年产36万吨食用酒精项目可行性研究报告.docx

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年产36万吨食用酒精项目可行性研究报告

摘要

酒精工业是发展国民经济重要的基础原料产业。

它广泛应用于食品工业、化学工业、医药卫生领域，现在又作为重要的能源资源而倍受瞩目。

在酒精生产过程中，加强资源综合利用与合理使用可有效的降低生产成本。

本设计是在查阅大量文献和对吉林龙谷生物科技有限公司生产车间实地考察的基础上提出的设计思路，进行酒精发酵工厂的初步设计，其中包括厂址的选择、工艺流程设计；物料衡算、热量衡算及主要设备选型的计算；同时绘制了带控制点的工艺流程图、设备布置图和管道布置图等。

采用安琪超级高温酿酒高活性干酵母（超酒酵母）替代原高温酿酒酵母用于玉米酒精生产!

通过改进工艺!

在不改变原生产设备的条件下实现浓醪发酵!

解决了制约产量提高的因素!

产量可达到64~66t/d，每吨酒精成本下降了105元

以玉米为原料生产年产3.6万吨普通级食用酒精，重视资源综合利用，回收发酵过程酒糟滤液、余馏水等回用拌料，酒糟生产高蛋白饲料，上流式厌氧污泥床反应器处理工业废水等，不仅减少了污染，节约能源和资源，提高了设备利用率，降低能耗，减少酒糟处理量，同时提高了经济效益。

关键词超级高温酿酒高活性干酵母酒精双酶法浓醪发酵

Abstract

Ethanolindustryisanimportantfundamentalmaterialindustryforthedevelopmentofournationaleconomy.Itiswidelyusedinfoodindustry、chemicalindustryandmedicinehygieneregion;Nowitisfixedeyesonasanimportantenergyresource.Duringtheproductionprocessofethanol,strengthencomplexutilizationofresourceandtheintel-ligentuseofenergycanreducethecosts.

Thedesignbasedonconsultingtoagreatofliteraturesandre-viewingtheproductiondepartmentsofJilinlonggubioscienceandte-chnologycorporation,proposedesigntrainofthoughtofthebuildingthatcarriedouttheprelimilarydesignoffactory,includingsiteselection,technologyprocessdesign,materialbalanceandmajorequip-

mentselection,anddrawuptheprocesscontrolpointplansequipmentpurchaseofthemap,planningsurfacemapandotherchannelsatthesametime.

Angelsuperhightemperatureresistantactivedryyeastwasusedintheproductionofcornalcoholinsreadoforginalyeast.Trialproductionindicatedthathighconcerntrationmashfermentationhadbeenrealizedwithnochangesoforiginalfacilitiesandthelimitingfactorstoincreasealcoholoutputhadbeensettled（alcoholoutputreached64~66t/dandproductioncostreduced105RMB/pertonalcohol）.

Usecornasrawmaterialstoproduce360，000kgperyearthegenerallevelofalcoholconsumption,emphasisoncomprehensiveutilizationofresources,recoveryfiltrationleesoffermentationprocess,boilingwateroverandetcreuse,usedistillergrainstoproduceDDGS.UASBreactortotreatindustrialwastewater,allthesenotonlytoreducepollution,saveenergyresources,Improveequipmentutilization,Reduceenergyconsumption,reducethehandlingcapacityofDistiller'sgrains,butimprovingeconomicefficiencyalso.

Keywords:

superhightemperatureresistantactivedryyeastethanoldouble-enzymecraftveryhighgravityfermentation

第1章绪论

随着DNA的发现，21世纪的今天，生物技术在我们的工业，农业，医疗，环境和海洋等方面得到广泛应用。

生命科学及其技术进入一个蓬勃发展时期，日益成为影响国计民生的科学技术支柱和21世纪高新技术产业的先导，为人类做出了巨大的贡献。

现代生物技术即生物工程，他对解决人类面临的重大问题如：

粮食，健康，环境和能源等将开辟广阔的前景，因此越来越为各国政府和企业界所关注，与信息，新材料和新能源技术并列成为影响国计民生的四大科学技术支柱，是21世纪高新技术产业的先导。

酒精生产就是一种重要的生物技术，酒精是完全有可能全部或部分替代石油的可再生能源，并且可以作为有机溶剂，化工原料，饮料以及医用消毒剂等。

酒精广泛应用于化工、食品饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域，因此具有十分广泛的应用和发展前景。

由于历史的原因，我国的酒厂家星罗棋布，遍及全国隶属十多个部门，规模大小参差不齐，行业管理混乱，特别是酶剂工业和酵母工业的发展，促进了中小酒精厂的兴起，它即是一个资源（粮食、燃料、电力、水）消耗大的行业又是一个财税收人多的行业。

中小酒精厂（酿酒厂）一般都是地方的骨干企业，有关部门不同程度地制定一些优惠政策，主要是税收政策。

现在有一些国家酒精厂和乡镇办、村办、私营酒精企业仍实行包税制。

估计国税的流失已超过现征收的消费税。

酒精行业以前主要是国营企业，现在合资、兼并、股份、集体和私营企业的比重增大，随着国企改革的深入，私营企业将会得到很大的发展，行业管理的难度加大。

近几年来，随着国家深化改革的发展步伐，酒精行业也出现了前所未有的生产市场危机:

（1）酒精生产严重过剩，产需不平衡。

由于全国粮食、甘蔗，大幅度增产，酒精工业有充足的原料，再加上酒精、白酒的高税收，已成为地方财政的重要来源，一些地区在水平上盲口扩产和新建酒精生产项目，使酒精产量增长速度大大高于国民经济整体增长速度，实际市场需求量不足酒精总产量的一半。

酒精的育目建设给国家、企业带来了十分严重的后果。

（2）酒精生产市场萎缩，竞争激烈。

化工行业原料用酒精连年厂降，其中以酒精为原料价格高，另外，以甲醇为原料合成技术的冰醋酸项目，国内已有几套投产，冰醋酸等化工行业生产原料的转换减少了酒精的使用。

加上合成酒精，糖酒精的低价冲击，使本来就形势严峻的酒精市场竞争更加激烈，企业开工率低，为企业处于频繁开停，维持生产的状态，企业效益大幅度下滑。

积极开展科技攻关，新技术成果不断涌现，据统计，“七五”、“八五”期间，酒精行业获国家和轻工部、科技成果奖项目70余个，其中:

耐高温淀粉酶，中温蒸煮技术，高温酵母菌种及技术，连续发酵，高效差压蒸馏，强制国统，以及玉米酒精DDGS成套设备国产化技术得已经在全行业普遍应用。

科研成果的应用，提高了我国酒精工业生产水平，特别是随着酒精生产规模的不断扩大和发展，酒精废液排放量逐年增加，已成为食品工业最大的污染源。

与治理污染，企业和科研部门做了大量的工作。

目前，部分企业已完成糟液废水排人的治理，有效地控制了环境污染。

技术和管理上，还有一定差距。

近几年，酒精行业虽说引进了不少先进的工艺技术，但缺乏整体战略和谋略策划，多头引进，五花八门，配套不好，应用效果差，而即使是国内的一些行业先进技术的进步。

人才的缺乏制约着企业的发展，在市场经济中，面对国内外市场的激烈竞争，人才显得尤为突出。

目前，我们企业在管理人才、技术人才、融资人才和市场营销人才上无不奇缺，致使企业再发展的后劲不足，制约了企业的发展。

[1]

在2004年，在美国每一年有超过78个工厂制作几乎13000000升乙醇，当时，有超过一半的美国燃料酒精是由一个公司生产的。

这个公司是阿彻丹尼尔斯米德兰。

工厂的产量现在比以前大得多，大部分介于四十至200万加仑/年（150-760万升/年）。

一个工厂还建立在中国吉林，即生产600000吨酒精（480000000升/年），每年消耗192.0万吨玉米。

2005年这家工厂的生产能力将增加至150万吨乙醇。

[2]

佛州的公司有可能利用糖蜜制酒处在西棕榈滩的佛罗里达结晶公司和设在BelleGrade的佛州甘蔗种植者协会接到由他们聘请来考察生产糖蜜酒精可行性的两家迈阿密公司的一份初步报告，这是JoseAlvarez这位蔗农协会专管计划和运营的高级副会长说这番话的。

如果该项目可以实现的话，这间甘蔗糖厂将为美国首家用糖蜜作原料制酒精。

除了用糖和糖蜜制酒精之外，生产者也可用甘蔗作原料，每吨甘蔗生产约1.5加仑酒精。

副总裁RobertCoker介绍说，佛州另外一间糖业公司——座落在Chewiston的美国糖业公司，也正在研究在当地生产酒精的可行性。

[3]

因此，通过参照吉林沱牌农产品开发有限公司生产工艺技术及有关技术资料的前提下，设计年产3.6万吨食用酒精生产装置的工艺设计。

液化糖化工段采用低温双酶法；发酵工段采用大罐连续发酵法；精馏工段为六塔差压精馏。

本次设计的重点为液糖化，发酵工段。

第2章工艺论证

2.1工艺流程的选择

借鉴吉林龙谷生物科技有限公司成熟的生产经验设计生产流程：

原料玉米→清选→粉碎→糊化

↓←α—淀粉酶

液化

↓←糖化酶

污水饲料发酵←酵母菌

↑↑↓

蒸发←清液←酒糟液←精馏

图2—1玉米生产酒精工艺流程示意图

2.2生产方法

2.2.1粉碎工段生产方法

干法是指直接由玉米原料经粉碎,液化糖化发酵制酒精。

均匀的粉碎更有利于保证混合的效果，也有利于后续的液化糖化过程。

与湿法粉碎相比，干法耗能较大，但不易染菌，在这个问题没有很好解决以前，采用干法也有相当优点。

本工艺从节省能耗和占地面积的角度考虑，选用的是干法粉碎。

[4]

2.2.2液糖化工段生产方法

本工艺采用低温双酶法液化糖化。

现在的大多数酒精厂采用连续高温蒸煮工艺，其工艺路线为：

用蒸汽将混有液化酶的玉米浆直接喷射加热，蒸汽压力为0.4-0.6MPa，料浆温度迅速升高，完全糊化、液化，再进入保温罐中，在85-90℃下保温45min，液化到达终点后，需要进行灭酶处理，升温至100℃保持10min，然后降温，供糖化工段用。

[5]

高温蒸煮存在的问题：

酒精生产中，我国传统工艺均采用高温蒸煮、中温发酵，但高温蒸煮易使原料中果糖转化为焦糖，焦糖不仅不能使酵母发醉，还会阻碍糖化酶对淀粉的作用，影响酵母生长和酒精产量，淀粉损失可达1.2%左右，从而降低了淀粉出酒率，影响企业效益。

另外，蒸汽耗用量高，冷却水消耗量大，蒸煮的能源消耗量占其整个生产用量的30%—40%。

[6]

在低温蒸煮的液化糖化中使用双酶法可以使淀粉酶与原料充分接触，使长链淀粉在短时间迅速分解为短链糊精和少量葡萄糖，糊化彻底。

随着科学技术的不断发展，酒精生产的传统工艺不断被更新,取而代之的是自动化程度高，操作又简单的新技术，新工艺。

采用双酶法低温蒸煮糖化工艺是目前国内以玉米生产淀粉的新成果。

酶是活细胞所产生的一种生物催化剂[7]，与细胞分离后，酶的性能稳定，仍可进行催化反应。

因为酶可以在常温常压下进行催化反应，所以有利于简化设备，改善劳动条件，降低成本。

齐齐哈尔北大仓酒厂的酒精生产已经有十几年的历史，而且始终采用高温蒸煮糖化工艺，最近该工厂借鉴其它厂家的经验，结合酒厂的实际情况，采用了双酶法低温蒸煮糖化工艺。

通过两年的生产对比，双酶法低温蒸煮比高温蒸煮温度降低65℃，可减少用气量，而且双酶法的蒸煮醪，糖化醪质量都比高温法好发酵期缩短4-12h，设备利用率提高7-17%，发酵醪的指标均达到或超过了高温法，这也说明了双酶法蒸煮糖化工艺达到或超过了高温蒸煮糖化工艺，因此采用双酶法低温蒸煮糖化工艺不影响发酵水平，是完全可行的。

淀粉出酒率可提高1.1%，可节约能源21.1%。

[8]

糖化工艺为半糖化法。

半糖化法可以降低由于糖份过高而在发酵过程中产生的底物抑制。

半糖化法可以缩短酿酒周期，生产实际证明半糖化法还可以提高出酒率。

相反全糖化法糖分过高，在发酵过程中容易产生底物抑制。

另外，高温淀粉酶分两次加入是一项技术，比一次加效果要好，利用率高。

2.2.3发酵工段生产方法

本工艺采用的是大罐连续发酵。

在连续发酵中，要求进8个罐的醪液糖分基本上等于被酵母消耗的糖分加上流出的糖分。

在发酵阶段，新增殖的酵母细胞数加上由上一罐流入的酵母数等于流出到下一罐的酵母数。

但是，酵母的繁殖速度还取决于发酵醪营养物质浓度，而营养物质的含量又取决于进料和出料速度。

所以，控制进料速度，就可以控制酵母细胞数和营养成分。

发酵最怕染菌，乳酸菌大量繁殖造成的污染是阻碍连续发酵广泛应用的主要原因。

适当降低发酵醪的pH值，是防止杂菌污染的有效措施之一。

PH的调整可用H2SO4来调节，在糖化之前加入。

发酵成绩的好坏与温度控制关系极为密切。

在正常气温下，预发酵罐温度控制在30-32℃，主发酵罐的温度控制在32-35℃。

大罐连续发酵中，发酵罐的进出料可在发酵罐的中部，发酵醪的冷却是用泵由发酵罐底部抽吸经螺旋板换热器冷却后，送入发酵罐中部的进料处。

在解决发酵罐的滞流和滑料问题上，采用在发酵罐的进料处用搅拌器，使发酵罐中原醪液与新进的醪液充分混合。

在出料口，通入无菌空气，有两个目的：

一是通入适量的无菌空气激活酵母；二是使发酵罐中的醪液充分翻拌混合均匀，防止滞流和滑料等。

大罐连续发酵的主要特点是：

发酵罐个数少，容积大。

国内传统的连续发酵要求罐数一般为11-15个，目的是保证后发酵时间，使发酵更为完全。

大罐连续发酵，发酵罐个数可为3-6个。

[9]

2.3厂址选择

因为吉林市区位优势明显，为全国玉米生产基地，交通便利；另外吉林市地处松花江畔，水利资源较为丰富，所以本设计项目的厂址按要求应该选建在吉林市。

2.3.1设计地区的自然条件

1水文气象资料

（1）气温

表2-1温度

项目

最热月最高气温（平均）

全年最低气温

最热月平均

最冷月最低气温（平均）

最冷月平均

单位（℃）

25.3（7月）

—34.9

22.7

—34.9

—16.9

（2）水源的水温及硬度密度

（a）水源情况：

松花江江水

（b）水温：

全年最低水温0.5℃（1月）；全年最高水温12.5℃（8月）

月平均最低水温0.5℃；月平均最高水温12.5℃

（c）总硬度（德国度）：

最高值6.5；最低值4.48

　月平均最高值6.5；月平均最低值4.5

（3）水速及水向

最多水向及其频率：

夏季SW16全年SW13

最大月平均水速：

5.8m/s（4月）

全年最大水速：

28m/s

全年平均水速：

4.4m/s

工艺用水的质量要求达到或接近城市自来水标准。

工艺用水的消耗量一般为全厂用水量的5%。

对冷却水的质量要求比工艺水低，应不含泥沙等悬浊物，浊度一般不大于100度即可。

同时应不含对设备与管道有腐蚀性的物质。

海拔高度

平均气压

最大冻土层深

风向

236.8m

986.7mbar

162㎝

夏季SW1全年SW13

2其它数据

表2-3其它数据

2.3.2卫生条件

建厂需考虑周围的环境卫生条件。

本设计为发酵工厂，生产的是食用酒精，所以要求的环境卫生条件比较高。

根据国家标准（GB3092-82）规定：

一级区域指空气中含尘量低于0.15mg/m3的区域，属于高度洁净区域，二级区域应不高于0.3mg/m3，属于一般标准，三级区域含尘量高于0.50mg/m3，为污染区。

发酵工厂应建于一级或二级区域中。

如果在工业区建厂，发酵工厂应该建在工业区的上风口位置，同时也应该与铁路及公路主干线保持适当距离，最好在居民区的下风侧。

2.3.3抗震条件

我国规定：

①地震6度裂度或以下适合建厂。

②地震7度裂度地区适合加固厂房。

造价增加15%，不适合建厂。

③对于地震8度裂度地区，采取更为严格的措施，包括采用框架结构，梁加大，造价增加30%，不适合建厂。

2.3.4地理条件

工厂建厂也要求一定的地理环境。

厂区要防受淹、滑坡、坍塌、泥石流等自然灾害。

为了防止厂区受淹，要求厂区建在历年最高洪水线0.5m以上。

还应避免溶洞，沼泽，断裂带和泥沙。

如果是高建筑或大型空压机站等建设应按照有关规定严格执行。

对厂区坡度的要求：

对于大型厂应不大于4%；中型厂大于6%；小型厂不大于10%。

厂区内主要地段的坡度以不大于2%为宜。

但是为了便于排除厂内的积水，坡度不小于0.5%。

2.3.5交通运输条件

交通运输对于工厂的生产成本以及公司营运很重要的，俗话说：

“要想富先修路”。

如年生产量在5～10万吨以上时可考虑申请铁路专用线。

当较大工厂时，可以沿铁路沿线建厂可以降低运输成本。

涉及公路运输时，可将公路运输委托给专业运输公司承担。

有条件的可以考虑水运。

2.3.6原料和辅料的供应条件

选择发酵工厂厂址的时候要考虑原料、燃料以及包装材料的配套供应，一般将工厂建在原料产地或者周边地区、水源方便、燃料供应方便，这样有利于配套、生产、综合利用和降低成本。

2.4原料

本设计使用的生产原料是玉米。

干玉米含淀粉63-66％、水分≦14％、蛋白质含量较高，一般约8-9％，玉米中脂肪含量较高，约4-4.5％。

玉米是一种比较理想的酒精生产原料，而且用玉米生产白酒可以有一种特别的清香，所以它也是白酒生产的主要原料之一。

2.5环保和安全

本设计为发酵工艺，按GBJ-16-87生产的火灾危险性分级，定为戊级，按GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》，发酵车间防爆为2区，耐火等级为2级。

因此其厂房层数及面积皆不限，厂房的防火间距为10m。

第3章工艺设计

3.1原料玉米的干燥和储存

3.1.1工段的目的和要求

目的：

将原料玉米清筛，干燥，储存，使原料粮变成干净粮。

要求：

玉米的水分含量≦14%

3.1.2基本原理

利用圆筒筛、除尘器等设备筛分原料、去除杂质。

再利用通过列管换热器加热的干空气，在顺逆流粮食干燥器中逆流干燥，以获得符合生产要求的玉米。

3.1.3生产流程

从厂外采购的原料玉米，因不符合储存标准，不易储存，玉米进厂后，得先进行质检（从水分，杂质，霉变三个指标进行质检）；水分多易霉变，而霉变会造成发酵产量减少甚至失败；杂质不处理会损害到设备，影响工序的正常生产。

因此本工段的任务就是对原料玉米进行除杂，干燥，达到储存要求，便于储存。

我们从外采购的原料玉米分成两种，一种为湿粮，一种为干粮。

由于含水量不同导致处理工序也不一样。

生产工艺流程图如下图3-1：

图3-1粉碎工段生产工艺流程图

3.1.4主要异常现象及事故处理

原料玉米发生霉变时：

高温灭菌，加抗生素

如果干燥塔塔低流出的玉米水分大于等于14%，应及时调整玉米流量及塔内温度。

3.2原料玉米的清选与粉碎

3.2.1工段目的

1.节约蒸煮时间，从而减少大量蒸汽，减少还原糖的分解损失。

2.玉米粉的流动性好，为连续生产提供了基本条件。

3.当采用低温双酶法液化糖化工艺时，原料的粉碎是一个重要因素。

3.2.2生产原理

采用锤式粉碎机对中等硬度的原料粉碎效果好。

对原料进行一次性粉碎时，筛孔孔径不得大5mm。

直径过大，吸水膨胀慢，会影响糊化效果；过小，则耗能大，同时又容易堵塞筛孔，造成粉碎效率低等不良效果，所以采用直径为2mm的筛孔。

粉碎后的原料淀粉释放出来，有利于淀粉大面积的均匀的与酶糖化水解作用，加速了糖化发酵的反应速度，缩短了生产周期。

3.2.3生产流程

原料玉米从仓储段经皮带运输机和斗提机到粉碎工段，再通过刮板输送机，把玉米输送到去石机里去石且负压去皮，利用重力作用将去石后的玉米放到净玉米仓，净玉米仓里的玉米经磁力去铁器除铁后，方可进入锤式粉碎机粉碎，粉碎完，玉米粉通过搅龙，斗提机，再搅龙运送到高效双仓平筛筛选，过筛目的玉米粉通过搅龙输送到玉米粉中间罐为液糖化工段提供原料；未通过筛目的玉米经另一通道到净玉米仓，再通过上述流程反复粉碎直到过筛目为止。

生产工艺流程图如下图3-2：

图3-2

3.2.4主要工艺参数

表3-1粉碎工段工艺参数

玉米粒斗提机效率玉米粉碎粒度玉米粉斗提机效率

50t/h0.528.2t/h

3.2.5主要异常现象及其设备处理

（1）磁力去铁器需经常清理，防止物料输送堵塞。

（2）由于石头和铁不一定完全除净，因此很容易把筛网层打坏，需工人及时检修更换，避免造成不必要的损失。

3.2.6主要设备一览表

见附录

3.3液糖化工段

3.3.1工段目的

将玉米粉（多糖）转化为酵母可以利用的还原糖（单糖）。

液化的目的是为了将分子量逐渐变小，黏度降低使之流动性增强，给糖化酶作用提供了有利的条件。

3.3.2基本原理

低温热水糊化，双酶液化糖化。

总反应式为：

淀粉是以颗粒状存在，具有一定的结晶性结构不容易与酶充分发生作用。

粉状淀粉颗粒原料吸水后发生膨胀使原来排列整齐的淀粉层结晶结构受到破坏，成为错综复杂的网状结构，这种网状结构随着温度的升高而断裂，淀粉颗粒开时解体。

液化：

淀粉分子被α-淀粉酶分解为小片段糊精和低聚糖，使之黏度降低。

液化后的淀粉醪液在冷却时不在凝固成凝胶体，成为有粘性的流动液体。

为糖化提供条件。

糖化：

用糖化剂（糖化型淀粉酶又称糖化酶）将液化淀粉醪液彻底水解为葡萄糖的过程。

糖化酶水解糊精以及低聚糖分子时需先与底物分子生成络合结构，然后才发生水解作用，使葡萄糖单元逐个从糖苷键中裂解出来。

糖化酶的作用从非还性的末端开始，将α-1.4键、α-1.6键逐一水解。

酶作用时糖苷键在C—O间断裂。

糖化酶也能水解麦芽糖为葡萄糖。

3.3.3原料以及产品规格

1.原料：

来自粉碎工段的玉米粉。

2.原料的规格：

冬季玉米粉颗粒的直径小于3.5毫米。

3.3.4生产流程

来自