5165372198发酵法产5万吨乙醇的工艺设计【毕业设计论文】.doc

浙 江 * * 学 院 毕业设计（论文）题目：发酵法年产5万吨乙醇的工艺设计姓 名 :系 别、 专 业 : 导 师 姓 名、职 称 : 完 成 时 间 : 发酵法年产5万吨乙醇的工艺设计 摘 要：乙醇的生产过程包括原料除杂，粉碎，液化，糖化，除菌，发酵，精馏这几个主要的过程。本设计简述了从木薯原料预处理、液化、酶糖化到发酵生产后处理整个发酵乙醇生产工艺流程，主要完成了发酵段，精馏段的计算及附属设备的选型。关键词：乙醇 ；发酵；精馏Technological Design of 50,000 tons by fermentation of ethanol Every Year.Abstract:Ethanol production process includs these major processes: raw material impurity, grinding, liquefied, saccharification, sterilization, fermentation, distillation. The design brief pretreatment of raw materials from cassava, liquefaction, saccharification enzyme fermentation production to post-processing the entire production process,and the major assignments are calculated fermentation, distillation section and selecting of pumps and storage tanks.  Keywords: Ethanol ;Fermentation; Distillation目 录摘 要IABSTRACTII1 概述11.1乙醇的性质及质量标准11.1.1物理性质11.1.2化学性质11.1.3生化性11.1.4质量标准11.2乙醇生产的意义及发展史21.2.1乙醇生产的意义21.2.2乙醇生产的发展21.3乙醇的应用领域31.4主要生产工艺31.4.1合成法31.4.2发酵法42 建厂可行性分析82.1 需求和拟建规模82.1.1原料简介82.1.2木薯原料的优势82.1.3乙醇市场分析82.2主要建设条件82.3 环境保护及废物处理82.4 企业组织管理82.5 资金筹措方式93 乙醇发酵工艺103.1木薯的处理103.1.1原料除杂103.1.2原料粉碎103.1.3原料输送113.2液化和糖化113.2.1液化113.2.2糖化123.3乙醇发酵123.3.1乙醇发酵常用的微生物123.3.2酵母生长条件133.3.3酵母的培养工艺133.3.4发酵乙醇的机理153.3.5乙醇发酵工艺153.3.6乙醇发酵的成熟指标153.4空气除菌与设备154 物料衡算184.1原料消耗的计算184.1.1每吨95%乙醇木薯干的消耗量184.1.2每吨95%乙醇-淀粉酶的消耗量184.1.3每吨95%乙醇糖化酶的消耗量184.2醪液量的计算194.3发酵过程的计算204.3.1发酵罐的计算204.3.2发酵热的计算214.3.3成熟醪发酵液中乙醇含量224.4 产品精制224.4.1 计算机模拟结果224.4.2塔高与塔径244.4.3塔(T-2)塔板主要工艺尺寸294.4.3.1 溢流装置的计算294.4.3.2 塔板分块314.4.3.3 筛板计算314.4.3.4 筛板的流体力学验算314.4.4 塔板负荷性能图的计算324.5换热器选型364.5.1塔（T-1）塔顶冷凝器（E-1）364.5.2塔（T-2）塔顶冷凝器（E-2）364.6储罐选型374.6.1储罐(V-1)374.6.2其它储罐选型374.7泵的选型374.7.1泵(P-1)374.7.2其它泵的选型384.8小结385 全厂总平面设计405.1总平面设计任务及内容405.1.1总平面设计任务405.1.2工厂组织405.2总平面设计原则405.3总平面布置论述405.4 辅助车间设施415.4.1 质检室415.4.2 仓库415.4.3 机修间415.4.4 污水处理425.4.5 生活设施425.5 供电系统425.5.1 供电要求和相应措施425.5.2 车间配电原则425.5.3 主车间配电425.6 用水系统425.6.1乙醇厂用水分类425.6.2给水系统和配水系统425.6.3冷却水循环系统425.6.4排水系统426 人力组织436.1 基本原则436.1.1 劳动力组织原则436.1.2 企业组织原则436.2 车间劳动制度436.3 乙醇生产车间人员编制43符号说明44致谢45参考文献46附录一 工艺流程图47附录二 筛板塔（T-2）条件图48附录三 车间平面布置图49附录四 车间立面图501 概述1.1乙醇的性质及质量标准乙醇又名酒精，是由碳、氢、氧3种元素组成的有机化合物，分子式为C2H5OH，结构简式为CH3CH2OH，相对分子质量为46。乙醇既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是可再生的清洁能源。乙醇作为重要的溶剂和化工原料而广泛应用于化学工业和医药卫生事业，它又是饮料酒工业的基础性原料，也是一种方便而较干净的液体（或固体）燃料。1.1.1物理性质乙醇是无色透明的液体，比水轻，具有特殊的芳香气和刺激味，吸湿性很强，可与水以任何比例混合并产生热量。乙醇易挥发易燃烧，燃烧时产生大量的热量，燃烧产物是水和二氧化碳。乙醇蒸汽与空气能形成爆炸性混合气体，爆炸极限为3.5%-18%（体积分数）乙醇的物理指标：熔点()：-114.1沸点()：78.3 相对密度(水=1)：0.79相对蒸气密度(空气=1)： 1.59 饱和蒸气压(kPa)：5.33(19)燃烧热(kJ/mol)：1365.5 蒸发热(kJ/L)：918.76 临界温度()：243.1临界压力(MPa)：6.38 辛醇/水分配系数的对数值：0.32闪点()：12 引燃温度()：363溶解性： 与水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多数有机溶剂。1.1.2化学性质1）  氧化作用下乙醇的变化2C2H5OH + O22CH3CHO + 2H2OC2H5OH + O2CH3COOH + H2OCHOH + O 2CO2+3H2O2）  碱金属，碱土金属与乙醇的作用     2Na + 2C2H5OH2C5H5ONa + H2Mg + 2C2H5OHC(C2H5O)2 Mg + H23）  酸与乙醇的反应     CH3COOH + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O4）  乙醇的脱水反应     CH3CH2OH CH2=CH2 + H2O     2CH3CH2OH C2H5OC2H5 + H2O1.1.3生化性乙醇能使细胞蛋白质凝固，尤以75%（体积分数）的乙醇作用最为强烈，浓度过高，细胞表面的蛋白质迅速凝固形成一层薄膜，阻止乙醇向内部渗透，作用效果反而降低，浓度过低则不能使蛋白质凝固1。因此常选用75%（体积分数）的乙醇作消毒剂乙醇易被人体肠胃吸收，吸收后迅速解放出热量。少量乙醇对大脑有兴奋作用，数量较大则有麻醉作用，大量乙醇对肝脏和神经系统有害作用。1.1.4质量标准乙醇作为一种原料性的产品，其产品质量必须达到一定的标准。通常，乙醇按含杂质多少分为：无水乙醇、试剂乙醇、食用乙醇，医药乙醇，工业乙醇。其食用乙醇国家标准如表1.1所示。表1.1 乙醇的质量指标表项    目特  级优  级普 通 级色度/号101010乙醇/（体积分数）96.095.595.0硫酸试验/号51060氧化时间/min403020醛/mg/L1330甲醇/mg/L250150正丙醇/mg/L235100异丁醇异戊醇/mg/L1230酸（以乙酸计）/mg/L71020酯（以乙酸乙酯计）/mg/L101825不挥发物/mg/L102025重金属（以Pb计）/mg/L111氰化物（以HCN计）/mg/L5551.2乙醇生产的意义及发展史1.2.1乙醇生产的意义乙醇是可再生能源,若采用小麦、玉米、稻谷壳、薯类、甘蔗、糖蜜等生物质发酵生产乙醇,其燃烧所排放的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳, 在数量上基本持平,这对减少大气污染及抑制温室效应意义重大。发展乙醇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。根据我国生物燃料乙醇及车用乙醇汽油“十一五”发展专项规划，“十一五”期间，我国将生产600万吨生物液态燃料，其中燃料乙醇500万吨，生物柴油100万吨；到2020年，生产2000万吨生物液态燃料，其中燃料乙醇1500万吨。如果完全用玉米来生产，按照1：3.3比例计算，2010年对玉米的需求将达到1650万吨，2020年将达到4950万吨，加上其他工业消费对玉米需求的增长，未来我国玉米生产将难以满足燃料乙醇生产的工业化需求，完全使用玉米生产燃料乙醇在我国并不现实。随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格节节攀升，考虑到玉米生物乙醇的发展可能威胁到国家的粮食安全，为此，2006年起国家停止新批玉米燃料乙醇企业，并大力鼓励发展非粮食作物为原料开发燃料乙醇。所以以非粮作物为原料生产乙醇有着广阔的市场前景，对解决日益紧迫的液体燃料短缺问题具有极其重要的意义。1.2.2乙醇生产的发展1）生产技术的现代化新中国成立前，我国乙醇工业的规模很小，生产工艺均为间歇式，以麦芽作淀粉糖化剂，原料不经粉碎，淀粉利用率只有60%左右。20世纪50年代中期开始进行技术革新，首先在糖化剂方商采用微生物糖化剂代替麦芽，1964年推行机械通风制曲，随后普遍应用液体曲，1978年开发出高活力糖化酶新菌种（UV-11）进入20世纪90年代后逐步使用具有国际水平的耐高温X-淀粉酶和高转化率糖化酶。在淀粉质原料的蒸煮、糖化工艺方面采用一级真空冷却连续糖化。在发酵方面，出现了应用耐高温酵母、酿酒用活性干酵母（或鲜酵母）及固定化酵母的新工艺。在蒸馏方面乙醇蒸馏的塔器配置从两塔、三塔/四塔、五塔发展到八塔蒸馏，近年来差压蒸馏等新技术正在生产中推广应用。50年来，我国的乙醇生产技术得到很大发展，淀粉利用率达90%以上，水平高的企业淀粉出酒率达5556%；发酵液乙醇浓度由5%提高到10%左右；每吨乙醇耗煤从过去普遍在2吨以上降到1吨以下（最低达500公斤）。进入90年代后，随着食用乙醇国家标准的制订和实施，我国乙醇工业的生产技术水平得到了普遍性的提高2） 建立了完善的乙醇产品质量标准，具有生产多种规格乙醇产品的实力20世纪50年代初期，我国乙醇产品无统一的质量标准。有的厂"够度"即算合格，有的厂参考外国标准自行规定一些检查项目，也有的厂按中华药典中医药乙醇的要求生产。1954年，哈尔滨、济南、天津等乙醇厂应军工的需要按原苏联的乙醇标准（roct5921-51）试制成功"精馏酒精"，并按此生产。1956年，原食品工业部参照原苏联乙醇标准及中华药典制订了"精馏酒精"（食酒0301-56）和"医药酒精"（食酒0302-56）的部颁标准。至此，我国乙醇工业有了全国统一的产品质量标准。现今，我国已经具备较完整的乙醇产品质量标准体系，并正在对食用乙醇国家标准（GB13043-89）组织进行修订，以使其进一步和国际先进水平接轨。不断提高并有着先进性的产品标准，有力促进了我国乙醇生产和质量水平的不断提高。现在大多数企业都能生产普级食用乙醇，相当一部分企业具有生产优级食用乙醇的实力，有多家企业进行着高纯度特级乙醇的生产。3） 糟液治理与综合利用取得长足发展过去，糟液除略行简单过滤直接用作饲料外，基本上不予处理。随着生产的发展，对糟液的治理逐步引起重视，20世纪60年代用薯类乙醇糟液大规模进行沼气发酵取得成功，逐步推广并不断完善，现在最大的沼气发酵罐容已达5000立方米。针对沼气发酵后消化液的进一步处理，好氧法取得一定成效；近来南阳乙醇总厂开发出一套实用而有效的治理措施，采用物理化学法去除悬浮扬（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有机物（获得沼气），从而使薯类乙醇糟液的治理实现了经济上有利的达标排放2。1.3乙醇的应用领域乙醇的用途很广，主要有：1）消毒剂：医院用的一般用浓度为70%75%的乙醇溶液，因为这种浓度的乙醇溶液杀菌能力最强；此外也是碘酒消毒剂的成分之一。2）饮料：乙醇是酒主要成分（含量和酒的种类有关系）如白酒为56度的酒。3）基本有机化工原料：乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料。4）汽车燃料：乙醇可以调入汽油，作为车用燃料，美国销售乙醇汽油已有20年历史。此外乙醇还做：稀释剂、有机溶剂、涂料溶剂等几大方面，其中用量最大的是消毒剂。1.4主要生产工艺乙醇工业生产方法分为发酵法和合成法两大类。1.4.1合成法化学合成法是利用炼焦炭、裂解石油的废气为原料，经过化学合成反应而制成乙醇。目前工业上采用的合成法主要是乙烯直接水合法，即将乙烯在浸渍有磷酸的固体催化剂上进行水合反应。所得稀乙醇溶液需经过精馏提纯以除去部分水和副产物。此外还有乙烯间接水合法、乙醛加氢法、CO-H2合成乙醇等。1）乙烯直接水合发催化剂乙烯直接水合法就是乙烯和水在高温、加压、催化剂条件下直接加成得到乙醇的方法：230300，78MPaC2H4 + H2O C2H5OH2）乙烯间接水合法间接水合法生产乙醇的出现早于直接水合法。在1825年，就已经出现了乙烯在硫酸介质存在下，液相水合为乙醇的实验研究。经过一个世纪后乙烯用硫酸吸收再经水解制备乙醇的方法获得了工业化。乙醇间接水合法又称硫酸法，采用硫酸作催化剂，经过两步反应，由水与乙烯合成乙醇。第一步：乙烯与硫酸作用生成硫酸氢乙酯或硫酸二乙酯； CH2=CH2 + H2SO4 CH3CH2-OSO2OH 或 2CH2=CH2 + H2SO4 (CH3CHO)2SO2第二步：硫酸氢乙酯或硫酸二乙酯水解，生成乙醇，释放出硫酸： CH3CH2-OSO2OH + H2O CH3CH2OH + H2SO4或 (CH3CHO)2SO2 + 2H2O 2CH3CH2OH + H2SO4硫酸氢乙酯、硫酸二乙酯水解过程中伴随有副产物乙醚的生成。3）乙醛加氢法此法是将乙醛在160200，铜催化剂的存在下加氢制得乙醇，其他化学反应式如下：催化剂CH3CHO + H2 H3CH2OH乙烯氧化发生产乙醛又分为氧气法和空气法。氧气法是在120130，300kPa左右的压力下进行反应；空气法是在100105，压力11.2MPa下进行反应。利用氯化钯做催化剂，在盐酸溶液中使乙烯被空气或氧气直接氧化成乙醛.4）CO-H2合成乙醇一氧化碳和氢气混合气来源十分广泛，我国煤炭储量丰富，大力开发煤气化制备CO-H2混合气具有广泛的发展前景。2CO + H2C2H5OH + H2O3CO + H2C2H5OH + CO2由反应式可知。CO与H2的摩尔比应符合化学计量关系，CO:H2=1:2或1:1。因此实际生产中为使混合气的摩尔比恰好为1:2，可采用向欲转化的烃类中通CO2以调整转化后的产物中的分子比例。即：3CH4 + 2H2O + CO2 4CO + 8H2从热力学角度看，合成乙醇在较低的温度下进行比较适宜，但低温下反应速度太慢，为提高反应速度，应适当提高反应温度。然而随着温度的提高，副反应增多并加剧，而且无论从热力学和动力学角度来看，温度提高对副反应的生成较乙醇的生成更便利，因此为使反应向主反应方向进行，必须寻找一种选择性高、催化性好的催化剂，这是由CO-H2合成乙醇的关键。1.4.2发酵法发酵法采用各种含糖（双糖）、淀粉（多糖）、纤维素（多缩己糖）的农产品，农林业副产物及野生植物为原料，经过水解（即糖化）、发酵使双糖、多糖转化为单糖并进一步转化为乙醇。淀粉质在微生物作用下，水解为葡萄糖，再进一步发酵生成乙醇。发酵法制酒精生产过程包括原料预处理、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、废醪处理等。 1）淀粉质原料的发酵工艺 乙醇的发酵工艺分为间歇发酵、半连续发酵和连续发酵三种。间歇发酵 间歇发酵也称单罐发酵，发酵的全过程在一个发酵罐内完成。根据糖化醪的添加方式分为以下几种。一次加满法。该法是将糖化醪冷却到27-30后，送入已经清洗、灭菌的发酵罐中，一次加满，同时加入10%的酒母醪，经60-72h发酵即得到成熟发酵醪。该法具有操作简单，易于管理的优点。但存在初始酵母密度低，发酵除患期延长，初始生长和发酵速度低的缺点。分次添加法。此法操作时，糖化醪分几批加入发酵罐。一般先打入发酵罐容积约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，直至加满容积的90%以上为止。该法的优点是：发酵旺盛，延缓期短，有利于抑制杂菌繁殖。采用这种方法最好使酵母增殖发酵、糖耗同步，然后及时补充糖化醪。间隔时间不要太短，否则会影响酵母的增殖间隔时间也不易过长否则可能造成原料发酵不彻底，成熟醪残糖过高。连续添加法。即使酒母醪打入发酵罐中，同时连续添加糖化醪。糖化醪流加速度应根据工厂生产量来定，一般应控制在6-8h内加满几个发酵罐。流加过慢，会延长满灌时间，还可能造成发酵物质的损失。流加过快，则会造成发酵醪中酵母密度小，对杂菌无抑制，可能造成染菌。分割主发酵醪法。该法是将处于旺盛主发酵阶段的发酵醪分割出1/3-1/2到第二罐，然后两罐同时补加新鲜糖化醪至满罐，继续发酵。放第二罐又处于主发酵阶段时，再次进行分割。该法的前提是发酵醪基本不染菌。它具有节省酵母用量，接种量大，发酵时间短的优点，但易染杂菌，一般不主张采用3。半连续发酵 半连续发酵时主发酵阶段采用连续发酵，后发酵阶段采用间歇发酵的方法。更具糖化醪流加方式的不同，半连续发酵又分为以下两种方法。第一种方法是将一组发酵罐连接起来，使前几只发酵罐始终保持主发酵状态。从第三只发酵罐流出的发酵液分别顺次加满其他发酵罐，完成后发酵。应用该方法可节省大量酒母，缩短发酵时间，但必须注意消毒杀菌，防止杂菌污染。第二种方法是将7-8只发酵罐组成一个罐组，每只发酵之间溢流管连接。生产时，先制备发酵罐提交1/3的酒母，加入第1只发酵罐内，并在保持主发酵状态的前提下流加糖化醪。满罐后，通过溢流管流入第2只罐，当充满1/3体积时，糖化醪改为流加入第2罐，当第2罐加满后，溢流入第3只罐，然后重复第2只罐的操作，直至最后1只罐满罐。最后，从罐至末罐逐个顺次将成熟发酵罐送去蒸馏4。该法可以节省大量酒母，发酵时间缩短，但每次新发酵周期开始时要制备新的酒母。连续发酵 间歇发酵过程中，发酵罐中的培养液始终不断更新，因此，发酵过程中的各个参数，如糖浓度、乙醇浓度、菌体数、pH等会不断发生变化，酵母菌受到环境变化的影响较大，不能始终保持最高的发酵状态。另外，间歇发酵过程的辅助时间较长，设备利用率也较低，且控制不易全部自动化。如果采用连续发酵的方法，就能很好地解决上述问题。连续发酵可分为全混连续发酵和阶梯式连续发酵两类：全混连续发酵是微生物在一个设备中进行的，液体培养基混合搅拌良好，以保证整个罐的均一性。根据控制的方法又可分为化学控制器法（恒化器法）和浊度控制器法（恒浊器法）两类。阶梯式连续发酵是乙醇发酵较常采用的发酵形式。发酵过程是在同一组罐内进行的，每个罐本身参数基本不变，但罐和罐之间按一定规律形成一个梯度。从首罐至末罐，可发酵物浓度逐罐递减，乙醇浓度逐罐增加。发酵时，糖化醪连续从首罐加入，成熟发酵醪连续从末罐流出5。几种常见具体工艺如下。循环发酵。该发酵罐组由6-8只罐组成，每个罐之间用溢流管数次自上而下连续。糖化醪进料通往大酒母罐和发酵罐组的第一和最末两只发酵罐。发酵开始时，糖化醪和成熟酒母醪同时流入罐组的第1只罐，充满后，发酵醪沿溢流管流入第2只罐，然后顺次流入充满至最后第2只罐。大概需时60h左右，然后不再流加醪液，各自进行间歇后发酵。这是糖化醪和酒母醪开始流入最后一个发酵罐，当这只罐充满时，原来的最后第2罐已经发酵结束，并已防空清洗杀菌完毕，发酵醪由溢流管流入，发酵的第2各循环沿反方向开始进行。顺式连续发酵法。该法发酵开始时，酒母醪和糖化醪一起流入第1只发酵罐中，充满后，发酵醪沿溢流管依次流入第2、第3、直至充满整个罐组。成熟发酵醪从最后一只发酵罐中流出，送去蒸馏。如此操作连续不断。2）糖蜜原料的发酵工艺糖蜜乙醇发酵的机理和营养要求与淀粉质原料乙醇发酵完全相同。但糖蜜乙醇发酵也有自己特有的特点。这里主要介绍糖蜜发酵的工艺。蜜糖乙醇发酵的方法很多，也可以非为间歇发酵、半连续发酵和联系发酵。间歇发酵 又分为一下几种操作方式。普通间歇发酵。发酵罐空罐清洗后用蒸汽杀菌100保温0.5-1h，冷却至30后，接入培养成熟的酒母醪液，并补入温度为27-30的发酵糖液进行发酵。发酵温度控制在33-35的发酵。发酵时间一般为32-36h，通常40-50h即可送去蒸馏，成熟醪酒度为6.5%-7%（体积分数），发酵效率达86%-87%6。分割式间歇发酵。该法是第1只发酵罐按间歇发酵进行至主发酵阶段，从该罐分割1/3-1/2发酵醪至第2罐中，用稀糖液加满两罐，第1至继续发酵直至终了，送去精馏。第2罐进入主发酵阶段后，再分割1/3-1/2至第3罐，再用稀糖液加满两罐，如此继续下去。稀糖液浓度一般为18%-20%，发酵温度为33-35，发酵时间30-36h，成熟醪酒度6%-7%。该法可省去大部分发酵制备时间，但容易染菌。为此，除了认真进行糖蜜酸化（pH4.0）和添加五氯苯酚钠外，每天还应更换一次新鲜菌种。分批流加间歇发酵。该法是在发酵罐内加入10%-20%的酒母后，分3次加入基本稀糖液，第一、二次加入罐容积约20%的今本稀糖液，第三次加入40%-50%的基本稀糖液，以后保持罐内醪液糖浓度一致，有利于酵母的发酵。当糖度降到5.5%-6%时，才开始添加基本稀糖液，最后一次糖液的添加应保证成熟醪酒度8.5%-9%。发酵温度控制在30-35发酵时间36-48h。连续流加间歇发酵法。连续流加发酵的特点在于基本稀糖液是按一定速度连续加入发酵罐中，直至罐满。该法先将发酵醪总量20%-30%的成熟酒母醪送入发酵罐。然后加入数量相同的酒母稀糖液（14%浓度）。通风培养2h，是发酵醪浓度降至7.0%-7.5%。开始连续流加浓度为33%-35%的基本稀糖液，保持发酵醪的浓度在10%左右。流加至满罐后，任其发酵结束。发酵温度控制在33-34，总发酵时间在16-20h，发酵醪乙醇含量在9%（体积分数）以上。半连续发酵 半连续发酵是主发酵采用连续发酵，后发酵采用间歇发酵的发酵方式。具体的方法与淀粉质原料发酵半连续发酵相同。连续发酵 糖蜜连续发酵乙醇的工艺已比较成熟，也是目前最合理的发酵工艺，已报道的连续发酵工艺的方案很多，归纳起来有两种基本流程，即：单浓度流加连续发酵法和双浓度流加连续发酵法。单浓度单流加连续发酵法。该法是只用一种浓度的糖液进行单流加以实现连续发酵的流程。该流程以稀糖液与成熟酵母同时进入第1只发酵罐内，酵母繁殖和稀糖液同时进行，产生含足够量的酵母细胞的发酵醪，并且连续加入稀糖液，发酵罐满罐后依次进入下一罐连续发酵直至发酵成熟。双浓度双流加连续发酵法。该法是使用两种不同的糖液，即酒母稀糖液和发酵稀糖液（基本稀糖液）进行双流加以实现连续发酵流程。一般对质量好、纯度高的糖蜜采用单浓度单流加连续发酵与双浓度双流加发酵法均可，单对纯度低、质量差的糖蜜不宜采用单浓度单流加发酵法而应当采用双浓度双流加连续发酵法。双浓度双流加连续发酵法中，低浓度糖液（酒母糖液）与高浓度糖液（发酵糖液）流加液比通常为1:1，而六角糖比例为优质糖蜜4:6，劣质糖蜜3:75。3）纤维质原料的发酵工艺纤维质原料的乙醇发酵工艺根据原料处理方法的不同可分为酸水解乙醇发酵工艺和酶水解发酵工艺。酸水解乙醇发酵工艺浓酸水解工艺流程。浓酸水解工艺流程如图1.1使用浓度为70%左右硫酸，在100温度条件下处理木质纤维素，破坏纤维素之间的晶型结构，使其水解为流动的不定形物质，这一过程也成为纤维素的溶解和去结晶。纤维素成为不定形位置后，加水将酸的浓度稀释到20%30%，并在100温度下维持约1h，使半纤维素部分水解，固液分离后得到残渣和水解物，残渣可以二次加酸，是纤维素最大限度降解。再次进行固液分离。最后得到残渣主要成分是难简介的木质素，木质素可以进一步利用。固液分离得到的水解产物在发酵前必须进行糖酸分离，分离得到的稀酸可以进入蒸发系统浓缩后循环使用，得到的糖液中进入发酵阶段7。图1.1 纤维素浓酸水解工艺流程稀酸连续渗滤水解工艺流程。该流程用固体生物质原料填充在反应器中酸液连续通过的反应工式。前苏联的水解工艺主要采用这种形式。它的主要优点有：生成的糖可即使排出，减少糖的分解；可在较低的液固比下操作，提高所得糖的浓度；液体通过分离器内的过滤管流出，液固分离自然完成，不必用其他液固分离设备，反应器容易控制。工艺流程：木材经粉碎后，由带式输送器填入水解器中，水解后剩下的木质素通过排渣器排出器外。水解用酸从储罐经计算器用往复泵送人水解器。水解液从水解反应器流出后，接连通过高压蒸发器和低压蒸发器，在高压蒸发器中水解液175-180降至140-150。在低压蒸发器中进一步降到105-110，水解液最后送往中和器。稀酸二级水解工艺流程。该工艺流程中，纤维质原料共进行两次水解。原料经粉碎后和酸浸泡后进入第一级水解反应器，反应器的温度升到190，用0.7%的硫酸水解，停留时间3min，可把约20%的纤维素和80%的反纤维素水解。离开以及反应器的水解液经液固分离后，糖液进入pH调节器。固形物经螺旋压榨器脱水后进入二级水解器中，治理温度升到220，用1.6%的硫酸水解，停留时间为3min，可把剩余的纤维素水解为葡萄糖。水解液混合后，经酸碱中和，可进入发酵阶段。酶水解乙醇发酵工艺 纤维素水解乙醇生产工艺可分为非同步水解与发酵工艺和同步水解与发酵工艺两类。分别简单介绍如下。非同步水解与发酵工艺（Separate hydrolysis and fermentation ,SHF）。本工艺特点是纤维素水解和水解液乙醇发酵是分别在不同容器内单独进行的8。早期的纤维质原料都是采用这种工艺。工艺流程如图1.2所示图1.2 稀酸二级水解工艺流程同步水解与发酵工艺(Simulataneous saccharification and fermentation,SSF)。随着对纤维素酶水解机理的不断认识，20世纪70年代，人们提出了SSF水解工艺。该工艺可以解决葡萄糖的反馈抑制作用，如果选用适当的酵母，纤维二糖也能够利用。因此该工艺可以提高水解速度，糖的产量和乙醇得率也将增加。目前，SSF已成为很有前途的生物质制乙醇的工艺。工艺流程如图1.3所示图1.3 纤维质原料同步水解与发酵工艺在一般的SSF工艺中，预处理生产富含五碳糖的液体是单独发酵的。随着能同时发酵葡萄糖和木糖的新型微生物的开发和应用，又发展了同步水解发酵工艺（Simultaneous saccharification and co-fermentation,SSCF）。该工艺中预处理得到的糖液和处理过的纤维素放在同一个反应器中处理，进一步简化了流程9。2 建厂可行性分析2.1 需求和拟建规模2.1.1原料简介 木薯是热带和亚热带广泛种植的粮食和经济作物，适应性很强，耐旱、耐瘠、耐水，对土质要求不高，是可在任何土质中生长的作物。我国南方盛产木薯，产量高，淀粉含量高，木薯的块根淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右。木薯已被世界公认具有很大发展潜力、很有前途的乙醇生产的可再生资源。近年来，随着木薯原料用于生产乙醇逐渐受到人们的重视，国内外学者都致力于木薯生产乙醇工艺的研究。 2.1.2木薯原料的优势国外研究机构比较过一些作物发酵法生产乙醇的产出率，在几种主要的乙醇原料作物中，单位面积土地的乙醇产出率以木薯最高，甘蔗次之。木薯是取代玉米等原料生产乙醇的理想替代物，开发木薯乙醇资源前景看好。在同样土地资源条件下，种植木薯可比种植玉米多产近2倍乙醇。利用木薯进行乙醇生产，整株作物无废料，利用效率很高。大型木薯乙醇厂的固定资产投入与销售收入之比为1：5，建设周期短，投放少，投资回收快，效益高。另外，现有糖厂用糖蜜生产乙醇的闲置设备经改造后即可用于木薯乙醇加工。2.1.3乙醇市场分析   乙醇工业在国民经济中占重要的地位，乙醇广泛应用于酿酒行业、化工行业、橡胶工业、油漆涂料工业、电子工业、照相胶片及纸浆生产行业、医药行业、香料工业、化妆品行业等。最具发展前景的是，随着石油等不可再生能源日趋紧张，乙醇作为一种可以再生的能源车用乙醇汽油的大面积推广，乙醇工业在世界经济的地位将越来越重要10。2.2主要建设条件本厂采用本地电网供电，可以避免为建设动力设备而增加的额外投资，而且陕南水电资源丰富，可以确保生产的连续性。本设计采用发酵法制取乙醇，并将酒糟水解重新利用，酒糟过滤除杂后，用粗制复合酶重新水解，作为营养液加入到拌料罐重新回收发酵，进行再生产，环境污染小，资源得到了合理的利用，经济上也是可行的。总之，本设计无论从原材料、动力供应，还是从交通运输等方面考虑，拟建厂址所在地都比较合适。再者，从厂址所在地的经济发展、自然条件的利用都符合我国的国情和西部大开发这一主题。2.3 环境保护及废物处理随着世界特别是我国环境的明显恶化，国民的环境保护意识逐步提高，为了我们生存环境，为了我们自己，为了我们的子孙后代，必须保护环境。废水处理是发酵工业一直头疼的问题，这不仅增加了生产成本，甚至有时处理不好还会造成环境污染。酒糟不仅含有酵母没有利用完全的还原糖，而且含有不少糖化过程残留的大量残余总糖，甚至含有大量酵母生长所必需的营养物质。目前几乎所有的发酵行业对酒糟只是简单进行了沼气生产或转化为廉价的肥料，甚至有的直接排放，造成了极大的浪费，处理不好还会对环境造成污染。可以对酒糟水解重新利用，酒糟过滤除杂后，用粗制复合酶重新水解，作为营养液加入到拌料罐重新回收发酵，进行再生产，不仅可提高原料的利用率，降低生产成本，而且还可节约水资源和能源，提高其经济效益。对污染源、废水、废气、废渣、噪音粉尘烟等的具体防止和处理方法主要依据环境保护法及相应的可行性研究、环保报告和初审意见来确定。2.4 企业组织管理 拟建厂有厂部领导及其下属的科室和车间组成，技术人员主要从离校毕业生和相关企业的有工作经验人员中招聘，劳动工人从本地区招收。普通工人的技能由本厂技工带领培训。企业内部按照有利于发展生产，有利于充分利用人力资源、术、装备、资金，有利于宏观调控微观搞活，有利于调动各个方面的积极性，有利于提高经济效益的原则，在划小核算单位的基础上下放权利，实行分级分权管理。2.5 资金筹措方式 采用部分国家贷款，部分自筹资金和部分银行贷款分期偿还方式，而且筹集资金可以采用职工入股的方式，使职工真正成为企业的主人，充分调动职工的积极性。3 乙醇发酵工艺本设计选用淀粉质原料发酵乙醇。淀粉质原料包括薯类原料（甘薯、马铃薯、木薯、等）。目前，国内主要使用的原料有甘薯、木薯、小麦、玉米和高粱。最初，我国的乙醇生产主要用玉米、小麦等粮食发酵制得，其中主要以玉米为主。随着陈化粮食逐步消耗殆尽和玉米价格节节攀升，考虑到玉米生物乙醇的发展可能威胁到国家的粮食安全，为此，2006年起国家停止新批玉米燃料乙醇企业，并大力鼓励发展非粮食作物为原料开发燃料乙醇。从2006年至今，在保证现有的粮食乙醇生产的基础上，我国燃料乙醇生产企业的发展主要是两个方向：一是木薯乙醇；二是纤维素乙醇。两者都属于非粮食作物，其中，木薯乙醇已处于规模化生产阶段，技术发展已相对完善；而纤维素乙醇在我国还处在试验阶段，技术还有待完善。木薯是热带和亚热带广泛种植的粮食和经济作物，适应性很强，耐旱、耐瘠、耐水，对土质要求不高，是可在任何土质中生长的作物。我国南方盛产木薯，不仅产量高，淀粉含量也很高，木薯的块根淀粉含量达25-30左右，木薯干淀粉含量达70左右，是被誉为“淀粉之王”11。木薯已被世界公认具有很大发展潜力、很有前途的酒精生产的可再生资源。近年来，随着木薯原料用于生产酒精逐渐受到人们的重视，国内外学者都致力于木薯生产酒精工艺的研究。本设计选用木薯为原料发酵制的乙醇，总工艺流程为：原料粉碎拌料蒸煮糖化发酵蒸馏乙醇3.1木薯的处理木薯原料在进行正式生产之前，必须预处理，以保证生产的正常进行和提高生产的效益，预处理包括除杂和粉碎两个工序。3.1.1原料除杂木薯在收获和干燥过程中，经常会掺夹进泥土、沙石、粗纤维、金属杂质等杂质，这些杂质如果没有在正式投入生产之前清除，会严重影响后续生产的正常进行。石块和金属杂质会使粉碎机的筛板磨损或者损坏，造成生产的中断；机械设备运转部位，会因泥沙的存在而加速磨损，杂物还易造成堵塞阀门、管道、泵和关键设备，使生产过程不能正常进行，泥沙等杂质也会影响正常的发酵过程。所以用木薯原料生产酒精前，必需进行除杂，以保证生产的正常进行和提高生产的效益。原料除杂