年产4000 吨酒精工厂项目设计方案1 总论1．1 设计的目的和意义通过毕业设计，巩固、深化基本理论、基本知识和基本技能，提高分析问题和解决技术问题的能力。

通过完成本次设计，基本掌握酒精生产工艺流程设计、基本工艺计算、主要设备选型等。

通过查阅文献、调查研究，提高综合分析能力。

酒精工业是国民经济重要的基础原料产业。

它广泛应用于化学工业、食品工业、日用化工、医药卫生等领域，是酒基、浸提剂、洗涤剂、溶剂、表面活性剂。

目前不少国家都在考虑将酒精作为新能源以应付“石油危机” 和“能源危机”，用酒精部分或全部代替汽油作为汽车燃料，不仅可节约大量的石油，而且可以减少二氧化碳的排放量，缓和温室效应，所以酒精生产有广大的供求市场。

1．2设计依据（1）大学理工学院（生物工程专业）---《年产4000 吨酒精工厂的初步设计》任务书（2）设计基础资料：产品名称：无水酒精（优级纯）工厂厂址：海口近郊生产原料：废糖蜜（海南各地糖厂的副产物）生产天数“全年生产260 天（全天候）当地气候条件（来自海南气象台资料）：温度极端高温39C 最低温度6C 平均温度23.8 C湿度最高湿度92% 平均湿度85%水温河水（>1米）最高30 C最低10C自来（饮用）水最高30 C最低10C深井水平均18C风频率年平均风速：3.3m/s降水量年平均：1691ml/a风向东北风和东风1．3 指导思想以设计任务书为基础，以最新科研成果和实际经验为依据，通过文献检索、收集资料，调查研究，综合分析；贯彻节省基建投资，充分重视技术先进，降低工程造价等思想，从节约能源和降低原料消耗，创较高经济效益等角度出发，以“工艺先进、技术可靠、系统科学、经济合理、安全环保”为原则，同时注重“三废”治理和综合利用副产物，充分重视环保防污。

尽量采用本地原料、定型设备，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，高效生产高质量的优质酒精。

1．4 设计范围（1）原料的选择及进行生产的方法（2）生产工艺流程与工艺条件的确定与论证（3）工艺计算（4）车间生产设备的选型计算（5 ）书写设计说明书（6）绘制工艺流程图带控制点生产工艺流程图；主要设备装配图；车间平面布置图；全厂总貌平面布置图等。

（7）设计重点：蒸馏工艺流程设计；蒸馏塔、精馏塔设计选型（8）技术经济效益指标分析1．5 生产规模及产品执行质量标准（1）生产规模生产规模：年产工业无水酒精4000 吨，日生产15.5 吨年工作日：全年生产260天（全天候）；其余时间为副产品加工、设备维修检修、员工技能培训等。

主产品：无水酒精质量标准《GB/T 678-2002》优级纯。

副产品：杂醇油（2）产品执行质量标准表1-1 产品酒精质量标准《GB/T678-2002》（3）生产车间组织与管理本车间实行车间、工段、班组三级组织与管理（4）工作制度酒精厂日工作时间为24小时，每日三班，每班8小时连续生产2生产工艺流程选择和论证2. 1酒精生产工艺流程设计2.1.1工艺流程简图（见下图）糖蜜酒精生产主要经过稀糖液制备、酒母制备、稀糖液发酵和酒精蒸馏四个工序原种水------------------2.1.2流程说明原糖蜜经泵送至高位槽，再经计量秤称重后输入酸化罐。

在酸化罐加入定量的水、硫酸、营养盐等辅料进行处理，处理后用双浓度法稀释，稀糖液浓度14~18o BX是用来培养酵母；浓糖液浓度32~40o Bx是用来发酵。

两种溶液流进主发酵罐进行发酵，发酵得到成熟醪（酒精浓度10%^上）成熟醪经预热器预热至72 E左右从醪塔顶加入，经过醪塔粗馏后酒汽从塔顶出来，从排醛塔13层左右进入，排醛塔底进入精馏塔的脱醛酒，脱醛液进入精馏塔，塔顶排出来的酒精汽（96%,再经预热器加热到200~250C 后进入分子筛塔进行脱水，出分子筛得到产品无水酒精。

2. 2糖蜜发酵的依据和机理2.2.1糖蜜酒精发酵特点（1）糖蜜酒精生产特点①糖蜜原料中的糖分以可发酵糖为主，发酵速度快，糖蜜中糖分以蔗糖为主，甘蔗糖蜜除蔗糖外还有大量转化糖，只需稀释，无需糖化即可被酵母利用，发酵速度快。

不论是甘蔗糖蜜还是甜菜糖蜜中糖类大多数为可发酵性糖，经过稀释同时添加部分营养盐，就可用酵母将它们发酵生成酒精，发酵周期短，一般只有36h。

②糖蜜含糖高、灰分多、黏度高糖蜜含糖高、胶体多、灰分大、黏度高。

糖蜜需加水稀释降低糖度和黏度，加酸调整pH,并要选用耐高渗透压的酵母进行酒精发酵。

为了维持正常的酵母生长和发酵速率，在酒母培养和酒精发酵时要适当通风。

③生产工艺与设备简单、易实现连续化酒精发酵与淀粉质原料生产酒精比较，可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，只需加水稀释，加酸酸化处理即可用于酒母培养和发酵，工艺流程与操作简单，易实现连续发酵。

④发酵生成酯、醛、头级杂质和杂醇油多糖蜜酒精发酵生成的酯、醛、头级杂质和杂醇油较多。

糖蜜酒精蒸馏一般需增加一个脱醛塔以排除乙醛，要加强杂醇油分离操作（提油）。

成品酒精中易超标的指标主要是醛、氧化实验、硫酸试验和杂醇油等。

（2）糖蜜酒精生产优点糖蜜酒精发酵工艺相对低简单，成本低。

糖蜜主要成分为可发酵糖，无需蒸煮、糖化过程，原料只要稀释、酸化、接种、发酵和蒸馏过程。

其主要优点是：①来源丰富②生产工艺、设备较淀粉质原料生产酒精相对简单糖蜜酒精无须粉碎、蒸煮、制曲和糖化过程和相应设备，能耗低，并且原料价格低，生产成本低。

③生产易实现连续化糖蜜酒精厂基本上采用了双流加连续发酵工艺。

（3）糖蜜酒精生产缺点①浓度高、灰分大、胶体多②发酵生成酯、醛等头级杂质多、杂醇油多，蒸馏废液难处理2.2.2 糖蜜酒精发酵中酵母的有效酶系糖蜜酒精发酵过程中，酵母细胞中参与酒精发酵的酶有十多种。

主要有两大类：一类为水解酶，另一类是糖- 酒精转化酶。

酵母活细胞中水解酶首先将糖蜜醪中的蔗糖水解生成一分子葡萄糖和一分子果糖，然后再由酵母活细胞中的酒化酶进行发酵，酒化酶是参与酒精发酵的各种酶和辅酶的总称。

这类酶主要包括己糖激酶、氧化还原酶、烯醇化酶、脱羧酶和异构酶、变位酶等。

这类酶都是胞内酶。

在这些酶的顺序作用下，糖分被逐步转化为酒精。

2.2.3 糖蜜酒精发酵在密闭发酵罐中进行的理论依据所谓发酵，是指微生物细胞，在无氧条件下，进行无氧呼吸，将吸收的营养物质通过细胞内酶的作用，进行一系列的生物化学反应，把复杂的有机物分解为比较简单的生化中间产物，同时放出一定能量的过程，就叫做发酵。

或者简单地说，就是在无氧条件下，微生物将复杂的有机物转变为简单的产物的过程，就叫做发酵。

所谓酒精发酵，就是指发酵酵中的糖类物质，在无氧条件下，受酵母细胞中酒化酶的作用，产生酒精的全过程。

酒精的发酵过程中，酵母菌的发酵是属于厌气性发酵，进行着无氧呼吸，发生着复杂的生化反应。

从整个发酵工艺来讲，既有发酵醪中的淀粉、糊精继续被糖化酶作用，水解生成糖类物质的反应，同时又有发酵醪中的蛋白质在蛋白酶的作用下，水解生成小分子的蛋白胨、肽和各种氨基酸的反应，这些水解产物一部分被酵母细胞吸收合成菌体，另一部分则发酵生成了酒精和二氧化碳，还要产生副产物杂醇油、甘油等。

糖蜜酒精发酵过程是不需氧的生物化学氧化过程，其生物氧化自成体系，反应过程中生成还原态的NAD 2H,用于乙醛的还原，而其自身被氧化恢复成氧化态的NAD辅酶上的氧化还原过程，即酒精发酵氢的传递过程。

所以酵母进行糖蜜酒精发酵时宜在密闭的发酵罐中进行。

酵母进行糖蜜酒精发酵时，在有氧的情况下，由于进行了呼吸作用，而酒精产量大大降低，糖的消耗速度在单位时间内也减慢。

有氧情况下，为什么糖蜜酒精发酵的发酵率反而减低？从酒精发酵反应式可总结如下：GHi2O6+2ADP+2HPA 2C2H50H+2ATP+2CO在酒精发酵过程中，在无氧情况下，一分子葡萄糖经酵母酒化酶系的催化作用最终生成二分子的乙醇，二分子ATP二分子二氧化碳，同时在酒精发酵中进行底物水平磷酸化，每发酵一分子葡萄糖产生3分子ATP同时需要用去2分子ADP和2分子磷酸：2ADP+2P R 2ATP在有氧的情况下，进行电子传递磷酸化，每消耗一分子葡萄糖，则产生38个ATP因此也需要38个分子的ADP和Pi :38ADP+38 P H 38ATP在酵母细胞内，ADP和Pi量是有限的，由于发酵的高速度进行，ADP 和Pi 已经被充分利用了，当有氧的情况下进行了电子传递磷酸化，生成大量的ATP因而消耗了大量的ADP和Pi，而用来进行发酵的底物磷酸化就会感到不足，从而降低了发酵速度，因此在有氧的情况下，糖蜜酒精发酵的效应反而降低。

由此可见，糖蜜酒精发酵宜在密闭的发酵罐内进行。

2.2.4 糖蜜酒精发酵机理酵母进入糖化醪后，糖分被酵母细胞吸收渗入细胞内，经过酵母细胞内糖-酒转化酶系统的作用，最终生成酒精、CO2 和能量，其中一部分能量被酵母细胞用作新陈代谢的能源，余下的部分能量和酒精及CO—起，通过细胞膜排出细胞外。

酵母菌就是以这种方式进行糖的酒精发酵的。

酵母酒精发酵的4 个阶段：①葡萄糖磷酸化和异构化，然后裂解为能转化的两种磷酸丙糖(甘油醛-3-P和磷酸二羟丙酮)。

②磷酸丙糖中的甘油醛-3-P的醛基经NAD氧化成羧基，伴随着Pi的摄取，此反应形成甘油酸-1，3-2P，其能量足以转移Pi到ADP上形成ATP③Pi从甘油酸的3位转移到2位，然后脱水形成磷酸烯醇式丙酮酸，它提供足够能量以转移Pi到ADP上。

④丙酮酸脱羧形成乙醛，乙醛为氢受体，其羰基氧化甘油醛-3-P脱氢所生成的NADH(H+)，从而再生NAD,乙醛生成乙醇。

酵母酒精发酵全过程的12 步反应：(1)发酵醪中的葡萄糖，被酵母吸收后，在ATP与己糖激酶的催化下，将葡萄糖变为6—磷酸葡萄糖。

Mg+作激活剂。

(2)转化为6—磷酸葡萄糖后，再经酵母细胞中磷酸己糖异构酶催化下，生成6-磷酸果糖。

(3)6—磷酸果糖在磷酸果糖激酶的催化下，降解成为1，6—二磷酸果糖。

(4)1，6—二磷酸果糖在醛缩酶的作用下，生成磷酸二羟丙酮和3—磷酸甘油醛。

(5)此时的磷酸二羟丙酮，在磷酸丙糖异构酶催化下，又生成3—磷酸甘油醛（6）3—磷酸甘油醛在3—磷酸甘油醛脱氢酶的催化下，生成1，3—二磷酸甘油酸。

（7）1，3—二磷酸甘油酸在磷酸甘油激酶的催化下，生成3—磷酸甘油酸。

（8）3—磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶催化下、生成2—磷酸甘油酸。

（9）2—磷酸甘油酸在烯醇化酶催化下，生成2—磷酸烯醇式丙酮酸。

（10）2—磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下、生成烯醇式丙醇酸，由于烯醇式丙酮酸很不稳定，立即就会生成丙酮酸。

（11）丙酮酸在丙酮酸脱氢酶催化下生成乙醛。

（12）乙醛在乙醇脱氢酶的作用下就生成了酒精。

2.2.5 提高糖蜜酒精发酵效率的方法一方面要注意调整酵母的外界环境条件，使外因适于酵母内在规律要求，另一方面驯养和选育耐高渗透压和耐高温的优良酵母菌种，以适于糖蜜酒精发酵。