酒精工艺学

第一章酒精的主要用途：1.燃料酒精2调制蒸馏酒（降低邪杂味.降低浑浊度）3.医药化工方面的用途酒精工业的副产品：DDGS，高纯度食用级CO2，还在保护焊接、药物萃取、制冷、温室生产，玉米油，玉米胚芽油是优质保健食品；生产玉米淀粉、葡萄糖浆、果葡糖浆、谷朊粉、玉米蛋白等；杂醇油是某些食用香料的主要原料。原料选择的原则1)原料资源丰富，供应量大，能保证酒精生产所需的大量原料，并有一定的库。2)就近取材，原料产地离工厂或水陆运输线要近，便于收集、运输。3)原料含可发酵性物质多，蛋白质含量适中，影响发酵的杂质成分及对人体健康有害的成分含量尽可能少含或不含。4)考虑原料贮藏性能，最好是选择干燥原料，便于贮藏，不易霉烂。5)从产品的成本角度出发，综合考虑原料价格，加工成本，生产过程的经常性耗等因素，并尽可能采用非粮食原料。第二章淀粉质原料：原料的种类：1．淀粉质原料（玉米，水稻，木薯（苦中木薯。甜种木薯））(1）薯类原料甘薯、木薯、马铃薯、山药等。（2）谷物原料玉米、高粱、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦等。2．糖质原料最常用的是废糖蜜，其次是甜菜、甘蔗、椰枣3．纤维质原料森林、木材工业下脚料，农作物桔杆，城市废纤维垃圾，甘蔗渣、废甜菜丝等工业下脚料等。4其他原料玉米作为酒精生产原料优势何在？1、由于品种和栽培技术的进步，我国玉米栽培面积、亩产和总产量逐年增长，这对发展酒精产业是有利的条件。2、籽粒结构特殊。玉米胚主要由脂肪和蛋白质组成，利于酒精发酵的原料处理3．玉米酒精糟液经脱水后，加工成DDGS，全干燥酒精糟，有较高经济效益4、将玉米酒精糟液制成蛋白饲料的同时还可彻底解决糟液的环境污染问题糖质原料最常用的是废糖蜜，其次是甜菜、甘蔗、椰枣原料的除杂：不彻底除杂引发的损耗：粉碎机筛底被打坏，泵机磨损，管路堵塞，发酵罐中沉积大量泥沙影响正常发酵过程，螺旋板换热器内的定距柱上缠绕纤维状物，粗馏塔板和溢流管堵塞除杂工作流程为“二筛、一去石、一磁选常用除杂方法：磁选：出去铁质风选振动筛常用的输送机械设备有：带式输送机、螺旋输送器（俗称绞龙）和斗式提升机三种气流输送密封作业无粉尘；输送量大；安装方便；输送同时风选；利于物料过筛辅助原料：酶制剂、尿素、纯碱、活性干酵母、硫酸等。1.酶制剂:α-耐高温淀粉酶（液化）高活性糖化酶（水解淀粉变成葡萄糖）酸性蛋白酶（溶解淀粉质原料颗粒）2.尿素（酵母菌氮源）3.纯碱（Na2CO3）、NaOH和漂白粉（化学清洗剂和消毒剂。）对清洗剂和消毒剂的要求是：有清洗和杀灭微生物的效果，对人体无害、无危险，4.、活性干酵母（酵母近代扩培技术思想）5、硫酸（调整醪液的pH）工艺水：酒精生产的许多工序需要用水，直接参与发酵这些水叫工艺水。水的硬度：指水中的钙镁离子等阳离子的浓度。软化水：除去钙镁离子后的水.去离子水定义：已除去悬浮物和胶体物质的水，用氢型阳离子交换树脂和羟型（氢氧型）阴离子交换树脂的组合除去水中绝大部分离子的水。去离子水的设备：原水贮水罐、过滤器、离子交换柱、水质纯度仪、无离子水贮水箱、盐箱、不锈钢泵组成原料输送方法有机械输送，气流输送和混合输送三种第三章淀粉质原料糖化工艺淀粉质原料糖化：淀粉在淀粉酶、糖化酶的作用下，使淀粉水解成葡萄糖的过程直链淀粉：由许多Ｄ–葡萄糖残基通过α–1，4葡萄糖苷键连接的无分支的长链组成。支链淀粉：通过α–1，4葡萄糖苷键连接的直链部分和由分枝点α–1，6键连接的分枝组成。糊化：淀粉分子间的结合削弱，引起淀粉颗粒的部分解体，形成均一的粘稠液体，这种无限膨胀的现象称为淀粉的糊化，对应的温度称为糊化温度。液化：随着淀粉糖苷键的断裂，淀粉链逐渐变短，淀粉浆粘度不断下降，流动性增强膨胀：：淀粉遇水后，水分子在渗透压作用下，渗入淀粉颗粒内部使淀粉分子的体积和重量增加，淀粉酶解：液化，糖化α–淀粉酶能够水解淀粉分子内部的α–1，4葡萄糖苷键淀粉液化条件：作用底物淀粉结构，Ph温度方法：高温液化法升温液化法喷射液化法糖化：将淀粉液化产物糊精及低聚糖进一步水解成葡萄糖的过程酶制剂：1.耐高温α–淀粉酶：淀粉内切酶，随机水解淀粉、可溶性糊精及低聚糖中的α–1，4葡萄糖苷键2．糖化酶：淀粉外切酶使淀粉从非还原末端逐一水解α–1，4葡萄糖苷键，产生葡萄糖，也能缓慢水解α–1，6葡萄糖苷键，转化成葡萄糖，（Ph,温度，抑制剂对酶的稳定性都有影响）3.酸性蛋白酶：液化喷射器结构：料液进口，蒸汽进口，气液混合室，扩散管，缓冲管。粉碎的方法按其作用力的不同可分为：①挤压：适用于坚硬物料；②撞击：适用于坚硬物料；③研磨：适于韧性物料；④劈裂：适用于脆性物料。原料粉碎方法：干式粉碎和湿式粉碎两种。玉米脱胚和提胚的工艺有多种:①干法提胚；②半干法提胚输送中喷输送中喷气加热；③湿法提胚亚硫酸盐浸泡。我国使用的糖化剂种类和生产方法的演变过程示意如下：麦芽→木盒曲→帘子曲→通风制曲→液体曲→糖化酶合理处理酒糟：部分酒糟清液回用，部分清液蒸发浓缩与酒精糟渣做饲料。全部回用美拉德反应：是一种非酶促褐变反应，由单糖（羰基）与氨基酸（氨基）在高温或升温时间较长的情况下发生反应生成一种褐色有焦糖味的物质。第四章酒精酵母扩培工艺5酵母菌：多以单个细胞状态存在;多数营出芽繁殖，也有的裂殖：能发酵糖类产能：细胞壁常含甘露聚糖：喜在含糖量高，酸度打的水生环境中生长。无性繁殖：芽殖，裂殖，产生孢子或等无性孢子有性繁殖生长条件：生活和繁殖温度为29~30℃酵母发育的最高温度为38℃，最低温度为–5℃，在50℃时酵母死亡。原料酒精发酵时，温度应保持在30~32℃酵母生长的最适pH值为4.8~5；当pH降到4.2以下时，酵母仍能继续繁殖，但此时，乳酸菌已停止生长。酵母生长的营养来源：碳源氮源磷源影响生长的其他因素：糖化醪的浓度，无机酸和有机酸的影响糠醛、氨基糖等的影响，钙、镁、铁离子的作用活性干酵母的应用：可专业化生产提高稳定性直接活化投罐生产扩大培养，复水活化。第五章发酵罐和相关设备连续发酵的优点：最大限度的减少了杂菌污染，发酵速度快，发酵彻底，残总糖量低减少了酒精挥发损失，也一直了酵母的巴斯德效应。减少了乙醇和杂醇油的生成，减少工艺损失第六章糖化醪发酵酒精发酵动力学：酵母菌酒精发酵可用数字度量的全过程。（发酵前期，主发酵期，后发酵期）酒精发酵的酵母菌每系1．水解每系：蔗糖酶，麦芽糖酶，肝糖酶2．糖酒精转化酶类酒精发酵的主要副产物：甘油，琥珀酸，乳酸，乙酸，丁酸杂醇油：是以异戊醇为代表的许多高级一元醇的混合物，是一种淡黄色到红褐色的透明液体生成机理:蛋白质降解代谢机理，酮酸代谢机理发酵工艺：1.间歇发酵（优点:操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质量容易掌握.缺点产率低，不适于测定动力学数据）2.连续性发酵(优点控制稀释速率可以使发酵过程最优化。通过改变稀释速率可比较容易的研究菌生长的动力学缺点菌种不稳定的话，长期连续培养会引起菌种退化，降低产量。长时间补料染菌机会大大增加)连续发酵优势：1.设备运行稳定并提高其利用率。2提高淀粉的酒精产率3不需要连续酵母扩培工序，4有利于实现自动化影响酒精发酵过程的重要因素：温度降温设备浓糟高酒精浓度发酵的意义：1提高发酵强度2能源消耗和用水量大幅降低基本措施：1玉米的粉碎机糖化2发酵罐的降温和增氧均质措施3控制杂菌4保证酵母菌的数量和质量5向高酒精浓度发酵努力的两个技术方向6相应生产设备能力的增加发酵强度：单位时间单位有效发酵罐容积生产酒精的数量控制杂菌需要特别注意的几个有效方法：1、发酵罐应设计成容易彻底排空的锥形发酵罐或角度合理的斜底发酵罐，发酵罐连接相关管路应尽可能简短、畅通以避免死角；2、几个发酵罐绝不能共用一台热交换器；3、发酵罐要定期清洗，并清除结垢，因为罐壁的垢物是最容易积存杂菌的地方，必要时应适当使用抑垢剂；4、如有可能，取消液化后的糖化工艺，因为60℃的糖化罐中有耐高温乳酸菌生存扩繁的可能，这样糖化罐就成了感染源；5、设计的预发酵罐及时给主发酵罐提供足够的优势酵母菌群，以促进酒精发酵尽快完成，同时也起到避免杂菌污染的作用。计算p77p83p86细菌污染的主要来源：原料设备活细菌常见的细菌革兰阳性细菌（LAB）革兰阴性细菌第七章蒸馏和精馏的理论及工艺发酵的化学成分：水80%，乙醇及挥发性杂质12-13%，干物质6%这些成分的比例根据原料的不同、生产工艺水平不同有所差异。玉米粉发酵成熟干物质主要成分：酵母菌菌体，不溶性淀粉。短纤维酒精糟液：成熟醪液在醪塔底部拍出的不挥发性物质混合物。精馏目的：最大限度的清楚酒精中的挥发物质精馏系数：清除杂质的理论依据精馏塔取出的杂醇油是水，酒精，和杂醇油的混合物挥发系数：气相和液相中乙醇的浓度，两者的比K杂=α/β挥发性杂质：杂醇，醛，酸，脂。分为头级杂质，尾级杂质，中级杂质杂醇油超标的原因：1.整流操作不稳定2.没有连续或定期取油3.塔的设计不合理取油口位置不当。4供气供电设备的故障导致不能连续取油蒸馏塔类型：醪塔，粗辅塔，水萃取塔，精馏塔。脱甲醇塔。含杂馏分处理塔蒸馏塔的辅助设备：醪液预热器CO2分离器杂醇油分离器再沸器冷凝器换热器蒸馏塔的加热方式：一次蒸汽直接加热蒸汽通过再沸器间接加热蒸汽直接加热热效率高腰解决的问题：蒸汽质量要纯净直接加热过程中蒸汽冷凝的产生增加了酒精糟液的含水量或者蒸馏废水的数量第九章燃料乙醇的生产与应用无水乙醇应用方向：1纯净的无水乙醇2燃料用的无水乙醇（乙醇汽油乙醇柴油）燃料乙醇：像汽油或柴油中加入一定比例的无水乙醇。（解决一次能源的潜在数量有限，提高汽油和柴油的燃烧水平.有利于加强环境保护）燃料乙醇要加含氧化物：石油添加剂甲基叔丁基醚（MTBE）或者相关醚类。汽油醇：向汽油醇中添加5-20%的无水乙醇组成的复合燃料。美国大型燃料生产企业的特点：1多数以采用大颗粒玉米粉2高温蒸煮05年开始采用无蒸煮工艺（低温淀粉酶）3酵母回用发酵技术4固定化酵母，流化床反应器发酵技术5广泛实现了自动化控制。应用连续发酵过程，采用CIP系统（原位清洗系统）。湿法加工的优点：侵渍时间短，投资小，耗能低，酵母可以反复利用燃料乙醇生产的发展趋势：原料及预处理液化发酵燃料乙醇生产中的脱水技术：1分子筛脱水技术（分子筛是人工合成的沸石）2玉米粉吸附脱水3渗透汽化膜吸附分离技术分子筛脱水优点：1产品质量高脱水能力强2分支晒实用寿命长3保证无故障炒作4设备紧凑，占地面积小，流程短，投资少5操作温度低，能耗低。6不会引起环境污染7计算机自动化控制。（设备组成：分子筛塔,再沸器，脱水冷凝器，脱水再沸器，密闭冷却器，循环罐，真空汞，循环汞。分子筛脱水工艺：在酒精蒸馏系统后直接连接分子筛脱水系统。高浓度液体乙醇原料脱水。分子筛脱水技术的应用领域：1高浓度乙醇：燃料乙醇2超高浓度乙醇：医药电子和军事工业等领域3无异味乙醇：化妆品工业香水制造业渗透汽化膜吸附分离技术优点：1低耗能2过程简单，操作方便3不污染环境或对环境污染很小。清洁生产的核心：1资源能源的利用率是否最高2污染物的生产量排放量是不是最低清洁生产是以污染为策略贯穿于产品研发生产乃至全周期服务节能减排的理念。（高效低耗优质节能）酒精成品标准主要指标1色度2硫酸实验3氧化时间4乙醇浓度5杂醇油，甲醇，醛6气象色谱测定乙醛甲醇和高级醇行业标志性事件酒精C2H5OH澄清透明溶液有酒香可与水以任意比例互溶。果胶是原果胶的降解产物，是由半乳糖醛酸甲酯残基构成的一种多糖，相对分子质量比原果胶小，可溶于水，可溶性果胶在稀碱、高温或果胶酶的作用下，容易脱去甲氧基，形成甲醇和果胶酸。玉米：含丰富淀粉，Pro好储存运输，酒糟好处理（DDGDDGS）缺点：大众粮食使用太多与人争粮。甘薯的组织结构松脆，易于粉碎、糊化，加工比较容易。甘薯原料的缺点在于胶体、果胶质等粘性物质较多，醪液粘度较大，甲醇的生成量较多。酒糟难处理木薯淀粉含量较高，含粘性物质少，醪液粘度小，可浓醪发酵。主要缺点是含氢氰酸；收集运输较困难。酒糟难处理含杂质较多。常用的辅助原料有麸皮和米糠等麸皮是面粉生产过程中的副产品，它的淀粉、蛋白质含量适中，麸皮