉 米1213893.546365 11.5在很多生物工程的工厂，是以初级粮食为原料的生产(如酒精厂以玉米为原料，啤酒厂以大麦等为原料)
19、，则需要对原料进行筛选和除杂处理。因这些原料在收获时会混入以下三类杂物：一是纤维型较长的物质，如草屑、秸秆等；二是颗粒状固体物质如沙子、泥土块等；最后一类是铁磁性物质如铁钉、螺丝等。这些杂物的存在，会使原料出品率降低，严重的会导致生产事故(如铁钉对设备造成损坏或使磁场发生改变)，因此原料必须经过预处理。玉米原料中可能混有小铁钉，杂草，石子，绳头等杂物特别是铁片，石子容易使粉碎机的筛板磨损甚至打破筛底，使机器发生故障从而降低原料的粉碎度和过筛效果，在液化糖化工序，导致淀粉不易转化为可发酵性糖，蒸煮液化不彻底，不易杀菌，发酵中易产生泡沫，生酸幅度大，发酵不能正进行。有些杂物不能在蒸馏塔沉积，易使塔
20、板和溢流管堵住，还会使醪泵，管路阀门等堵塞或损坏。再者，如将没有处理干净的原料粉碎后，由于流沙从管道底部运行，管道磨损快，缩短管道的使用寿命；泵送物料的泵叶轮磨损快而影响泵的输送能力；在发酵罐中泥沙沉积量大，对连续发酵产生不利影响，一是易堵塞管道，二是螺旋板换热器磨损快，影响发酵醪的冷却5 。对于第一类和第二类杂质采用振动筛选的方式予以去除。这是带有风力除尘的振动筛，筛面倾斜作前后往复运动的为平摇倾斜筛；筛面水平而作倾斜往复运动的为平板分级筛，也叫斜摇水平筛。将含有磁性金属杂质的谷物，以一定流速通过磁钢产生的磁场，磁性金属杂质则被吸留住。所用磁钢多为永久磁钢，呈马蹄形或条形，磁性持久，不耗费电
21、能，使用维修也方便。2.3.2玉米原料的粉碎的目的与方法10目的：增大原料的表面积利于加速蒸煮作业的进程。还能促使糖化过程中糖化酶和淀粉糊精等分子间的充分接触，使淀粉的水解更完全，利于提高淀粉的利用率。方法：用干式粉碎法，锤式粉碎机粉碎。粉碎比：X=D/d其中：D 粉碎前原料的直径d 粉碎后原料的直径2.3.3原料粉碎的要求酒精厂常用的粉碎方法一般有两种，即湿法粉碎和干法粉碎。小型酒精厂通常采用湿法粉碎，大中型酒精厂一般采用干法粉碎。日前，我国大多数酒精厂都采用干法粉碎的方法，而且都是干法二级粉碎，即粗碎和细碎。二级粉碎法的最大优点是原料经过二级粉碎后，可以保证达到工艺上规定的粉碎细度要求。其
22、缺点是在整个粉碎过程中，原料有粉尘飞扬现象；当原料含水量较高时，粉碎机筛网的筛孔容易被堵塞，粉碎效果明显降低，电耗增加。干法粉碎如与风选风送流程配套使用，可减少粉之飞扬现象，改善车间的生产环境。1原料粉碎比，由于原料直径的大小不同，对于大块的原料，在粉碎过程中，一次粉碎的粒度很难达到工艺要求，这时可采用二次粉碎法。工艺上一般粗粉碎比为1：10-15，细粉碎比为1：30-40。2粉碎粒度，粉碎粒度是粉碎工序中重要的工艺技术指标之一。粉碎度的高低与蒸煮糖化和洒母发酵时的生物化学变化、最终发酵醪浓度以及原料的利用率都有着密切的关系。所谓粉碎粒度是指原料粉碎的程度。测定的标准是根据粉碎机所使用的筛网孔
23、径大小而定的，一般以质量分数表示。称取100g粉样，倾入20目铜丝网(目的定义：每平方英寸上所具有的孔数目)，当粉碎机使用1.5mm筛网时，工艺要求20目铜丝筛的不通过物不能超过2g，即小于2。为了检查粉碎质量，及时发现筛网破损等情况，车间或化验室应每2h定时取样，通过外观鉴别和化验分析来严格确保粉碎粒度达到标准。2.3.4玉米粉碎工艺流程玉米称量皮带输送机电磁除铁粗碎斗式提升机接料斗细碎接料斗螺旋输送机拌料罐粉浆 清液回用仓内玉米经过计量后送到皮带输送机上，经过电磁铁及永磁滚筒除去第三类杂质如铁后，采用振动筛选的方式除去第一类和第二类杂质，玉米被斗式提升机提升进入料斗，首先经过玉米粗碎，该粗
24、碎机的筛孔为16mm，粗碎后再经过分料器进入细碎机，细碎机在地面上可减少振动。另外，细碎机的筛孔为1.5-2mm，且细碎机为负压作业，经过细碎机粉碎后的玉米粉被旋风分离器分离，然后经螺旋输送机内料水混合，送到拌料罐（调浆罐）进一步与水混合5。2.4低温双酶法液化糖化2.4.1液化、糖化的目的10液化的目的主要是为了使原料的细胞壁彻底破裂，内含的淀粉得以充分糊化和液化，整个醪液变成均一的液体，以利用淀粉酶系统的作用，附带的目的是对原料进行依次彻底的灭菌，以利于发酵的正常进行。淀粉受热吸水膨胀，当温度升到一定数值，淀粉体积也增大至50100倍，淀粉分子之间的联系削弱，引起淀粉颗粒的部分解体，淀粉浆
25、液变成均一的粘稠液体。这种无限膨胀化的现象又称为淀粉的糊化现象，与此相应的温度称为该淀粉的糊化温度。淀粉全部溶解，醪液的粘度迅速降低，酒精生产上称此为“液化”。蒸煮醪（或无蒸煮醪）中淀粉的酶水解过程称糖化。糖化后得到的醪液叫糖化醪。糖化的主要目的是将醪中的淀粉水解成葡萄糖等可发酵性糖。但是，就酒精生产来说，没有必要在糖化阶段里追求过高的糖化率，糖化时产生的糖只要够发酵初期酵母生产需要就行了。保护大部分糖化酶活力，使其在发酵过程中能保证边糖化、边发酵的后糖化作用，这一点要给予足够的重视。2.4.2玉米原料糖化发酵的特点玉米原料含有较丰富的蛋白质，在发酵时不须加入更多的无机氮就能满足酵母发酵中的需
26、要量。由于玉米颗粒中含有较高的脂肪，在进行糖化时，特别是间歇糖化易使糖化醪表面形成一油层，影响散热并使醪液的酸度上升，易引起杂菌的污染。在发酵时，如果前工序中没有取油，也易在发酵醪表面形成油层，使CO2气体不易及时排除，影响酵母的正常发酵，同时也易引起杂菌污染。所以在糖化、发酵前，最好先把玉米中脂肪除去一部分，再进行糖化和发酵，或者在糖化锅、发酵罐的上表面安装采油器，使醒液表面的油层充分分离出来。由于上述因素的影响，在生产中往往化验出玉米含淀粉比高梁等原料含量高。而实际出酒率较低，就是由于这些因素所导致的。2.4.3低温双酶法液化糖化工艺流程水 酶 蒸汽 糖化酶 玉米粉拌料罐泵喷射液化器后熟器
27、酸化罐冷却器糖化罐冷却器发酵工序玉米作为酒精生产的主要原料在国内外都得到了普遍的应用。目前，为简化生产工艺，便于工业化生产，世界范围内普遍采用添加液化酶和糖化酶即所谓双酶法的生产工艺。此种生产工艺根据液化温度不同，有高温和低温之分，高温法生产酒精不但水、电、汽消耗量较大，而且由于在高温蒸煮过程中原料里的果糖会转化为焦糖，阻碍糖化酶对淀粉的作用，影响酵母的生长，进而影响酒精的产量，低温双酶法玉米酒精生产工艺对提高产量、质量，降低汽、水、电的用量都有显著效果。操作要点说明：进入混合罐的水来自四个部分：50热工艺水，80 的酒糟水离心液，50的蒸发工段的二次蒸汽冷凝液和100的精馏塔底部的余馏水。玉
28、米酒精糟固液分离后离心清液COD值30000、pH4.0、干物质4%，处理时投入费用高，难度大，其最合理的使用是回配用于拌料。酒精生产实践表明，离心清液的部分回用是可行的。清液中存在的对酵母菌或其扩繁有抑制作用的物质大部分被带离系统后，糖类、氨类、氨基酸和维生素类等则可为酵母菌进一步利用，从而促进发酵的进行，提高酒精产率。混合后的水温在6065，混合水与玉米粉、液化酶、NaOH同时进入拌料罐，料水比控制在1：3，拌料温度控制在60左右，料液的pH在6.57.0之间。加NaOH的目的是中和有机酸，利于液化酶的作用，减少液化酶的失活。粉浆由泵打入喷射加热器，用0.8Mpa 直接蒸汽加热到温度为95
29、，为了液化更完善，喷射加热器出来的料液被泵往后熟罐，在这里被维持一定时间进一步液化，液化时间3.5h。液化完毕的料液由后熟罐的顶部溢流入酸化罐，为了便于糖化酶的作用，必须在糖化以前将醪液pH值由6.5降低到4.5，这一步是在酸化罐中加入H2SO4进行，酸化后的料液经螺旋板换热器将温度降到60，同时加入糖化酶进入糖化罐进行糖化2.5小时。糖化醪由螺旋板换热器降到3032送入发酵工段。2.4.4酶制剂的特性及作用机理特性a-淀粉酶具有降低醪液的粘度特性，使用该酶可以降低糊化时间，节约大量的能源，同时也减少糖化冷却水的用量，降低了蒸煮温度，减少在糊化过程中焦糖及其它有害成分的生成，提高淀粉利用率和出
30、酒率。糖化酶实际上是一种生物催化剂，它可以使淀粉转化为葡萄糖，但不会使原料的蛋白质等成份受到催化。不但加快反应进程，其本身在反应过程中并不发生质与量的变化，而且需要量很少。机理在发酵过程中，酒精酵母能直接利用的糖类主要是一些还原性糖；对淀粉、糊精及多糖等不能直接利用。加入a-淀粉酶及糖化酶的目的就是将淀粉转变成可发酵性糖，以便被酵母利用进行发酵。a-淀粉酶是一种内淀粉酶，它可使淀粉的巨大分子迅速变成矩链，淀粉浆液化，生成低分子糊精，故又将液化型淀粉酶叫糊精化酶。淀粉浆遇-淀粉酶在一定条件下，粘度迅速下降，淀粉浆失去原来的粘稠状，产生液化现象a-淀粉酶能将淀粉葡萄糖a-1.4糖苷键结合的部分切开
31、成为糊精，其作用是任意的，没有一定规律，无论淀粉分子大小及淀粉链长短都有切开能力。淀粉酶作用于支链淀粉亦可将大链分解为短链，是将支链淀粉a-1，4糖苷键任意地分解为若干短链。因此原料浆经a-淀粉酶作用后，主要生成糊精、多精、二糖及葡萄糖。糖化酶主要作用于糊精、多糖、二糖及支链淀粉结构中的a-1，6糖苷键，将这些物质最终降解为可发酵性糖供酵母繁殖和发酵使用。2.4.5低温双酶法液化糖化工艺的优点（1）低温蒸煮代替高温蒸煮可节省大量蒸汽高温蒸煮：蒸煮温度(t1) 125 拌料温度(t2) 60低温蒸煮：蒸煮温度(t1) 95 拌料温度(t2 ) 60 公式（2-1） 式中：Q 热量(kJ) c 质
32、量热容(KJkgk) m 蒸煮醪质量(kg)低温蒸煮比高温蒸煮节能百分比为46，很显然，低温蒸煮节能显著。（2）蒸煮温度降低，消耗的冷却水及电跟着降低。（3）采用低温蒸煮使焦糖的产生量明显减少，甲醇的含量降低，淀粉损失由原来1.2降为O.2 ，酵母的发酵更彻底，出酒率增加。（4）整个设备管路在密闭状态下作业，减少了污染的可能性。（5）酒糟离心液余馏水和蒸发冷凝液等返回拌料，由于其温度高，不但节约了拌料水，同时也减少了大量蒸汽。（6）螺旋板换热器的使用，节约了大量的冷却水同时减少了占地面积，也减少了糖化罐的死角，使刷罐方便、彻底，减轻了工人的劳动强度。2.5连续发酵工艺6把复水活化的活性干酵母由
33、酵母罐送入预发酵罐后，以25m3/h的流速将糖化醪连续输入预发酵罐，至预发酵罐装满。待发酵罐中糖度达到8.09.0Bx，温度达到3233时，以25m3/h的速度输入1号发酵罐，仍往预发酵罐以25m3/h的流速输送糖化醪，同时向1号罐以110m3/h的流速送入糖化醪。1号罐满后，以160m3/h的速度输入2号罐，2号罐满后再以同样的速度输入接下来的罐中。当最后一罐中的成熟发酵醪液量达到60%70%后按同样的速度送入蒸馏塔进行蒸馏。在发酵进程中，1号发酵罐内的温度控制在3334，2-5号发酵罐内温度控制在3638，6-10号发酵罐内温度控制在3334，11-15号发酵罐内温度控制在3234。发酵罐
34、中糖的消耗速度非常快，当7-8号发酵罐的外观糖已耗至零，最后一罐的外观糖为负值，发酵醪外观糖不再下降，酒精含量不再增加时为发酵成熟醪，可以输送至蒸馏塔中进行酒精蒸馏。发酵总时间为42h。2.5.1连续发酵的优点设备运行稳定并提高其利用率。采用连续发酵法生产酒精，使设备始终处于发酵运行状态。通常需要20天对罐进行一次清洗、灭菌。极大的减少了打搅辅助时间。同时，连续发酵时，醪液进入发酵罐即进入主发酵期，可提高设备利用率20%以上。提高淀粉的酒精产率。连续发酵无菌条件要求高，能够有效控制杂菌。发酵醪液始终处于流动状态，使酵母菌与醪液充分接触，而且可及时排除发酵过程中产生的二氧化碳，从而增强酵母菌的发
35、酵作用，淀粉的酒精产率可达56.2%。不需要连续酒母扩培工序。连续发酵工艺可以间隔20天甚至180天才接种一次酵母菌，而间歇发酵要每天都扩培酵母菌。虽然目前多数酒精企业在连续发酵的实际操作中还补加一定比例的酵母菌，但与间歇发酵酵母菌的扩培差别很大。有利于实现自动化。在大型酒精发酵系统中，温度控制、定时定量加入糖化醪循环、补加酵母菌菌液、添加营养液等均容易实现计算机控制。目前以玉米为代表的谷物原料生产酒精的企业，其粉碎、液化、糖化及多塔多效蒸馏工艺中物料的进出、发酵罐的液位、冷却水的用量等都已自动控制，这为连续生产、连续发酵的稳定性提供了保障。2.6三塔蒸馏2.6.1应用三塔蒸馏的工艺的目的5单
36、塔式和双塔式蒸馏，因设备限制，排除的杂质有限，一般很难获得品质高的酒精。针对这个缺点，在粗流塔和精馏塔中间加一个分馏塔（又称排醛塔），组成了三塔连续蒸馏流程。粗馏塔的作用是将酒精从成熟醪中分离出来，并排除酒糟。排醛塔其进塔形式除全气相的直接式和全液相的间接式外，还有半直接式。所谓半直接式就是从粗馏塔来的粗酒精气体，气相进排醛塔，经排全塔后的脱醛酒，液相进精馏塔。 当成熟醪自醪池经往复泵送入预热器后，进入粗馏塔，其蒸出的酒气直接进入排醛塔，从排醛塔塔顶经冷凝后提取1.23.0（对成品来讲）的酯醛酒，这时酯醛酒的含量为95.596(容量)。排醛塔塔顶回流的酒精在向下流动的过程中，一方面由于塔内酒精
37、浓度很高，阻止了精馏系数较小的杂醇油继续上升，另一方面又使其与脱醛液一同下流至塔底，由于排醛塔是气体直接加热，所以提馏段的酒精浓度较粗馏塔导出的粗酒精浓度略低，一般在3035%（容量）之间。脱醛液进入精馏后，残留的酯醛类头级杂质随乙醇蒸汽而上升，精冷凝后，一部分由排醛管排至大气，另一部分经冷却器及检酒器进入四级酒精中。2.6.2半直接式三塔蒸馏的工艺流程粗酒精由粗馏塔进入分馏塔是气体，而脱醛酒进入精馏塔是液体状态。此种流程操作较稳定，而且可以得到质量较高的成品。预热的成熟醪由粗馏塔的顶部加入，加热蒸汽由底部进入，粗酒精蒸汽由塔顶导出后从分馏塔的中段进入。有时粗酒精浓度过高，需加水稀释，以降低酒
38、精浓度，增大头级杂质的挥发系数，加强脱醛效果。进入分馏塔的粗酒精中所含的头级杂质不断向塔顶集聚，并随酒精蒸汽一起从塔顶进入分凝器，大部分被冷凝而回流入塔。未冷凝的酒精蒸汽进入冷凝器，冷凝液一部分回流，一部分作为醛酒。脱醛酒从分馏塔的底部排出，从精馏塔的下部第1318层塔板进入。所产生的酒精蒸汽从塔顶导出进入分凝器，大部分被冷凝回流入塔，未冷凝部分进入冷凝器，冷凝液大部分回流入塔，取出一部分作工业酒精。还未被冷凝的醛酯类杂质和甲醛从排醛管排出。在进料口上方26层塔板上液相提取杂醇油，经冷却器冷却后入杂醇油分离器分离出杂醇油，分离杂醇油后的淡酒流回精馏塔下部复蒸。成品酒精从精馏塔的顶部第46层塔板
39、上取出，经成品冷却工业的发展对酒精质量的要求不断提高，故需要酒精厂相应提高酒精质量。另外，酒精可以出口换取外汇，但外商对酒精中的杂质含量，特别是甲醛的含量要求越来越严格，例如日本要求甲醛含量1985年低于700mg/kg，1986年低于500mg/kg，而我国不少酒精厂的甲醛含量在1200mg/kg以上，因此必须采取有效措施，提高酒精质量。酒精精馏与化工精馏过程不同点就在于它不仅是一个将酒精浓缩的过程，而且还担负着把粗酒精中50多种挥发性杂质除去的任务，所以浓缩酒精和除去杂质的过程在酒精工业 中称为精馏。物料中的杂质基本上是在发酵过程中生成的，只有很少数的杂质是在蒸煮和蒸馏过程中生成的。其主要
40、杂质和其来源可见表2-1： 表2-2 主要杂质及来源杂 质 来 源名 称原料蒸煮过程中产生的甲醇、烯萜酵母生命活动而产生的杂醇油、乙醛、甘油、有机酸由于粗酒精组分间相互作用而产生的如醇与酸所生成的酯类因醇类与空气氧化而产生的醛类在蒸馏时由于成熟醪过热及分解产生的硫化氢、糠醛2.6.3三塔蒸馏工艺条件利用精馏塔顶出来的酒精蒸气，将发酵成熟醪预热至60-70。这样既可以冷凝酒精蒸气、又能将成熟醪加热，在蒸馏时可以节省加热蒸汽的用量。粗馏塔的控制条件为塔底温度104-108，以保证塔底不跑洒为原则，塔底压力为19.6-24.5kPa，塔顶温度控制在95左右。排醛塔一般控制塔底温度为8486，通常由脱
41、醛酒的浓度来决定。塔底压力为9.8kPa，塔顶温度为7879，排醛塔第二冷凝器酒温控制在40左右。脱醛酒体积分数为36-38，酯醛酒的体积分数为95-96，酯醛酒的量较少，一般为成品酒精提取量的1.2-3。精馏塔的塔底温度为102-104，塔底压力为13.7-15.7kPa，塔中部温度控制在8693，塔顶温度为78-79。为了保证成品酒精的质量，控制精馏塔第二冷凝器至第三冷凝器的酒温为35-40。第三章 工艺计算3.1全厂物料与热量衡算1,103.1.1产品方案与建设规模生产规模：120,000吨/年产品规格：国标食用酒精（GB10343-2002）生产方法：以玉米为原料，低温双酶法液化糖化，
42、连续发酵；三塔蒸馏副产品：次级酒精(成品酒精的2)杂醇油(成品酒精的O.5)原料：玉米(含淀粉65，水分13)酶用量：高温淀粉酶(20,000U/m1)：10 U/g原料糖化酶(100,000U/m1)：150 U/g原料(糖化醪)硫酸铵用量：7kg/吨酒精硫酸用量：5kg/吨酒精蒸煮醪粉料加水比：1：3发酵成熟醪酒精含量：10(V)使用活性干酵母，使用量为1.5kg /吨原料活料干酵母的复活用水：10倍于活性干酵母质量的2%的葡萄糖水发酵罐酒精捕集器用水：发酵成熟醪5发酵罐洗罐用水：发酵成熟醪的1生产过程淀粉总损失率：8.55蒸馏效率：98 全年生产天数：300天3.1.2原料消耗的计算1淀
43、粉原料生产酒精的总化学反应式为：糖化：（C6H10O5）nnH2O nC6H12O6162 18 180发酵： C6H12O6 2C2H5OH 2CO2180 462 442 2生产1000kg无水酒精的理论淀粉消耗量 由上式可求得理论上生产1000kg无水酒精所消耗的淀粉量为：1000162/921760.9（kg）3生产1000kg国际食用酒精的理论淀粉消耗量 国际食用酒精的乙醇含量在95（体积分数）以上，相当于92.41（质量分数），故生产1000kg食用酒精成品理论上需淀粉量为：1760.992.411627.2（kg）4生产1000kg食用酒精实际淀粉消耗量 实际上，整个生产过程经历
44、原料处理、发酵及蒸馏等工作，要经过复杂的物理化学和生物化学反应，产品得率必然低于理论产率。据实际经验，各阶段淀粉损失率如下表所示。表 3-1 生产过程各阶段淀粉损失生产过程损失原因淀粉损失（%）备注原料处理粉尘损失0.4蒸煮淀粉残留及糖分破坏0.50发酵发酵残糖1.5发酵巴斯德效应4.00发酵酒汽自然蒸发与被CO2带走1.30若加酒精捕集器，此项损失降为0.3%蒸馏废糟带走等1.85总计损失9.55假定发酵系统设有酒精捕集器，则淀粉总损失率为8.55%。故生产1000kg食用酒精需淀粉量为：1627.2/（100%-8.55%）=1779.3（kg）这个原料消耗水平相当于淀粉出酒率为1000/
45、1779.3=56.2%，这达到了我国现阶段玉米原料生产酒精的先进出酒率水平。5生产1000kg食用酒精玉米原料消耗量 据基础数据给出，玉米原料含淀粉65%，故1t酒精玉米量为：1779.3/65%=2737.4（kg）6a-淀粉酶消耗量应用酶活力为2000u/g的a-淀粉酶使淀粉液化，促进糊化，可减少蒸汽消耗。a-淀粉酶用量按8u/g原料计算。用酶量为：2737.41038/2000=10.95（kg）7糖化酶耗量若所有糖化酶的活力为100000u/ml，使用量为150u/g原料，则糖化酶消耗量为：2737.4103150/100000=4.11 （kg）干物质含量B0=87%的玉米比热容为：c0= cw(
