木薯生产乙醇的工艺

广西现在实行乙醇汽油,谁知道用木薯生产乙醇的工艺?越详细越好! 年长1万吨无水乙醇的生产工艺及设备方案【摘要】【关键词】燃料乙醇 生产工艺 物料衡算 设备选型【正文】1、前言 无水乙醇是一种应用很广泛的有机溶剂，是一种可再生的生物能源。其中燃料乙醇被认为是替代和节约汽油的最佳原料之一，能和汽油以一定的比例混配成一种车用原料。乙醇的生产有化学合成法和生物发酵法，随着全球石油的缩减，化学合成已受限制，生物发酵生产乙醇受各方推崇和应用。生物发酵法是利用淀粉质原料或糖质原料，在微生物作用下生成乙醇的方法。淀粉质原料生产乙醇过程包括：原料粉碎、蒸煮糖化、酒母制备、发酵及蒸馏精制等工序。2、燃料乙醇2.1乙醇性质 酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式C2H6O，（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°)。 乙醇的分子量：46
外观与性状： 无色液体，有酒香。
燃点：75℃ 熔点：-114.1℃ 沸点（一标准大气压下）： 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
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
爆炸上限%(V/V)： 19.0 爆炸下限%(V/V)： 3.3 2.2类别和主产品 工业乙醇（该方案的产品是燃料乙醇）工业酒精含乙醇96%以上，还含少量甲醇和其他物质。 甲醇是有害的。它可以挥发，对呼吸系统有害。有人用工业酒精（含甲醇的乙醇）做酒，饮用后可导致失明。 食用乙醇：食用酒精使用粮食和酵母菌在发酵罐里经过发酵后，经过过滤、精馏来得到的产品，通常为乙醇的水溶液，或者说是水和乙醇的互溶体，食用酒精里不含有对人体有毒的苯类和甲醇。 药用乙醇：乙醇含量在75％左右无水乙醇：无水乙醇的酒精含量极高，分为化学纯和分析纯，化学纯的含量大于等于99.5%，分析纯的含量在99.9%以上。 燃料乙醇是指未加变性剂的、可作为燃料用的无水乙醇。燃料乙醇可缓解能源紧张，减少环境污染，促进农业发展。3、生产工艺3.1总流程 双酶糖化间歇（或连续）发教酒精流程示意图a-淀粉酶 糖化酶 ↓ ↓薯干→粉碎机→调浆罐→连续蒸煮器→蒸煮醪→糖化锅 废槽 ↖ ↓酒精←分子筛脱水 ← 蒸馏←成熟发酵醪←发酵醪←糖化醪杂醇油 ↙ ↙ ↓ ↙ ↓ 酵母种→斜面试管→摇瓶培养→小酒母罐→大酒母罐 ↑ ↗ ↓ 空气→空压机→过滤器→无菌空气 酒母醪3．2原料及原料预处理3.2.1原料 薯干：含淀粉68％，水分13％，直接从市场购买。水：包括粉料液化糖化用水、发酵用水、蒸馏车间用水和清洗用水等，都利用城市自来水或是自来水经过一系列灭菌消毒的无菌水。淀粉酶和糖化酶：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量200u/g原料。硫酸和硫酸铵等：硫酸铵用量8kg/t（酒精），硫酸用量（调pH用）5.5kg/t（酒精）。乙醇酵母：发酵用的菌种，将糖化醪发酵产生乙醇、CO2和其他副产物。3.2.2原料预处理 薯干预处理示意图原料薯干→筛选→浮选→磁选→破碎→制浆→液化（糊化） ↓ ↓ ↘ ↓纤维、泥沙 石块、砖块 铁杂 糖化 ← 冷却 ↑ 糖化酶3.2.2.1原料除杂和粉碎（1）淀粉质原料在收集时，会混进沙土、杂物，甚至金属夹杂物等。一般采用先振动筛筛选，再磁力除铁器磁选以除去杂质。（2）淀粉质原料中淀粉颗粒常以颗粒状态储存于细胞中，不宜被直接利用。粉碎后有利于增加原料表面积，加快吸水速度，缩短水热处理时间；有利于淀粉酶的作用，提高淀粉的转化率，同时有利于原料在生产过程中的输送。粉碎方法有干式粉碎和湿式粉碎，此次采用湿式粉碎进行生产（3）由粉尘损失造成的淀粉损失率约为0.40％。3.2.2.2水热处理（液化）和连续蒸煮糖化（1）淀粉的液化：是利用淀粉液化酶使糊化的淀粉黏度降低，并水解成糊精和低聚糖的过程。 使用耐高温的a-淀粉酶，采用95℃的处理温度，使用普通a-淀粉酶，采用85℃处理温度。现采用低压喷射液化器来完成淀粉的液化。调浆温度为50℃，喷射液化器使粉浆迅速升温至105 ℃，进入维持管保温液化5~8min，真空闪急蒸发冷却至95 ℃进入液化罐反应约60min后，进真空冷却器冷却至63 ℃后糖化30min。低压喷射液化处理工艺 粉料→加水制浆→喷射液化→保温液化→冷却糖化 ↑ ↑ a-淀粉酶 蒸汽 （2）淀粉的糖化：是利用糖化酶将淀粉液化的产物进一步水解成葡萄糖的的过程，并为发酵提供含糖适量并保持一定酶活力的无菌或极少杂菌的醪液。 糖化温度一般根据糖化酶的最适作用温度进行控制，即58~60℃为宜，糖化酶作用的最适pH为4.2~5.0。醪液的pH太高或太低都将破坏酶的活力，不利于糖化。 糖化酶用量一般为每克淀粉使用80~150U，视原料品种、糖化方式等定量。 糖化时间不宜过长，一般在15~25min的范围，也可以根据糖化醪进行调控，即以产生25％~35％的还原糖的时间为宜。蒸煮糖化中由于淀粉残留及糖分破坏造成的淀粉损失约为0.40％。3.2.2.3乙醇酵母的培养 麦芽汁 麦芽汁 麦芽汁 糖化醪琼脂 →↓ ↓ ↓ ↓酵母→斜面试管→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐培养→小酒母罐培养→大酒母罐培养→发酵罐 ↖ ↗ 糖化醪 乙醇酵母的培养（酒母1：10扩大培养）（1）原菌种斜面培养：麦芽汁琼脂，25~30℃培养3~5天（冰箱4℃保存备用）。（2）液体试管：10°Bx麦芽汁，灭菌冷却至25~30℃，无菌接种置25~30℃培养20h。（3）三角瓶培养：1/3麦芽汁和2/3糖化醪， 25~30℃培养12~14h，pH4~6（4）卡式罐培养：糖化醪，25~30℃培养12~14h，pH4~6（5）小酒母罐、大酒母罐培养：糖化醪，25~30℃培养12~14h，pH4~63.3乙醇发酵 ——菌种：乙醇酵母； 培养基：薯干糖化醪→发酵醪； pH:4.2~4.5;（1）前发酵期：醪液中酵母密度小，酵母进行适应，发酵作用不强。实际生产时，酒母量在10％左右，前发酵期时间为6~8h，连续发酵时，前发酵期基本不存在。（2）主发酵期：酵母不再大量繁殖，而主要进行乙醇发酵，发酵作用强烈，糖分消耗迅速，乙醇逐渐增加。主发酵温度控制在30~34℃ 不得高于34~35℃，发酵时间一般为12~15小时。（3）后发酵期：醪液中的糖分已大部分被发酵，但醪液中残存的糊精等多糖成分继续被转化为可发酵性糖，酵母把它转化为乙醇。后糖化作用速度比糖发酵速度要慢得多，乙醇和CO2生产量减少，表观看来气泡不断产生，但醪液不再翻动。后发酵期一般需40小时左右才能完成，保持醪液温度在30℃±1℃ 。（4）发酵过程中的淀粉损失率：发酵残糖——1.3％巴斯德效应——4.0％酒气自然蒸发与被CO2带走——0.30％ （若有酒精捕捉器，损失为0.30％）3.4分离纯化和蒸馏精制分离纯化工艺流程图发酵罐→泵→醪塔→浓缩塔→粗酒精→分子筛塔A、B→冷凝↖ ↗ ↑ ↓蒸汽 蒸汽 无水乙醇过程中的淀粉损失率：（1）废槽带走等——1.60％
（2）脱水损失——1.0％3.5副产品利用和废水废渣处理酒精槽→固液分离→滤液→处理→澄清液→回用及生物处理 ↓ ↓ 滤渣→饲料 ← 泥浆4、物料衡算（1）生产方法：双酶糖化、间歇发酵、塔蒸馏。（2）生产天数：每年300d。 （3）燃料酒精日产量：344t。（4）燃料酒精年产量：100200t。（5）产品质量：国际燃料酒精，乙醇含量99.5％以上（体积分数）（6）主原料：薯干原料含淀粉68％，水分13％。（7）酶用量：a-淀粉酶用量为8u/g原料，糖化酶用量为100u/g原料，酒母糖化醪用糖化酶量200u/g原料。（8）硫酸铵用量8kg/t（酒精），硫酸用量（调pH用）5.5kg/t（酒精）。一 、原料计算①糖化：（C6H12O5）n + nH2O → n C6H12O6 （1-1） 162 18 180发酵：C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2CO2 （1-2） 180 46×2 44×2②生产1000kg燃料酒精的理论淀粉消耗量由（1-1）和（1-2）求得：1000×99.18％×162÷92＝1746.5（kg）燃料酒精体积分数99.5％换算成质量分数为99.18％。③生产1000kg燃料酒精的实际淀粉消耗量 表（3-1） 生产过程各阶段淀粉损失率生产过程损失原因淀粉损失率％备注原料处理粉尘损失0.40蒸煮糖化淀粉残留及糖分坏0.40发酵发酵残糖1.3发酵巴斯德效应4.0发酵酒气自然蒸发与被CO2带走0.30加酒精捕集器0.30％蒸馏废槽带走等1.60脱水脱水损失1．0总计损失9.01746.5÷（100％－9.0％）=1919.2（kg）④生产1000kg燃料酒精的薯干原料消耗量薯干原料含淀粉68％，水分13％1919.2÷68％=2822.4（kg）⑤a-淀粉酶消耗量应用酶活力为20000u/g的a-淀粉酶液化酶用量：2822.4×1000×8÷20000=1.29（kg）⑥糖化酶耗量糖化酶活力为100000u/g。使用量为100u/g原料2822.4×1000×100÷100000=2.82（kg）此外，酒母糖化酶用量按200u/g（原料）计，且酒母用量为10%2822.4×10%×70%×200÷100000=0.395（kg）式中70%为酒母的糖化液占70%。其余为稀释水与糖化剂。两项合计，糖化酶用量为3.215kg。⑦硫酸铵耗用量作为补充氮源，其用量为酒母用量的0.1%。二、蒸煮醪量的计算淀粉原料连续蒸煮的粉料加水为1:2，故粉浆量为：2822.4×（1＋2）=8467.2（kg）经喷射液化连续蒸煮,最终蒸煮醪液量为8597.4kg。三、糖化醪与发酵醪量的计算设发酵结束后成熟醪量含酒精10%(体积分数)，相当于8.01%（质量分数）。并设蒸馏效率为98.4%，而且发酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分别为成熟醪液的5%和1%，则生产1000kg99.18%（质量分数）酒精成品计算如下：① 需蒸馏的成熟发酵醪量为：F=1000×99.18%÷98.4%÷8.01%×（100+5+1）÷100=13338.4(kg)② 若不计酒精捕集器和洗罐用水，则成熟发酵醪量为：13338.4÷106%=12583.4（kg）③ 入蒸馏塔的成熟醪乙醇浓度为：1000÷98.4%÷13338.4=7.62%（质量分数）④ 相应发酵过程放出CO2总量为991.8÷98.4%×44÷46=964.1（kg）⑤接种量按10%计，则酒母醪量为m：（2583.4+964.1）÷【（100+10）÷100】×10%=1231.6（kg）⑥酒母醪的70%是糖化醪，其余为糖化剂和稀释水，则糖化醪量为：（2583.4+964.1）÷【（100+10）÷100】+1231.6×70%=13178.0（kg）四、10000t/a薯干原料酒精厂总物料衡算① 酒精成品日产燃料酒精量为：10000÷300=33.3（t），取整数位34t/d实际年燃料酒精总产量为：34×300=10020（t/a）② 主要原料薯干用量日耗量为：2822.4×34=95961.6（kg/d）年耗量为：95961.6×300=2.879×106（kg）=282885（t/a）表（4-1） 10000t/a薯干原料酒精厂物料衡算表物料﹨数量生产1000kg燃料酒精物料量/kg每天数量/t每年数量/t燃料酒精10003410020薯干原料2822.495.961628788.48a-淀粉酶1.1290.0383911.5158糖化酶3.2150.1093132.793硫酸铵1.2320.0418912.5664硫酸5.50.18756.1蒸煮粉浆8467.2287.88586365.44成熟蒸煮醪8597.4292.31287693.48糖化醪13178448.052134415.6酒母醪1231.641.874412562.32蒸馏发酵醪13338453.506136051.7二氧化碳964.132.77949833.82废醪13550460.697138209 参考知识1 乙醇，俗称酒精，乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。按照我国的国家标准，乙醇汽油是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成。它可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物排放。它不影响汽车的行驶性能，还减少有害气体的排放量。乙醇汽油作为一种新型清洁燃料，是目前世界上可再生能源的发展重点，符合我国能源替代战略和可再生能源发展方向，技术上成熟安全可靠，在我国完全适用，具有较好的经济效益和社会效益。
　　中国最早生产乙醇燃料的企业是河南南阳的天冠集团，也是国家重点试点企业，乙醇燃料最早试点地也是河南的郑州，洛阳，南阳三地。