精選優質文檔-----傾情為你奉上精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業專心---專注---專業精選優質文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業海南大學《生物工藝原理課程設計》說明書題目：年產2萬噸木薯燃料酒精生產工藝的初步設計──木薯淀粉預處理及其糖化工藝初步設計學院：材料與化工學院專業：生物工程班級：2011級生物工程2班學號：姓名：組員：指導教師：劉平懷時間:2014年5月

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摘要木薯具有良好的加工性能，也不與糧食作物爭地，是一種有很大發展潛力的酒精生產再生資源，將其應用到發酵工業，具有廣闊的發展前景。據相關資料顯示廣西的木薯產量較大，[1]全國60%的木薯淀粉是由廣西生產，廣西對于生產木薯酒精具有獨特的優勢。海南也具有獨特的自然環境，木薯酒精生產具有深遠的優勢，以木薯為原料進行酒精發酵的工藝較成熟。本文簡述了木薯原料預處理、液化及酶糖化生產工藝。關鍵詞:木薯酒精；雙酶制糖；燃料酒精；

第一章緒論1.1引言乙醇工業在我國輕工業中占有十分重要的位置,它是許多化工產品的生產原料,在醫藥工業、食品工業和燃料工業等方面都有廣泛的應用,同時也是國家戰略安全保障基礎之一。在過去的幾十年里,隨著世界經濟的發展,全球乙醇需求持續迅速增長。全球乙醇迅速發展的原因主要有1、保障能源安全,解決能源緊張。隨著全球經濟不斷擴張,各國對能源需求的壓力越來越大。可用石油和天然氣卻越來越少,且價格飛漲。尋求新能源以保障本國能源安全已成為包括中國在內的許多國家的重要戰略目標。2、減少環境污染。由于傳統能源消耗所產生的二氧化碳等溫室氣體及其導致的全球氣候變化已成為近期全球關注的焦點,發展生物質能源可以降低溫室氣體排放。乙醇以其燃燒更完全、CO排放量較低、燃燒性能與汽油相似等優良特性,被譽為21世紀的“綠色能源”。3、生物液體能源的出現為農產品找到了新市場。一方面解決了當地農產品轉化問題,增加了加工深度,提高了產品附加值,發揮了穩定農產品價格、提供就業崗位、增加農民收入的作用;另一方面,也使國家擁有一個可靠的糧食轉化和調控手段,促進本國農業生產和消費形成良好循環。進入21世紀,我國經濟和社會可持續發展面臨的能源、環境、農業等問題越來越突出,開發燃料乙醇,節省石油消耗,是我國重要的戰略舉措之一。從能源安全的角度出發,新能源和可再生能源的開發利用,可以緩解石油進口量和進口依存度迅速攀登造成的影響。隨著我國城市化建設的進行,大氣污染日趨嚴重,與CO:的排放量分別居世界的第一和第二位。通過在汽油中添加燃料乙醇,可切實減少溫室氣體等有害氣體排放,對改善我國城市環境質量意義重大。作為一個幅員廣闊的農業大國,在亞熱帶省份發展可開墾荒草地、可開墾鹽堿地、可開墾灘涂等種植木薯等經濟作物,不僅可以有效增加農民收入,且將形成一個新型能源一農業產業鏈,帶動傳統農業向現代化農業轉變,為中國農村的城鎮化建設提供強有力的支持。目前,我國燃料乙醇發展尚處于起步階段。原料資源不確定、產業化基礎薄弱、產品缺乏市場競爭力以及政策和市場環境不完善等都顯著制約了燃料乙醇產業的快速發展。當前形勢下,全球的發酵乙醇產業,在生產規模和整體加工工藝方面已出現一場由生物工程技術指導下的跨越性進步。如由發酵罐容積變大以及連續發酵的實現,每噸原料的乙醇產量的明顯提高;由設備、工藝改進,發酵過程控制進步帶來的發酵成熟醪乙醇濃度的大幅度提高,每噸乙醇耗能的大幅度降低。解決大量燃料乙醇生產需要的廉價、非糧原料來源,生產過程中的大量能耗問題等將是發酵乙醇作為成為可再生能源產業所面臨的首當其沖問題。在學習掌握所學的生物工藝學、生物工程設備、化工原理等課程的基本理論和基礎知識的基礎上，通過本次課程設計，培養我們綜合運用這些知識分析和解決實際問題的能力以及協作攻關的能力，訓練我們使用文獻資料和進行技術設計、運算的能力，提高文字和語言表達能力，為其它專業課程的學習和畢業論文（設計）打下基礎。1.2木薯酒精介紹木薯(cassava)是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經濟作物,多年生,屬大戟科,灌木狀,植株高2～3m,莖干直徑5cm,質地甚脆,多髓心,葉片呈掌狀。根為塊根,呈柱形或紡錘形,直徑5～15cm,長30～40cm,長者可達80～100cm。塊根表面為一層棕色或淡黃色的表皮,塊根質地松脆,淀粉較純,除供食用和淀粉工業原料之外,大多數國家作飼料用。由于木薯適應性強,耐水、耐旱,在任何土質中都能生長,是一種不與糧食爭地的有發展前途的酒精生產原料。木薯品種很多,一般分為苦味木薯(Manihotutilissima)和甜味木薯(Manihotaipi)。苦味木薯;又稱有毒木薯,莖桿為紅色或淡紅色,產量高,但生長期較長,一般為18個月,且含氫氰酸較多。氫氰酸易揮發,在木薯曬干后大部分消失,在酒精生產過程中,經蒸煮后幾乎大部分消失,故不會影響酒精發酵和成品質量。甜味木薯:又稱無毒木薯,莖桿為綠色或棕色,生長期較短,一般為12個月,產量較低。塊根中氫氰酸含量較少,處理后可以食用。木薯塊根的化學成分,除水外,主要是碳水化合物,其他成分,如蛋白質、脂肪、果膠質等含量都比較少。木薯被譽為“淀粉之王”。[2]鮮木薯淀粉含量達25%～30%(木薯干可達70%左右),此外還含有4%左右的蔗糖。木薯表皮含有的氫氰酸配體,是氫氰酸的主要來源。木薯作為世界公認的一種具有很大發展潛力的酒精生產再生資源。在國內受到廣泛的關注。但作為酒精生產原料木薯也存在一些缺點,如第一,木薯原料的淀粉顆粒大,其中所含的支鏈淀粉所占的比例要大于瓜干中支鏈淀粉的比例。這些原因都影響著糖化的效果,繼而影響了發酵的最終結果。第二,木薯干根的表面有一層棕色或淡黃色的表皮,其中含有的單寧、色素等對酵母生長繁殖的抑制作用的有機生長因子,直接影響著發酵的結果。如發酵期延長,殘糖值偏高等弊病亦于此有關。第三,木薯含氮量較低,不能滿足酵母生長所需,所以在用木薯生產酒精時,必須在酒母糖化醪和發酵糖化醪中補充氮源,以利于酵母生長。1.3設計指導思想和原則一、設計按照設計任務書進行，盡量符合任務書的要求，各種計劃進程在任務書的可控范圍內。二、工廠充分考慮現今的一些技術，設備，以及設計先進理念，以“工藝先進、技術可靠、系統科學、經濟合理、安全環保”為原則，各種設計方案綜合比較，取長補短，制定一個高產節能的設計方案，高效生產合格燃料乙醇。三、設計盡量貼近實際，并且努力使其經濟效益最大化，在各種設備選型中，合理考慮性價比和地區特性，不盲目追求新設備，新生產線。1.4設計依據1.4.1設計課題年產2萬噸木薯燃料酒精生產工藝的初步設計──木薯淀粉預處理及其糖化工藝初步設計（《海南大學生物工程課程內容任務書》）1.4.2設計條件生產能力：年產2萬噸99.5%酒精含量燃料乙醇原料：木薯產品:糖化醪生產方法:雙酶制糖工藝；同步糖化濃醪發酵工藝第二章生產工藝流程選擇和論證2.1木薯燃料酒精生產流程2.1.1木薯燃料酒精發酵方式介紹乙醇生產工藝，按發酵過程物料存在的狀態、發酵法可分為液體發酵、半固體發酵和固體發酵；根據發酵料注入發酵罐的方式，可分為間歇式、半連續式、連續式[3]。乙醇生產工藝分類及關系見圖1。現階段，木薯發酵乙醇工藝主要有生料發酵工藝、固定化發酵工藝、先水解后發酵工藝和同步糖化發酵工藝等[4]。生料發酵工藝是指微生物將未經蒸煮的生淀粉直接利用進行生長代謝的過程。生料發酵可分兩種：一種是利用添加的酶將生淀粉水解成可發酵性的糖來生產乙醇；另一種是微生物直接將生淀粉轉化成乙醇。實踐證明，生料發酵乙醇隨著底物濃度加大，發酵醪中的乙醇濃度也會增大，但同時殘余總糖及還原糖也會越多，造成淀粉利用率降低。固定化技術是利用酶或活細胞的高度集中，與普通游離狀態的酶或細胞相比，能加快反應速率，并使反應周期縮短和生產效率提高。先水解后發酵工藝中的水解和發酵分別在不同反應器里進行，發酵初期高糖濃度會抑制酵母的生長和糖化酶活性，延長發酵時間。同步糖化發酵工藝是糖化和發酵在一個反應器中同時進行。葡萄糖一經生成，就被酵母代謝，此法能解除底物和產物抑制，并保持糖化酶的活性，避免染菌同步糖化發酵工藝工藝與生料發酵工藝工藝相比，能避免底物抑制，提高乙醇產率，降低能耗，縮短總體發酵時間。木薯生料發酵乙醇工藝，雖然在節能方面具有優異效果，但容易染菌，造成發酵不徹底。木薯固定化發酵乙醇工藝，因木薯屬于淀粉類原料，要先水解后才能發酵，否則易造成傳輸困難。木薯先水解后發酵乙醇工藝，會造成發酵初期糖濃度過高，影響酵母的發酵效率。木薯同步糖化發酵能提高設備的利用率，避免高糖濃度抑制酵母發酵，縮短總體發酵時間。現階段，大多數乙醇企業多采用半連續同步糖化發酵工藝進行生產。木薯生產乙醇一般需要經過液化、糖化、發酵、蒸餾4個工段，其中蒸餾工段的耗能占總耗能的比例較大。若采用同步糖化濃醪發酵工藝，能提高發酵醪中乙醇濃度，有效降低能耗，并且提高了發酵罐的生產效率，但濃醪發酵會造成高濃度底物醪液的黏度較大，輸送較困難。因此，木薯發酵乙醇工藝中需要構建新型酵母，避免高濃度底物對它的脅迫，還需要進一步發展新型的酶制劑，降低醪液的黏度，并將木薯中除淀粉外的其他碳水化合物水解，而為酵母利用，提高木薯原料的出酒率。2.1.2木薯酒精發酵方式生產工藝采用同步糖化濃醪發酵工藝[5]，如圖木薯料空氣種子粉碎車間α-淀粉酶空壓機斜面培養糊化車間糖化酶過濾器三角瓶培養酒母罐發酵車間蒸餾車間廢糟酒精雜醇油2.2木薯淀粉預處理及其糖化工藝流程2.2.1木薯淀粉預處理原料在進行正式生產之前，必須預處理，以保證生產的正常進行和提高生產的效益，預處理包括除雜和粉碎兩個工序。木薯在收獲和干燥過程中，經常會慘夾進泥土、沙石、粗纖維，金屬雜質等雜質，這些雜質如果沒有在正式投入生產之前清除，將嚴重影響生產的正常進行。石塊和金屬雜質會使粉碎機的篩板磨損或損壞，造成生產的中斷；機械設備運轉部位，會因泥沙的存在而加速磨損，泥沙等雜質也會影響正常的發酵過程。所以用木薯原料生產酒精前，必須進行除雜，以保證生產的正常進行和提高生產的效益。木薯原料粉碎可以使原料的顆粒變小，原料的細胞組織部分破壞，淀粉顆粒部分外泄，增加原理的表面積，在進行水熱處理時，加快原料的吸水速度，降低水熱處理的溫度，節約水熱處理蒸汽；有利于α-淀粉酶與原料中淀粉分子的充分接觸，促使其水解徹底，速度加快，提高淀粉的轉化率；有利于物料在生產過程中的輸送。酒精生產原料的粉碎按帶水與否分為：干式粉碎和濕式粉碎，實際生產中多采用干式粉碎。國內酒精生產原料粉碎設備主要是錘片式粉碎機，合理的干式粉碎應采用粗碎和細碎兩級工藝，在進入錘碎機前先經過粗碎，把大塊原理啊初步打碎成小塊原料，在經過錘碎機，將小塊原料打碎成較細的粉末原料。濕式粉碎是指粉碎時將攪拌用水和原料一起加到粉碎機中去進行粉碎。2.2.2木薯淀粉糖化工藝流程（1）液化木薯淀粉中含直鏈淀粉17%，支鏈淀粉83%，淀粉漿的液化是將淀粉鏈打斷，淀粉的網狀結構被破壞，從而使淀粉漿的粘度降低，使淀粉水解為糖和糊精。傳統的液化工藝采用高溫高壓蒸煮法。原料和水混勻后，于130℃下進行高溫高壓處理。隨著酶工程的發展，傳統的高溫高壓蒸煮逐漸被取代，液化可分為有蒸煮方式和無蒸煮方式，現在的有蒸煮液化方式與傳統的高溫高壓蒸煮液化方式有著本質的區別，它是建立在酶制劑技術上的一種液化方式。液化過程中廣泛使用液化酶（α-淀粉酶）對原料進行液化處理[6]。根據蒸煮溫度和加酶品種的不同，目前的有蒸煮液化處理方式分為三種，高溫蒸煮、中溫蒸煮和低溫蒸煮，高溫蒸煮會造成原料中可發酵性物質損失，且安全性差：中溫蒸煮不易染菌，但冷卻設備投資大，耐高溫酶價格高，酒精成本高：低溫蒸煮節約蒸汽和冷卻水效果顯著，可發酵性物質損失少，但糊化、糖化不徹底，易染菌，發酵升酸高。無蒸煮方式又稱為生料發酵工工藝，凡是完全排除對淀粉質原理啊進行預處理的酒精生產工藝屬于無蒸煮方式。但是，目前生料發酵中液化，糖化效果比蒸煮方式要低。（2）糖化糖化是將短的淀粉鏈即糊精轉化為可發酵性糖，糖化分前糖化階段和后糖化階段，因為糖化過程的時間限制，不可能將全部的淀粉轉化為糖，所以在發酵過程中還存在糖化過程，稱后糖化。糖化是一個復雜的生物化學過程，受糖化酶添加量、時間、溫度等多種因素的影響。糖化酶在木薯酒精發酵中有很大作用，它將木薯中的淀粉分解成可發酵性糖，以利于酵母酒精的發酵。糖化酶的用量對酒精發酵有很大的影響，糖化酶的用量過少，會造成發酵不徹底；糖化酶太多，則增加了生產的成本。糖化的效果不僅取決于糖化酶的添加量，而且與糖化時間有很大的關系，糖化時間不足，造成糖化不完全，不利于提高原料的出酒率；糖化時間過長，會延長生長周期，降低設備使用率。糖化的溫度高低對糖化也有一定的影響。酶的化學本質是蛋白質，反應溫度高于適宜溫度時，酶蛋白會逐漸產生變性而作用減弱，甚至喪失其催化活性，溫度低于適宜溫度容易染菌，所以糖化的溫度的控制是非常重要的。[7]從歷年來，木薯酒精發酵的研究資料來看，糖化酶的添加量一般控制在100-200μ/g原料，糖化階段的溫度在58-62℃，糖化時間控制在30-60min。第三章生產工藝設計3.1木薯除雜設備的設計慣性除塵灰塵薯粉回收慣性除塵灰塵薯粉回收振動篩選123石沙雜質風選物氣分離氣薯干粉碎攪拌加熱發酵3.2原料輸送在酒精廠中，原料輸送可采用氣流輸送、帶式輸送、螺旋輸送、刮板輸送及斗式提升輸送。氣流輸送就是利用高速流動的空氣在管道中運送物料。其優點是設備緊湊，主要裝置是運送物料的管網；投資和維修費用較省；車間內部整齊清潔。氣流輸送又有真空吸引式輸送、壓力壓出式輸送以及混合式輸送。輸送機械的概念連續輸送機械是以連續，均勻，穩定的輸送方式，沿著一定的線路搬運或輸送散狀物料和成件物品的機械裝置，簡稱輸送機械。帶式輸送機(beltconveyer)又稱膠帶輸送機，廣泛應用于家電、電子、電器、機械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業，物件的組裝、檢測、調試、包裝及運輸等。線體輸送可根據工藝要求選用：普通連續運行、節拍運行、變速運行等多種控制方式；線體因地制宜選用：直線、彎道、斜坡等線體形式輸送設備包括：皮帶輸送機也叫帶式輸送機或膠帶輸送機等，是組成有節奏的流水作業線所不可缺少的經濟型物流輸送設備。皮帶機按其輸送能力可分為重型皮帶機如礦用皮帶輸送機，輕型皮帶機如用在電子塑料，食品輕工，化工醫藥等行業。皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，結構簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作。運用輸送帶的連續或間歇運動來輸送100KG以下的物品或粉狀、顆狀物品，其運行高速、平穩，噪音低，并可以上下坡傳送。斗式輸送機，適用于冶金、礦山、建筑、化工、食品、糧食等行業一定粒度、塊度的物料和粉料的輸送。它包括有驅動裝置（含逆止裝置）、殼體（包括水平段、改向段、垂直段）、及位于殼體內的牽引鏈、料斗、頭輪和尾輪，在殼體的兩端設有加料段和卸料段，料斗的兩側通過聯接環分別與兩根平行的牽引鏈相聯接。頭輪上設有與牽引鏈相吻合的齒。其輸送形式為一字形、L形、Z形三種。本實用新型的優點是具有體積小、功耗低、輸送形式靈活、密封輸送等特點。螺旋輸送機在輸送形式上分為有軸螺旋輸送機和無軸螺旋輸送機兩種，在外型上分為U型螺旋輸送機和管式螺旋輸送機。有軸螺旋輸送機適用于無粘性的干粉物料和小顆粒物料.（例如：水泥、粉煤灰、石灰、糧等）而無軸螺旋輸送機適合輸送機由粘性的和易纏繞的物料。（例如：污泥、生物質、垃圾等）螺旋輸送機的工作原理是旋轉的螺旋葉片將物料推移而進行螺旋輸送機輸送，使物料不與螺旋輸送機葉片一起旋轉的力是物料自身重量和螺旋輸送機機殼對物料的摩擦阻力。螺旋輸送機旋轉軸上焊的螺旋葉片，葉片的面型根據輸送物料的不同有實體面型、帶式面型、葉片面型等型式。螺旋輸送機的螺旋軸在物料運動方向的終端有止推軸承以隨物料給螺旋的軸向反力，在機長較長時，應加中間吊掛軸承。本設計采用真空吸引式氣流輸送。3.3粉碎裝置粉碎的方法有以下幾種:擠壓:適于堅硬物料撞擊:適于堅硬物料研磨:適于韌性物料劈列:適于脆性物料淀粉質原料的粉碎設備型式很多，但糖廠幾乎都采用錘式粉碎機。因為錘式粉碎機的適應性強，單位產品的能量消耗較低，且體積小，生產能力大。機內的篩網可根據物料的性能、要求粉碎度隨時更換，還可根據需要調節錘刀和篩網之間的間隙。為了能使木薯醪得到更好的糊化和液化，要求粉碎度在40-60目。3.4液化技術3.4.1糊化若將淀粉乳加熱到一定溫度，淀粉顆粒開始膨脹，偏光十字消失。溫度繼續上升，淀粉顆粒繼續膨脹，可達原體積的幾倍到幾十倍。由于顆粒的膨脹，晶體結構消失，體積膨大，互相接觸，變成糊狀液體，淀粉不再沉淀，這種現象叫“糊化”。糊化分成三階段：第一階段：預糊化淀粉吸入少量水分，體積膨脹很少，淀粉乳的粘度增加也少。第二階段：糊化淀粉顆粒突然膨脹很多，體積膨脹幾倍到幾十倍，吸入大量水分，很快失去偏光十字，淀粉乳的粘度大為增高，透明度也增高，并且有一小部分的淀粉溶于水中，淀粉乳變成淀粉糊。第三階段：溶解繼續加熱，糊化淀粉溶解于水中。3.4.2液化按水解動力不同可分為：酸法、酸酶法、酶法及機械液化法；按生產工藝不同可分為：間歇式、半連續式和連續式按設備不同可分為：管式、罐式和噴射式按加酶方式不同可分為：一次加酶、二次加酶、三次加酶按原料精粗不同可分為：淀粉質原料直接液化法、精制淀粉液化法3.4.3DE值的控制液化的程度通常是用DE值來衡量的。為了提高麥芽糖的生成量，必須防止葡萄糖的聚合度為奇數的低聚糖的生成。液化后DE值越高，則奇數聚合度低聚糖的機會也越多，糖化后會生成較多的麥芽三糖而使麥芽糖的收率降低。液化液DE值葡萄糖，%麥芽糖，%麥芽三糖，%其它糖類，%12.61.474.418.06.214.01.671.820.96.719.62.766.223.47.625.54.265.224.06.631.87.161.225.66.3但是DE值太低，則糖液粘度太高而難以操作。而本設計的木薯用作燃料酒精的主原料，要求麥芽糖含量較高，葡萄糖含量低，因此我認為液化液的DE值應在15～20之間。綜上所述，[8]對于本設計的年產2萬噸的木薯燃料酒精，液化工段采用糊化進行連續操作，且淀粉的液化也較徹底，蛋白質類絮凝效果好，適合以木薯汁為原料的液化，在當今大多數酒精廠也廣泛使用。有關糊化鍋的在設計計算一章進行了詳細的說明。3.5糖化3.5.1糖化用酶糖化是利用糖化酶[9](也稱葡萄糠淀粉酶，Ec3．2．1．3)將淀粉液化產物糊精及低聚糠邊一步水解成葡萄糖的過程。糖化過程中葡菏糖含量不斷增加。糖化酶對底物的作用是從非還原性末端開始進行的，屬于外酶，—個分子一個分子地切下葡萄糖單位，產生a-—葡萄糖。糖化兩對a—1，4—糖苷鍵和a—1，6—糖苷鍵都能進行水解。液化液的糖化速度與酶制劑的用量有關，糖化酶制劑用量決定于酶活力高低。酶活力高，則用量少；液化液濃度高，加酶量要多。生產上采用30％淀粉時，用酶量按80一100u／g淀粉計。糖化初期，糖化進行速度快，葡萄糖值小斷增加，迅速達到95％，以后糖化較慢，達到一定時間后，葡萄糖值不再上升，接著就稍有下降。因此，當葡萄糖值達到最高時，應當停止酶反應(可加熱至80℃，20min滅酶)，否則葡萄糖值將由于葡萄糖經a—1，6糖昔鍵起復合反應而降低。復合反應發個的程度與酶的濃度及底物濃度有關。提高酶的濃度，縮短糖化時間，最終葡萄糖值也高；但酶濃度過高反而能促使復合反應的發生，導致葡萄糖值降低。而糖化的底物濃度(即液化液濃度)大，也使復合反應增強。因此，在糖化的操作中，必須控制糖化酶的用量及糖化底物的性質，才能保證糖膠的質量。采用曲法糖化，糖化液的質量比酸法糖化已大大提高，但由于糖化酶對a—1，6—糖苷鍵的水解速度慢，對葡萄糖的復合反應有催化作用．致使糖化生成的葡萄糖又經a—1，6—糖甘鍵結合成為異麥芽糖等，影響葡萄糖的的得率。為了解決這個問題，國外曾報道，在糖化過程中加入能水解a-1，6—糖苷鍵的葡萄糖苷酶，與糖化酶一起搪化，并選用較高的糖化pH值(6．0一6．2)，抑制糖化酶催化復合反應的作用，可提高葡茍糖的產率，所得糖化液含葡萄儲可達99％。而單獨采用糖化酪時糠化液臺葡萄糖一般都不超過96％。3.5.2糖化工藝液化結束后，迅速將液化液用酸調pH恢至4．2—4．5,同時迅速降溫至60℃，然后加入糖化酶，60℃保溫數小時后。用入水酒精檢驗無糊精存在時，將料液pH值調至4.8—5.0，同時加熱到90℃．保溫20min，然后待料液溫度降低到60℃一70℃時升始過濾，濾液進入貯罐，在60℃以上保溫待用。3.6板框壓濾自60年代末以來，酶法制糖開始試用于味精等發酵工業。但是，由于當時國產酶制劑質量差，液化設備龐大，投資高，液化效率低，更為突出的問題是糖化醪液過濾相當困難。現在，通過使用耐高溫α-淀粉酶進行液化及雙酶糖化，大大提高了過濾速度。因此，對糖廠進行設計，必需要考慮到過濾速度是否符合要求。從濾渣成分分析可知，影響過濾速度的主要因素為兩大類物質：一類為蛋白質，另一類為糊精類（包括不溶性淀粉顆粒及老化的糊精）。要想提高糖化液的過濾速率，在制糖中必須消除糊精類物質的存在，并使蛋白質物質凝聚。3.6.1影響過濾的因素及提高過濾速度的方法（1）酶活力對過濾速度的影響酶本身是蛋白質，如果酶活力低，酶蛋白增加，過濾速度就會減慢。如杰能科生產的[10]耐高溫α-淀粉酶(15000u/ml)比中溫α-淀粉酶(6000u/g)活力高，所以從此意義上講應用耐高溫α-淀粉酶。（2）液化酶種類對過濾速度的影響液化實際上是淀粉由懸浮液變為透明膠體的過程。BF-7658α-淀粉酶在液化時，還有部分顆粒結晶，不能完全形成親水膠體，而耐高溫α-淀粉酶能形成穩定的親水膠體，沒有不溶性淀粉結晶體沉淀，糖化終了無糊精，因此過濾速度快。不同液化酶比較如下（以木薯為原料）：項目 液化酶類型耐高溫α-淀粉酶中溫α-淀粉酶過濾速度/L.(m2.h)-0.2MPa18070不溶性淀粉顆粒不存在存在，約2%淀粉轉化率%9896蛋白質類凝聚效果好差3.6.2工藝對過濾速率的影響（1）淀粉要用溫水調漿淀粉用溫水調漿（50℃左右），可以提高液化效果，液化時形成不溶性淀粉顆粒較少，過濾速度加快。（2）液化DE值的控制若DE值較高，小分子類物質過多，不宜于糖化酶形成絡合物。糖化終了，麥芽糖等小分子物質的含量較大，不僅導致淀粉轉化率降低，而且使糖化液粘度增大，過濾速度減慢。若DE值過低，液化液易老化，糖化酶對老化糊精不起作用。糖化終了，由于大分子類物質的存在，糖液粘度更大過濾會更困難。（3）液化液老化影響液化液老化的因素有：①PH值：堿性條件下有抑制老化的作用，酸性條件下易于老化②時間：其液化時間長或液化時升降溫速度慢，都會加快液化液老化液化液老化，會嚴重影響過濾速度及淀粉轉化率。（4）過濾PH對過濾速度的影響綜合蛋白質凝聚、糖液顏色、糖化透光等因素，以木薯為原料，過濾PH值以4.8-5.0為佳。3.7中和從糖化鍋出來的糖化液溫度很高(140—150℃)，需經冷印才能進行中和。中和的日的是降低糖液的酸度，調節PH值，使糖液中膠體物質析出，便于過濾除去。生產過程中用的中和劑有純堿和燒堿。純堿（Na2CO3)溫和，糖液質量好，但產生的泡沫多，生產中難控制。使用燒堿．應將燒堿配成NaoH溶液，濃度過高易造成局部過堿，葡萄糖焦化而產生焦糖，焦糖能抑制谷氨酸茵的生長，增加色澤，難以精制。中和時應將Na2Co3化成堿水緩慢進行，否則由于局部堿性過大．復合物和分解物易形成。造成糖的損失，增加提取的困難。要求邊中和邊測pH值，保持pH值在4．6—5．0。一般在中和操作中注意控制中和溫度為60一70℃。溫度高，脫色效果較差；溫度低，將使糖粘度增大，難過濾。3.8.脫色工藝及設備3.81脫色的目的及原理糖液中含有的有色物質和一些雜質必須除去，方能獲得澄清透明、甚至無色的糖漿產品。工業上一般采用活性炭脫色，活性炭又分顆粒炭和粉末炭兩種。粉末活性炭為黑色粉末，除含少量的水分和微量的灰分外，其余為炭。每克活性炭的吸附面積高達500m2。活性炭脫色就是將有色物等雜質吸附在活性炭的表面，從糖液中除去。3.8.2脫色工藝條件（1）糖液溫度 活性炭的表面吸附力與溫度成反比，但溫度高，吸附速率快，在較高溫度下，糖液粘度較低，加速糖液滲透到活性炭的吸附內表面，對吸附有利。但溫度不能太高，以免造成糖分解而著色。一般以80℃為宜。（2）PH值 在較低PH值下進行，脫色效率高，糖液也穩定。（3）脫色時間 一般認為吸附是瞬間完成的，為了使糖液與活性炭充分混合均勻，脫色時間以25-30min為好。3.8.3脫色設備糖液脫色是在具有防腐材料制成的脫色罐內完成。罐內設有攪拌器和保溫管，罐頂部有排氣筒。脫色后的糖液經過濾得到無色透明的液體。糖漿的脫色用活性炭，活性炭的吸附作用是可逆的，它吸附顏色物質的量決定于物質的濃度，所以先脫顏色淺的物料，再脫顏色深的物料，這種方法可以減少炭的用量，降低成本，在工業上叫逆流法。從脫色的效果來看,由于釀酒用糖漿不需脫至無色,一次脫色已基本達到要求,若再次脫色,勢必會加大蛋白質的損失。所以一次脫色后，即可送去濃縮。3.9工藝流程原料預處理→調漿（料水比1:3,50℃）→糊化鍋→滅酶處理→調節pH、冷卻→糖化鍋→滅酶處理→冷卻→中和、脫色→板框壓濾→去發酵第四章工藝計算4.1物料衡算物料消耗的計算淀粉原料生產酒精的總化學反應式：糖化：（C6H10O5）n+nH2O——nC6H12O616218180發酵：C6H12O6——2C2H5OH+2CO218092881.生產1噸無水酒精的理論淀粉消耗量由上式可求的理論上生產1噸無水酒精所耗的淀粉量為：1000×162÷92=1760.9（kg）2.生產1噸三級酒精的理論淀粉消耗量普通三級酒精的乙醇含量在95%（體積分數）以上，相當于92.41%（質量分數），故生產1噸普通三級酒精理論上須淀粉量為：1760.9×92.41%=1627.2（kg）.3.生產1噸普通三級酒精實際淀粉消耗量由于整個生產過程要經過原料處理、發酵及蒸餾等工序，有一系列復雜的物理化學和生物化學反應，產品得率必然低于理論率。據實際經驗，各階段淀粉損失率如表所示。表二生產過程各階段淀粉損失生產過程損失原因淀粉損失（%）備注原料處理粉塵損失0.40蒸煮淀粉損失及糖分損失0.50發酵發酵殘糖1.50發酵巴斯德效應4.00發酵酒汽自然蒸發與被CO2帶走1.30有酒精撲集器為0.30%蒸餾廢糟帶走等1.85總計損失9.55假定發酵系統設有酒精撲集器，則淀粉損失率為8.55%。故生產1噸普通三級酒精須淀粉量為：1627.2=1779.3（kg）100%-8.55%這個原料消耗水平相當于淀粉出酒率為1000÷1779.3=56.2%，達到了我國先階木薯原料生產酒精的先進出酒率水平。4.生產1噸普通三級酒精木薯原料消耗量據基礎數據給出，木薯根莖淀粉含量為76.7%，故1噸酒精耗木薯根莖量為：1779.3÷0.767=2319.8（kg）生產20000噸酒精需要消耗木薯塊莖量為：2319.8×20000=46396（噸）5.淀粉酶消耗量酶活力為2000u/g的固體曲使淀粉液化，促進糊化，可以減少蒸汽消耗量。酶用量按8u/g原料計算。用曲量為：2319.8×1000×8=9.28（kg）20006.糖化酶耗用量所用固體曲糖化酶的活力為20000u/g，生產所需酶量為150u/g原料，則糖化曲消耗量為：2319.8×1000×150=17.4（kg）200007.蒸煮醪量的計算根據生產實踐，淀粉原料連續蒸煮的粉料加水比為1:4.5,所以粉漿量為：m粉漿=2319.8×（1+4.5）=12758.9(kg)設煮沸時間是40min，蒸發量為每小時5%，則煮沸蒸發水分為V1=m粉漿×5%×40÷60=425.30kg故煮沸后的蒸煮醪量為：m1=m粉漿－V1=12758.9－425.30=12333.6kg8.蒸煮醪量的計算根據生產實踐，淀粉原料連續蒸煮的粉料加水比為1:4.5,所以粉漿量為：m粉漿=2319.8×（1+4.5）=12758.9(kg)設煮沸時間是40min，蒸發量為每小時5%，則煮沸蒸發水分為V1=m粉漿×5%×40÷60=425.30kg故煮沸后的蒸煮醪量為：m1=m粉漿－V1=12758.9－425.30=12333.6kg9.糖化醪與發酵醪量的計算后發酵結束后成熟醪量含酒精10%（體積分數），相當于8.01%（質量分數）。假設蒸煮效率為98%，而且發酵罐酒精捕集器回收酒精洗水和洗罐用水分別為成熟醪量的5%和1%，則生產1000kg95%（體積分數）酒精成品有關的計算如下：10.

木薯酒精的成熟發酵醪量為：F1=1000×92.41%×（100+5+1）÷10098%×8.01%=(kg)不計酒精捕集器和洗罐用水，則成熟發酵醪量為：12477÷106%=11771(kg)入蒸餾塔的成熟醪乙醇濃度為：1000×92.41%=7.56%（質量分數）98%×12477相應發酵過程放出CO2總量為：1000×92.41%×44=902(kg)98%66接種量按10%計，則酒母醪量為：11771+902×10%=1152.1(kg)（100+10）÷100糖化醪量酒母醪的70%是糖化醪，其余為糖化劑和稀釋水，則糖化醪量為11771+902×1152.1×70%=12327(kg)（100+10）÷100年產20000噸木薯酒精廠總物料衡算對淀粉原料生產1000kg酒精（95%）進行物料平衡計算后，以下對20000噸/年甘薯干原料酒精廠進行計算。主要原料木薯干用量年消耗量：2319.8×20000=（kg）=46396（t）日消耗量：÷300=.3（kg）≈154.64（t）4.2熱量衡算熱量衡算一、蒸煮段（一）糊化用水耗熱量Q1根據生產實踐，淀粉原料連續蒸煮的粉料加水比為1：4.5粉漿量為：m粉漿=2319.8×（1+4.5）=12758.9(kg)根據本設計工藝，糊化鍋加水量為：m1=2319.8*4.5=10439.1（kg）（式中，2319.8——1噸酒精消耗木薯根莖量）取自來水平均溫度t1=18攝氏度，而糊化配料用水溫度t2=58攝氏度，故耗熱量為：Q1=m1*Cw（t2-t1）=10439.1*4.18*（58-18）=.52kJ（一）粉漿糊化加熱耗熱量Q2：Q2=Q2’+Q2’’+Q2’’’糊化鍋內粉漿由初溫t0加熱至100攝氏度耗熱Q2’Q2’=m粉漿c粉漿（100-t0）（1）計算粉漿的比熱容干物質含量B0=87.1%的薯干比熱容為：C0=4.18（1-0.7B0）=1.63[kJ/(kg.K)]粉漿干物質濃度為：B1=87.1/（4.3*100）=20.3%粉漿比熱容為：C1=B1×C0+（1.0-B1×CW）=20.3%×1.63+（1.0-20.3%）×4.18=3.66[kJ/(kg.K)]式中Cw——水的比熱容[kJ/(kg.K)]為簡化計算，假定粉漿的比熱容在整個糊化過程維持不變。計算粉漿的初溫設原料甘薯粉初溫為18攝氏度，而熱水為58攝氏度，則t0=（m甘薯粉*C0*18+m1Cw*58）/(m粉漿C1）=（2319.8*1.63*18+10439.1*4.18*58）/(12758.9*3.66)≈55.65攝氏度則Q2’=12758.9*3.66*（100-55.65）=.407kJ整個糊化加熱過程中蒸汽帶出的熱量Q2’’設糊化時間為40min，蒸發量為每小時5%，則蒸發水分量為：mv1=m粉漿*5%*40/60=12758.9*5%*40/60≈425.30kgQ2’’=mv1I=425.30*2257.2=.16kJ熱損失Q2’’’粉漿升溫和液化過程的熱損失約為前兩次耗熱量的15%Q2’’’=15%(Q2’+Q2’’)有上述結果得Q2Q2=1.15(Q2’+Q2’’)=1.15*(.407+.16)=.252kJ（二）糊化結束滅酶過程耗熱量Q3糊化結束，蒸煮醪要升溫至120攝氏度，進行滅酶處理5min，由于此過程時間較短，忽略此過程中蒸汽帶走的熱量及熱損失。根據物料衡算，煮沸后的蒸煮醪量為：m蒸煮=m粉漿－mV1=12758.9－425.30=12333.6kgQ3=m蒸煮C1（120-100）=12333.6*3.66*（120-100）=.52kJ糖化段（三）糖化過程前降溫至63攝氏度放熱量Q4糊化滅酶過程后蒸煮醪要經過冷卻，將蒸煮醪降溫至63攝氏度。根據物料衡算，經滅酶后的蒸煮醪溫度120攝氏度，經過冷卻放出熱量為：Q4=m蒸煮C1（120-63）=12333.6*3.66*（120-63）=.632kJ（四）維持糖化過程耗熱量Q5由糖化工藝流程可知，在糖化過程中，糖化罐內維持溫度63攝氏度。Q5=Q5’+Q5’’整個糖化過程中蒸汽帶出的熱量Q5’設糖化時間為2h，蒸發量為每小時4%，則蒸發水分量為：mv2=m蒸煮*4%*2=12333.6*4%*2=986.688kgQ5’=mv2I=986.688*2345.5=.704kJ2.熱損失Q5’’糖化過程熱損失約為前一次耗熱量的15%Q5’’=15%Q5’由上述結果Q5Q5=1.15Q5’=1.15*.704=.21kJ（五）糖化結束滅酶過程耗熱量Q6糖化結束，糖化醪要升溫至115攝氏度，進行滅酶處理5min，由于此過程時間較短，忽略此過程中蒸汽帶走的熱量及熱損失。由物料衡算可知：m糖化醪=12327kgQ6=m糖化醪C1（115-100）=12327*3.66*（115-100）=.3kJ中和脫色，過濾段中和除雜段冷卻耗熱量Q7Q7=Q7’+Q7’’+Q7’’’1.糖化醪冷卻到65攝氏度，放出熱量Q7’Q7’=m糖化醪C1（115-65）=12327*3.66*（115-65）=kJ維持中和脫水過濾過程中耗熱量Q7’’中和脫色過濾整個過程約40min，維持糖化醪溫度在65攝氏度，設蒸發強度為4%，則蒸發水分量為：mv3=m糖化醪*4%*40/60=12327*4%*40/60=328.72kgQ7’’=mv3I=328.72*2345.5=.76kJ熱損失中和脫色過濾過程熱損失約為前一次耗熱量的15%Q7’’’=15%Q7’’4.由上述結果Q7Q7=Q7’+1.15Q7’’=-+1.15*71012.76=-.326kJ（七）糖化生產一噸酒精總耗熱：Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7=.52+.252+.52-.632+.21+.3-.326=.844≈4.725*106kJ糖化生產一噸酒精耗用蒸汽量：使用表壓為0.3MPa的飽和蒸汽，h=2725.3kJ/kgm0=Q總=4.725*106≈2298.56kg（h-i）η(2725.3-561.47)*95%據設計，年產20000t酒精耗熱量Q總=4.725*106*20000=1.0017*107kJ年產20000t酒精耗熱量耗蒸汽總量m總=2298.56*20000=kg第五章生產設備設計與選型5.1分離設備為了達到薯干分級目的，必須選用不同網目的篩網進行篩選，為了篩選過程中薯干能翻動以使大塊薯干表面的沙石翻落下來，對篩網的振幅和振動頻率都有一定的要求，將所選用篩網的級別、網目尺寸，曬后麗都等指標列附表如下：薯干分級篩網層序篩網目尺寸（mm）篩后粒度所占總量比例第一級130×30>25×2575%第二級215×15>10×105%—8%第三級32.5×2.5>2×25%第四級4>2×25%—6%整個篩選過程由振動篩選機完成，其示意如圖2所示。三層篩網與水平方向分別成（20±2）°，（15±2）°，（10±2）°，均有±2°的可調范圍，以適應不同季節、不同類型的薯干篩選。篩網架由電動機驅動雙偏心套筒式曲柄連桿機構，振幅50mm并且可調整，頻率177次/分，分級后的薯干由機器的后、左、右、下四個方向分別輸出進入風選設備進行風選。為使振動篩選機進料均勻，進料口中加一避風板和勻料器。為避免篩選中產生的粉塵發生燃燒、危險、在機器上方加有吸塵器。整個機器尺寸約為3000mm×1710mm×2500m5.1.1風選設備設計風選設備選用直立式三通接料輸送器，由振動篩選機篩選后的四種粒度的薯干和石礫，沙粒雜質分別進入四種不同規格的直立式三通接料輸送器，通過不同風速的氣流將薯干和沙石分離開來。第一級25mm×25mm以上粒度的薯干和石塊通過一個有風機單獨調節風俗的三通接料輸送器，另外三種粒度的薯干和沙石共用一個風機，在接料器管路中各自由風門調節風速。薯干和石塊的輸送管路與水平夾角可以調整，以找到最適合的風速。5.1.2.薯粉回收與灰塵去除設備設計氣液與薯干分離后由于其中含有很細的細砂（即灰塵）和薯粉，薯粉含量約占薯干總量的2%左右，必須進行回收，而灰塵應去除，故在回收薯粉之前，在風送管道中加一慣性除塵器，然后進入篩板式水淋塔，氣流中的薯粉得以回收。水淋塔中間安裝兩層篩板，篩板上布滿有φ16的圓孔，水流從塔底部進入，由于容積突然增大，氣流速度迅速減小，由下向上緩慢流動，經過水淋，薯粉得以回收，水淋后的氣流已無薯粉和灰塵排入大氣，水淋后薯粉和水流一起進入攪拌器。5.2粉碎機選型5.2.1錘式粉碎機的生產能力對于圓孔篩的錘式粉碎機，設一個圓篩孔排出的產品容量為V0（m3）：V0=EQ\F(π,4)D02dμ式中，D0為篩孔直徑，單位為m；d為產品粒度，單位為m，木薯淀粉粒徑為5～35μm，取30μm；μ為排料的不均勻系數，一般取為0.7。在本設計的條件下，一個圓篩孔排出的產品容量為：V0=EQ\F(π,4)×（2.5×10-3）2×30×10-6×0.7=1.03×10-12m3錘刀掃過篩孔時才有產品排出。若轉子上有k排錘刀，則轉子轉一周，錘刀就掃過k次。若轉子轉速為n(r/min),篩孔總數為Z個，則每小時排出的產品量（m3）為：V=60×V0Zkn=15πD02dμZkn根據粉碎機轉子直徑D（mm）,取400mm，線速度

V和實際加工要求，轉子轉速

n由下式可得：

n=EQ\F(60×1000v,πD)=EQ\F(60×1000×40,π×400)r/min=1911r/min該設計采用的錘式粉碎機k=4，錘刀總數為16，每個錘刀上有兩個孔，故共有32個孔，即Z=32V=1.03×10-12×60×32×4×1911m3=1.5×10-5m3/h粉碎產品的松散體積質量為γ=1.7×104t/m3，Q=Vγ=15πD02dμZknγ=1.5×10-5×1.7×104(t/h)=0.255(t/h)5.2.2粉碎機數量/