酒精生产过程与装备.docx

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酒精生产过程与装备

酒精学名乙醇，分子式C2H5OH，沸点较低78.3度，纯净的酒精是一种无色透明、易挥发、易燃烧并具有酒香和刺激性辛辣味的有机溶剂。

一向是市场巨大的一种商品，也是重要的工业原料，广泛用于化工、塑料、橡胶、农药、化妆品及军工等工业部门，酒精的深加工产品有数百种。

它还能与水、甲醇、乙醚、醋酸和氯仿等以任意比实现混溶，具有吸湿性能，与水可以形成共沸混合物，可溶于苯、甲苯。

酒精能使蛋白质凝固变性，因此，具有杀菌能力，75%的酒精杀菌能力最强，广泛应用于医疗卫生部门的消毒、防腐等工作。

而且酒精还是一种重要的再生能源，所以，酒精的市场潜力是巨大的。

目前，我国酒精年产量约300万吨。

其消费主要为：

化工占40%，轻工业占40%，医药占10%，其它占10%。

酒精生产是在酿酒的基础上发展起来的，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。

中国工业化生产酒精始于1900年俄国人在哈尔滨建的酒精厂，当时发展非常缓慢，新中国成立时，我国酒精产量还不到一万吨，专业性的酒精生产厂家更是少之又少，而且大都是不足千吨的小厂，基础十分薄弱。

改革开放三十年来，随着我国经济的飞速发展，我国的酒精生产也取得的巨大的发展。

我国现在的酒精生产厂家超过六百多家，产量在三万吨以上的就超过三十多家。

如今我国的酒精产量已经跃居到世界第三位，我国也成为了酒精生产的大国之一。

与此同时，我国的酒精出口也在不断的增加，成为了世界上酒精出口国，在一定程度上推动了我国经济的发展。

如今，我国的酒精生产已经实现了连续化、使用专酶生产和商品酒精酵母制作的生产工艺，在利用粮食类农产品生产酒精中使淀粉的利用率达到了90%以上，淀粉的出酒率在一些大型酒精企业中高达60%以上。

随着食用酒精和工业酒精国家标准的四次制定、修订和实施，高纯度特级酒精企业日益增多，这标志着我国的酒精生产技术和产品质量水平得到了很大的提高。

另外，由于近年发现无铅汽油添加剂MTBE（甲基异丁基醚）会导致驾驶人员眩晕，所以，酒精成了最佳代用品。

中国现在每年消耗汽油4000万吨，预测到2000年将达到5000万吨，按15%添加，就要750万吨/年，如果用酒精来代替MTBE，需求量是非常巨大的，虽然再生能源的研究有了巨大的进步，但是，水电、太阳能、风能等等再生能源都不易携带，唯有酒精是最易大量获得，性状又与汽油最相似的可再生能源，原来使用汽油的装置无需太大改变。

所以，尽管近年来经济、政治因素使石油价格暴跌，但据专家预测，到2020-2030年，石油将重新上升到35美元/桶的水平。

生物酒精作为再生性能源中重要的一员，迟早要全面登上世界能源的舞台，也必定成为我国的重要再生能源。

酒精生产的原料很多，我国的酒精生产大都由淀粉质原料经过蒸煮、糖化、发酵、蒸馏生产出酒精的工艺生产流程。

一般原料选择有淀粉质和糖质两类。

淀粉质原料的选择依据是,原料资源要丰富，容易收集。

酒精生产需要大量原料，要有一定的库存量；原料要容易贮藏。

水分高的原料不易贮藏，含水量低于13%为宜；原料含杂质要少，并在生产中不产生有害、有毒物质；原料价格低廉，可降低产品成本。

尽量采用野生植物原料。

糖质原料的选择主要指糖蜜。

用于生产酒精的淀粉原料主要有：

薯类，粮谷类，糖质原料，野生植物，农产品加工副产品，纤维质原料等。

原料中所含的化学成分，直接影响着酒精生产率的高低，也关系到生产工艺流程和工艺条件的确定。

常用原料的几种主要化学成分及其对酒精生产的影响大致如下。

糖类葡萄糖、果糖、麦芽糖、蔗糖等，这些物质都可以发酵生成酒精，同时也是霉菌和酵母的营养及能源，原料中含这些物质越多，生成酒精也就越多，所以它和产量有着密切的关系。

蛋白质在酒精生产中，原料所含的蛋白质的主要作用是经蛋白酶降解后作为生产菌种所必需的氮源，而参与菌体细胞的合成，因此其含量以满足菌体正常生长繁殖为宜。

无机盐及生长素其功能是作为酶活性基的组成部分或调解酶的活性。

生产原料中无机盐和生长素的含量均足够满足微生物的生长和代谢。

脂肪脂肪对发酵有影响，如玉米、高粱糠、米糠等油脂较多，则生酸较快。

一些酒精厂如采用玉米作为原料，总是先把玉米胚芽除去。

单宁单宁具有涩味和收敛性，遇铁呈蓝黑色，有凝固蛋白质的作用。

而糖化酶和酵母细胞的主要成分是蛋白质，遇到单宁会凝固硬化。

目前我国各酒精厂常用的原料中主要有薯类原料，谷类原料，糖质原料。

薯类原料包括甘薯，马铃薯，木薯。

其中甘薯的出酒率较高，原料来源广泛，成本低，淀粉质含量高，淀粉颗粒结构疏松，易于蒸煮糊化，为糖化发酵创造条件；脂肪、蛋白质较少，发酵过程中生酸幅度小，减少对淀粉酶的破坏。

谷类原料有玉米，高粱还有大麦、大米、粟谷等。

糖质原料有甘蔗糖蜜，甜菜糖蜜。

甜菜糖蜜与甘蔗糖蜜的主要区别：

一是甜菜糖蜜中转化糖含量极少，而蔗糖含量较多，而甘蔗糖蜜中蔗糖和转化糖均较多，全糖两者较接近；二是甘蔗糖蜜呈微酸性，而甜菜糖蜜则成微碱性；三是甜菜糖蜜中氮素含量比甘蔗糖蜜多，达1.68%~2.3%，但甜菜糖蜜中占3总含氮量50%左右的甜菜碱很难被酵母消化。

除此之外还要辅助原料，辅助原料是指糖化剂时用来补充氮源所需的原料，主要有麸皮、米糠、玉米粉等富含碳源和氮源的物质。

酒精生产的设备及反应釜主要有：

锤片式粉碎机锤片式粉碎机是利用快速旋转的锤片对物料玉米进行冲击粉碎，使细小的颗粒通过筛片，将物料玉米粉碎成所需的颗粒。

离心式引风机离心式引风机原理是利用机壳内高速旋转的叶轮带动气体旋转运动产生较强的离心力，以提高气体的压强。

当机壳内的气体从业轮中心被抛向叶轮边缘时，在叶轮中心处形成低压这样使吸入口与叶轮中心处形成压强差，在这个压强差的作用下，气体便沿着吸入管道不断的进入叶轮，以补充被排出的气体，这样就形成了物料的循环。

闭风机闭风机的功能是送料或者卸料，又能起到闭风的作用。

其工作原理是在圆筒形机壳内装有可以旋转的由若干叶片组成的转子。

物料由上部落下，进入转子叶片间的空格内，随同转子旋转，当转至下部时借自身的重力从出料口进入调浆池中。

转子的空格转至顶部时，有物料重新落入，转子就这样不停的旋转，不断的送料与卸料。

因叶片与壳体之间的空隙很小，又有物料填满，故又能起到闭风的作用。

袋式除尘器袋式除尘器的工作原理是含尘气体以很大的流速从进风口沿切线进入，小部分颗粒粉尘在惯性离心力和重力的作用下沉降下来。

而大部分的粉尘在风力作用下吹附在滤袋外侧，而气体则经过滤布从袋子中央吹出。

同时安装在除尘器底部的布风机周期性的向滤袋内鼓风，将附着在滤袋外侧的粉尘震落下来，而达到出尘的目的。

罐状容器及其他设备：

调浆池：

物料经过粉碎后经各管道所进入的场所，物料进入调浆池的同时向里面加水，使物料成糊状。

一次液化罐：

罐筒体呈圆柱形，底盖和顶盖呈锥形，顶盖上方安装有搅拌装置，对从调浆池进入的物料进行一次液化。

二次液化罐：

罐筒体呈圆柱形，底盖和顶盖呈锥形，顶盖上方安装有搅拌装置，对从一次液化罐进入的物料进行二次液化。

高温蒸煮罐：

罐筒体呈圆柱形，顶盖是封头形状，底盖圆形，对从二次液化罐进入的物料进行高温蒸煮。

后熟罐：

罐筒体呈圆柱形，顶盖呈锥形并安装有搅拌装置，盛放由高温蒸煮罐进入的物料，并对物料进行最后一次液化。

糖化罐和酒母培养罐：

罐筒体呈圆柱形，底盖和顶盖呈锥形，顶盖上方安装有搅拌装置，罐内靠近罐壳外侧有环形盘管，可以盛放冷水，对物料进行降温，酒母培养罐是用来培养酒母的。

发酵罐：

罐筒体呈圆柱形，底盖和顶盖呈锥形，罐内整个空间安有盘管，管内可通入冷却水，对物料进行降温。

螺旋板换热器：

主要作用是用来对罐内的物料进行降温。

冷凝器：

对生产出来的酒精蒸汽等产品进行降温冷却，从而使酒精以液体的形式经管道输送到酒精库中存放。

蒸馏塔：

由粗馏塔和精馏塔组成，两塔均为有溢流堰的板式塔，由圆柱状的塔体及按一定间距水平设置的若干塔板组成，塔板上主要部件有筛孔、溢流堰和降液管。

塔板主要采用双流型塔板，来自上一层的液体分别由左右两侧降液管进入，横流经过半块塔板进入中间的降液管，到下一层塔板再分别流向左右两侧

在酒精生产中，粉碎的目的是使大块固体物料破碎成小块物料或者粉末物料，这样可以增加原料的受热面积，同时由于原料的粉碎破坏了植物的细胞壁，释放出淀粉，有利于原料中淀粉颗粒的吸水膨胀，提高热处理效率，缩短热处理的时间。

从而加速蒸煮液化、糖化和发酵的反应速度。

在粉碎工序中首先应该注意各设备的开机顺序：

闭风器——袋式除尘器——　　粉碎机——引风机——振动筛；关机的顺序正好与开机的顺序相反。

被粉碎的物料进入振动筛内，调节振动筛电流的大小可以改变振动筛振幅的大小，从而达到改变物料流量的目的，由于引风机的作用，使管道内形成负压，在负压的作用下，将空气和物料同时吸入料管中，物料经由管道在锤片式粉碎机内被粉碎成较细的末状物料，进入闭风器内，一部分物料直接进入调浆池内，大部分物料及粉尘经管道进入袋式除尘器，在其作用下实现除尘，物料最后经管道进入到调浆池内。

在调浆池内有高温蒸汽管道通入，通过调节蒸汽阀门的开度，使调浆池进行预热，使温度控制在60度左右，同时加入4单位每克原料的淀粉酶，在一次、二次液化泵的作用下将糊状的物料不断的向一次、二次液化罐内输送。

一次液化温度为70~80度，液化时间为30~40分钟，二次液化温度为100~105度，后熟液化时间为50~60分钟，同时要在两液化罐内添加淀粉酶，从而使物料中的淀粉得到充分的释放。

这些淀粉经过40~80度的预热，维持40分钟左右以后，再经过高温蒸煮罐加热至130~145度蒸煮一个小时，使原料中的淀粉变成溶解状的糊液，这时可溶性糊液才能更好的被淀粉酶充分利用，同时高温还起到杀菌的作用，防止产生杂菌污染。

然后物料被输送到后熟罐内，继续添加淀粉酶，使淀粉彻底的释放，最后经后熟泵将物料输送至糖化工序。

原料经过蒸煮、液化成溶解状态的淀粉或糊精，但还是不能被酵母菌利用。

因此，经过蒸煮液化的糖化醪，在发酵前必须加入一定量的糖化酶制剂，使溶解状态的淀粉变成酵母能够发酵的糖类。

糖化的过程是淀粉酶的水解作用，把淀粉糖化转变成可发酵性还原糖。

糖化的操作分间歇糖化和连续糖化。

间歇糖化中将糖化罐冲洗干净后，蒸汽100度灭菌一个小时，再甲醛蒸气灭菌30分钟。

之后将蒸煮醪打入糖化罐容积三分之二，开降温水并控制温度为62度左右，加入适量糖化酶，保持糖化温度58~60度，糖化40分钟，然后经螺旋板换热器冷却至32~34度，送往发酵罐。

连续糖化，糖化罐灭菌后打入醪液，降温至62度加入适量糖化酶，保持糖化温度58~60度，当糖化罐液位达到规定的刻度时，启动送料泵，经螺旋板换热器冷却到32~34度，送料至发酵罐。

酒母的制备：

先将酒母罐进行蒸汽灭菌一个小时，放净罐底积水，然后甲醛蒸气灭菌三十分钟，放净罐底积水。

从蒸煮罐中直接打入蒸煮醪，同时开启搅拌装置和冷却水降温，到温度为62度时加入一定量糖化酶，保持58~60度30分钟，加适量硫酸调PH在4.0~5.0之间，当醪液温度降至40度以下时按规定加入适量的青酶素，温度降至34度时加入适量干酵母，搅拌均匀后，静置培养8~10小时，温度控制在33~35度，制备好之后经送料泵打入发酵罐中。

所谓的酒精发酵，就是指发酵醪中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的过程。

在酒精发酵过程中，把整个原料的发酵管理分为三个时期，即是发酵前期、主发酵期和后发酵期。

发酵前期是酵母菌生长规律的调整期，通过这段时期的调整，使发酵醪中获得足够多的酵母细胞数，最高可达1.5亿每毫升醪液。

这时期应控制好糖度和发酵醪中的PH值。

发酵前期对整个发酵工艺起着重要的作用，是发酵工艺的保证。

主发酵期是酵母生长、繁殖的最旺盛时期和细胞增殖的平衡期。

这个时期发酵醪中的酵母菌数目足够满足发酵的需要。

温度控制在35~38度以下，并控制糖度和PH在适当的范围之内。

后发酵期，由于主发酵期过后发酵醪中营养物质的消耗，代谢产物酒精的积累，使酵母菌体数量、质量大幅下降，使发酵速度变得缓慢的时期。

在实际生产中三个阶段是连续的，不能截然分开。

发酵后期通过测量、化验分析发酵醪中外观糖度、残余还原糖、残余总糖、酒精含量、酸度的变化是否已达指标要求，若达到要求则该发酵醪成为成熟醪，就可以将它经往复泵打入蒸馏塔进行酒精蒸馏。

在发酵成熟醪中，不单是含有酒精，还有其他杂质。

酒精的含量仅为7%~11%左右，通过加热蒸馏的方法可以得到纯度较高的酒精。

经发酵成熟的成熟醪经往复泵送到预热器预热到70度，从粗馏塔顶层进入塔内，塔釜用高温蒸汽加热，酒精蒸汽逐层上升加热，使酒精汽化。

由粗馏塔进入精馏塔的酒精蒸汽，经精馏塔精馏提纯，上升到塔顶，进入冷凝器，被冷凝成液体，流入强制回流罐。

未经冷凝的汽体在分冷凝器内冷凝成液体，一并流入强制回流罐，由强制回流泵送入精馏塔顶，继续蒸馏。

少量未冷凝的酒精蒸汽，最后冷凝后作为工业酒精。

最后不能冷凝的气体由排醛器排出。

成品食用酒精则经成品冷却器冷却后经管道输送入酒精库。

杂醇油采用液相取油，经杂醇油分离器冷却后进入杂醇油贮罐。

废液则由塔釜浮鼓排液器排除。

酒精的用途非常广泛，可以为工业提供能源，如作为汽车的燃料或与汽油组成混合燃料，酒精是一种很好的有机溶剂，许多有机溶剂的生产都要使用，如：

用酒精脱水生成乙烯，用以生产合成橡胶、聚乙烯等。

酒精具有杀菌作用，可以被医疗卫生部门广泛用作消毒剂、防腐剂，还可以制造农药。

在食品饮料工业中，用来生产汽酒、果酒、白酒等。

总之，酒精的用途非常广泛，在国防工业、医疗卫生、有机合成、食品加工、工农业生产以及科研中都有广泛的应用。

众所周知，上世纪七十年代中期的石油危机，给世界上的许多国家以沉重的打击，许多国家为了减少对石油进口的依赖，实现能源多元化，制定了酒精燃料发展计划。

其中，巴西是世界上开发利用酒精能源最好的国家，走出了一条酒精能源开发的成功道路，值得我们借鉴。

酒精能源的发展前景广阔，到目前为止已经研发出了酒精汽车，通俗的说就是使用乙醇作为燃料的汽车。

目前研发的酒精燃料应用方式有：

掺烧和纯烧。

而巴西、美国等国家在多年以前就研制出了乙醇汽油，供双燃料汽车使用，这种汽车既能单独使用汽油也可以单独使用酒精作为燃料，或者使用汽油和酒精的混合燃料。

2004年10月10日，巴西航空工业公司研制的世界首架酒精燃料飞机在巴西圣保罗试飞成功，此举推动了酒精燃料用于航空领域。

而且巴西已经成为了世界上唯一一个不供应纯汽油的国家，也是世界上使用酒精作为汽车燃料最为成功的国家之一。

美国从1979年开始推广酒精－汽油混合燃料（含10％酒精），目前其燃料用酒精已超过500万吨，减少了对石油的需求，改善了贸易平衡，增加了能源安全，减少了汽车尾气污染，同时提高了玉米等农产品价格，增加了农业收入。

预计未来十年其燃料酒精的增长速度平均为每年12％。

使用酒精燃料能够使能耗降低，实现能源多元化。

从环保方面，完全以酒精为燃料的汽车的二氧化碳排放量是同类汽油汽车的十二分之一，同时还能减少汽车尾气中铅化合物、碳氢化合物、氮氧化合物等有害物质的排放量，达到改善环境的目的。

同时也会为广大消费者带来实惠。

酒精燃料价廉物美，干净清洁，价格比汽油便宜45%，能为消费者节省大笔开支。

相信在不久的将来，世界各地一定会出现更多的酒精燃料汽车，酒精燃料将得到更大的普及和应用。

参考文献：

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生物质能卷》中国可再生能源发展战略研究项目组中国电力出版社;第1版（2008年11月1日）

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