总酒精发酵

《海南大学生物工程课程论文》年产2万吨木薯酒精工业设计说明书题目：年产2万吨木薯燃料酒精生产工艺的初步设计──酒精发酵工艺初步设计学院：材料与化工学院专业：生物工程系姓名：班级：生物工程一班学号：201304123100时间：2016年5月13号指导老师：刘平怀摘要········································1.绪论·······································1.1设计概述··························1.1.1设计目的··················1.1.2设计依据·······················1.1.3主要设计内容·······················1.2木薯酒精发酵的前景与意义····························1.3海南发展木薯燃料酒精的优势························1.4目前酒精发酵的主要研究方向·························2.酒精发酵的机理···································2.1酵母酒精发酵的几个阶段·························2.2酵母发酵过程的十二个反应··························3.发酵方案的选择、论证·······························3.1传统发酵技术······························3.1.1间歇式发酵·······························3.1.2补料分批发酵法（半连续法）························3.1.3连续发酵······································3.2新型发酵技术························3.2.1固定化酵母细胞发酵技术······················3.2.2真空发酵和气提发酵技术················3.2.3浓醪发酵·······················3.2.4无蒸煮无糖化一步发酵·················3.2.5透析膜发酵·······················3.2.6萃取发酵·························3.3发酵方案的选择及论证·······························3.4发酵流程·························3.4.1：发酵罐的清洗······················3.4.2：发酵罐的灭菌··············3.4.3酒精捕集····················3.4.4发酵成熟醪··························4.发酵过程参数设计与控制························4.1发酵过程的控制指标···························4.2发酵后的放罐指标································4.3发酵过程参数检测与控制·····························4.4发酵过程中化学、生物学参数的控制·····················4.5酒精发酵过程的其他影响因素及其控制和防治····················4.5.1乙醇浓度的影响··························4.5.2杂菌污染的影响及其防治·························5.酒精发酵过程的物料衡算及热量衡算································5.1物料衡算5.1.1工艺技术指标及基础数据5.1.2原料消耗的计算5.1.3蒸煮醪量的计算5.1.4糖化醪与发酵醪量的计算5.1.5年产20000吨木薯干原料酒精厂总物料衡算5.2热量衡算5.2.1发酵过程产热量：5.2.2.冷却水用量:6.生产设备及选型····································6.1、发酵罐选择原则及选型··················6.2生产能力及发酵罐个数的计算···············6.3发酵罐结构尺寸的确定··················6.4冷却面积和冷却装置主要结构尺寸·············6.6发酵罐壁厚的设计····················6.7接管设计························6.8支座的选择·······················6.9离心泵的选取······················7.相关设计图·································7.17.27.38.总结······························9.附录1本组设计木薯酒精工业生产流程框图摘要：近年来，随着石油等不可再生资源的不断消耗，资源短缺问题成为了困扰人类发展的大问题，在此背景下生物质能源产业应运而生，已成为本世纪最具活力、发展最快的产业之一。作为生物质能源的一种，燃料乙醇这种可再生能源部分替代成品油，不仅有助于缓解日益增长的成品油需求，而且能减少环境污染。本课程设计以木薯为原料，介绍间歇式酒精发酵工艺的初步设计，包括发酵方案的选择及论证、发酵流程的简介、发酵过程的各种指标控制和参数控制、发酵过程中的物料衡算及热量衡算、设备选型的计算及论证等。关键词:木薯;燃料酒精;间歇式发酵;蛇管换热器;酒精捕集器;无菌空气。1.绪论1.1设计概述1.1.1设计目的在学习掌握所学的生物工艺学、生物工程设备、化工原理等课程的基本理论和基础知识的基础上,通过本次课程设计,培养我们综合运用这些知识分析和解决实际问题的能力以及协作攻关的能力,训练我们使用文献资料和进行技术设计、运算的能力,提高文字和语言表达能力.1.1.2设计指导思想与原则1.设计按照设计任务书进行?尽量符合任务书的要求?各种计划进程在任务书的可控范围内。2.工厂充分考虑现今的一些技术?设备?以及设计先进理念?以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则?各种设计方案综合比较?取长补短?制定一个高产节能的设计方案?高效生产合格燃料乙醇。3.设计尽量贴近实际?并且努力使其经济效益最大化?在各种设备选型中?合理考虑性价比和地区特性?不盲目追求新设备?新生产线。1.1.3设计基础生产能力：年产2万吨95%酒精含量燃料乙醇原料：木薯（海南产）糖化而来的糖化醪液生产方法:双酶糖化、间歇发酵生产技术生产时间：全年生产300天，24小时连续操作工厂厂址：海口郊区1.2设计主要内容(1）木薯燃料酒精的发酵方案的设计与论证(2）发酵流程设计及论证、操作参数设计(3）物料恒算(4）热量恒算(5）生产设备的设计计算与选型(6）作图主要设备的工艺条件图或结构尺寸图（一份，A3）辅助设备结构示意简图（一张，A3）生产车间设备（平、立面）布置图(一份，A3)1.2木薯酒精发酵的意义与前景随着国际燃油价格的不断攀升，能源的短缺及燃料酒精的推广使用，燃料酒精行业获得了大好的发展时机。从资源、技术和经济性分析，我国发展生物质能源产业时机基本成熟，需要加快发展步伐。且生物质能源能有效降低污染，与普通汽油相比，使用车用乙醇汽油后，一氧化碳的排放可降低7%，碳氢化合物可降低48%。因此，开发和使用生物质能源符合保护环境，实现循环经济和可持续发展的要求。目前，发展生物质能源替代石油，已确定为我国的一项重要战略决策。【1】我国生产酒精的原料主要有玉米、薯类和糖蜜，分别占了60%、30%和10%。随着燃料乙醇的大力发展，玉米的需求量急增，最后势必出现乙醇原料与粮食原料相竞争的局面。1995～2003年我国耕地面积由19.51亿亩减少为18.5l亿亩。随着城镇发展、道路与厂矿建设、灾毁耕地，以及生态建设的退耕等多方面原因，我国耕地减少局面还将持续，粮食紧缺的问题已经逐显。因此国家发改委在叫停以玉米为原料加工生产生物燃料乙醇的同时，明确将使用非粮作物（木薯、甘蔗、甜高粱等）制取燃料乙醇作为新能源政策的扶持重点。木薯又称树薯、树番薯、木番薯，属大戟科，原产于南美亚马逊河流域。木薯是介于C3和C4的一种作物，与马铃薯、甘薯并列称为世界三大薯类作物，是全球年产亿吨以上的七大作物之一。木薯的抗逆性强，主要分布在我国华南9省区，能在贫瘩的土壤甚至滨海沙地上生长，是发展山地和旱地农业的首选作物，也是理想的能源植物之一【2】。木薯淀粉含量高，木薯的块根含淀粉30%，木薯干淀粉含量达70%，被誉为“淀粉之王”【3】。鲜木薯淀粉含量高达25%～30%，木薯干的淀粉含量高达70%～78%，是世界公认的一种具有很大发展潜力的酒精生产再生资源。一般可分为甜味木薯和苦味木薯，前者无毒但产量低，不适合作为大规模生产的原料；后者产量高，但因含有剧毒物质氢氰酸0.07%～0.24%而得名有毒木薯，不过其洒过之后，氢氰酸大部分消失，作为酒精生产原料，蒸煮时大部分蒸发出去，并不影响发酵及成品质量【4】。木薯可种植在贫瘩的土地上，且产量很高，据统计，以木薯生产酒精，每亩土地可得到的酒精产量是玉米、稻米的2倍。木薯酒精符合“不争粮，不争地，不争糖，不争油，充分利用边际性土地(指基本不适合种植粮、棉、油等作物的土地”的国家粮食发展战略，被世界公认为是很有前途的酒精生产原料。术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术薯生产酒精工艺的研究。1.3海南发展木薯燃料酒精的优势木薯于19世纪20年代引入我国，首先在广东省高州一带栽培，随后引入海南岛，现已广泛分布于华南地区，以广西、广东和海南栽培最多。木薯是热带亚热带作物，一年有9个月以上的无霜期，年平均温度18°以上的地区均可栽培。木薯最适生长温度为25-29°。海南属热带气候区域，在全国是不可多得的木薯生产区。海南木薯种质资源占全国95%，2001年木薯种植面积已达50万亩，年收获鲜薯45万吨。所以海南发展以木薯为原料的燃料酒精具有较大优势。1.4目前酒精发酵的主要研究方向（1）高浓醪发酵.“高浓发酵”是指发酵液中含有30%或更高的可溶性固形物（2）改良酒精发酵菌种性能（3）构建新型的酒精发酵工程菌（4）纤维素原料的酒精发酵（5）发酵工艺的改进，如淀粉原料酒精发酵中糖化液化工艺的改进、酒精精馏分离系统的改进，以及研究酒精发酵新工艺新技术，如高密度细胞酒精发酵新技术、酵母细胞固定化技术、酵母细胞循环回用酒精发酵新技术、膜分离酒精与发酵同步的新技术等也是酒精生产中重要的研究方向2.酒精发酵的机理[5]2.1酵母酒精发酵的几个阶段酒精发酵过程从外观现象可以将其分为如下三个发酵不同阶段：2.1.1.前发酵期在酒母与糖化醪加入发酵罐后,醪液中的酵母细胞数还不多,由于醪液中含有少量的溶解氧和充足的营养物质,所以酵母菌仍能迅速地进行繁殖,使发酵醪中酵母细胞繁殖到一定数量.在这一时期,醪液中的糊精继续被糖化酶作用,生成糖分,但由于温度较低,故糖化作用较为缓慢.从外观看,由于醪液中酵母数不多,发酵作用不强,酒精分和CO2产生得很少,所以发酵醪的表面显得比较平静,糖分消耗也比较馒.前发酵阶段时间的长短,与酵母的接种量有关.如果接种量大,则前发酵期短,反之则长.前发酵延续时间一般为l0小时左右.由于前发酵期间酵母数量不多,发酵作用不强,所以醪液温度上升不快.醪液温度控制,在接种时为26—28℃,前发酵期温度一般不超过30℃.如果温度太高,会造成酵母早期衰老,如果温度过低,又会使酵母生长缓慢.前发酵期间应十分注意防止杂菌污染,因为此时期酵母数量少,易被杂菌抑制,故应加强卫生管理.2.1.2．主发酵期主发酵阶段,酵母细胞已大量形成,醪液中酵母细胞数可达1亿／毫升以上.由于发酵醪中的氧气也已消耗完毕,酵母菌