酒精生产基本工艺.doc

前言一、设计规定：1、依照设计题目，进行生产实际调研或查阅关于资料，选定合理流程方案和设备类型，并进行简要阐述。2、设计阐明书内容：封面、目录、设计题目、概述与设计方案简介、工艺方案选取与论证、工艺流程阐明、专项阐述等。二、设计目：1、把课本知识运用到社会实践当中去，才是咱们学习专业理论知识最后目2、通过本次专业实习设计可以看出既有生产工艺存在哪些局限性，学会自主查找资料进行更加科学有效改进。三、设计意义：酒精工业是在酿酒业基本上发展起来,有很悠久历史。近年来，国内酒精生产技术和生产水平又有了新提高，新工艺新设备新菌种不断涌现，酒精产量有了较大增长，质量稳定提高；在节约代用，减少消耗，减少成本，提高劳动生产率，提高淀粉出酒率及开展综合运用与消除环境污染等各个方面，都获得了很大成绩。当前，国内大多数酒精采用生物发酵和化学合成法工艺流程，逐渐实现了淀粉质原料和化学原料持续化和自动化。四、设计原理：生物发酵重要是运用谷物类、薯类植物中淀粉，别的某些仍可综合运用，生产出专用饲料和农业复合肥等产品。在综合运用方面以二氧化碳回收运用最为普遍，有厂运用二氧化碳制造干冰、纯碱和小苏打。在自动控制仪表方面也有进展，有厂已采用电脑实现了重要工序集中控制，当前，国内某些酒精厂正在朝着生产过程全面实行自动化方向发展。化学合成法重要是运用石油工业，石油化学工业、天然气开发和加工工业产生乙烯气为原料，使得乙烯水合法原料得到充分保证。五、设计规模：国内酒精生产以发酵法占绝对优势，并且80%左右酒精都是用淀粉质原料生产。酒精化学名称叫乙醇，为一种无色透明并且具备特殊芳香味和强烈刺激味极易挥发液体，是一种良好有机溶剂。酒精及其副产品在化学工业、食品工业（如防腐剂）、国防工业（如无烟火药）、农牧业（如杀虫剂、饲料）和交通运送业（如燃料）、医疗卫生事业（如消毒剂）和科研（如脱水剂）等方面有广泛用途。用食用酒精制造各种配制酒、勾兑白酒，强化葡萄酒以及用以酿制食醋、各种酒精性饮料和作为食品添加剂。目 录前言II目 录1第一章 绪论31.1酒精基本概念及物理性质31.2酒精分类31.3酒精生产办法31.4酒精市场前景3第二章 生物发酵法酿造酒精52.1生物发酵法地位52.2生产原料52.3辅助物料62.4淀粉性质62.4.1淀粉颗粒形状62.4.2淀粉分子构造62.4.3淀粉膨胀和溶解72.5工艺流程72.5.1原料解决82.5.2原料水热解决82.5.3物料糖化92.5.4酒精发酵102.5.5发酵液蒸馏、冷凝、提纯112.5.6存在问题及安全事故解决11第三章 化学合成法制酒精133.1关于乙烯简介133.2乙烯间接水合法133.3乙烯直接水合法143.3.1直接水合法工艺流程图设计14乙烯直接水合法工艺流程图如下143.4间接法和直接法两者比较153.5影响反映因素153.6酒精储存注意事项153.7酒精安全使用注意事项16第四章 酒精用途174.1饮料174.2香精174.3有机化工原料174.4做有机溶剂174.5做消毒剂174.6做燃料18第五章 总结与展望19第一章 绪论1.1酒精基本概念及物理性质酒精学名“乙醇”， 其分子式C2H6O,构造式CH3-CH2-OH，是酒重要成分。它重要物理性质是常温呈液态，无色透明，易挥发，易燃烧，沸点为78.3，熔点为-114，溶于水，不易感染杂菌，刺激性较强，可溶于酸碱和少量油类，不溶解于盐类。1.2酒精分类酒精作为一种原料性产品，其产品质量必要达到一定原则。普通，酒精按含杂质多少分为：无水酒精、试剂酒精、食用酒精，医药酒精，工业酒精。1.3酒精生产办法生物发酵法：以淀粉植物为原料，进行粉碎、糖化、发酵、蒸馏、提纯，从而得到高纯度酒精。化学合成法：以石油工业中石油裂解产生乙烯作为原料加水合成为酒精。1.4酒精市场前景酒精行业下游需求重要有三个方面，分别是白酒行业、燃料乙醇行业和化工医药行业。分别占酒精35%、30%和32%。尚有3%消费重要是出口。白酒行业消费比较稳定，略有增长。毕竟中华人民共和国酒文化源远流长，对于白酒消费习惯难以变化，因而市场对于使用，因而需求长期稳定。酒精依然存在刚性需求。燃料乙醇产量稳定，燃料乙醇应当是当前酒精下游消费中利润最佳行业，同步有着国家支持。当前全国大中都市饭店、食堂用餐饮灶、民用取暖锅炉、茶炉、工业炉窑等大多数都以燃烧石油资源为代价,并且燃料成本价很高。既污染环境又是资源上巨大挥霍。人们迫切但愿有一种低价、安全、以便新型燃料及燃烧器问世。它是减少石油资源挥霍，改进不合理资源配备，保护环境。保证国民经济可持续发展战略方针。为此，燃料乙醇提供了以上所需以便。因而，酒精行业在市场上需求是可观。第二章 生物发酵法酿造酒精2.1生物发酵法地位由于化学合成法酒精有具有较多杂质等缺陷，其应用受到限制，因而国内酒精生产以发酵法为主，特别是随着石油储量锐减，发酵法酒精工业将日趋重要。国内酒精年产量为300万吨，仅次于巴西、美国，列为世界第3位。其中发酵法酒精占绝对优势，80%左右酒精用淀粉质原料生产、约有10%酒精用废糖蜜生产、以亚硫酸盐纸浆废液等纤维原料生产酒精约占2%左右，合成酒精占酒精总产量3.5%左右。2.2生产原料淀粉质原料是生产酒精重要原料。用于发酵法生产酒精原料重要有：薯类（甘薯 、马铃薯、木薯、山药等）；粮谷类（高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦、黍等）；糖质原料（甘蔗、甜菜、糖蜜等）；野生植物（橡子仁，土茯苓、蕨根、石蒜等）；农产品加工副产品（米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等）；纤维质原料（秸秆、甘蔗渣等）；亚硫酸造纸废液等。国内大多数工厂是采用红薯和玉米为原料生产酒精。玉米化学成分：水分蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分78-103.1-560-651.31.7红薯化学成分：水分蛋白质脂肪淀粉粗纤维灰分149-150.5-315-301.10.92.3辅助物料辅助物料涉及：酵母培养和糖化剂制备所需营养盐，调PH所用酸类、洗涤剂、消毒剂、脱水剂等。酒母，就是将酵母菌扩大培养，获得足够数量酵母菌酵母培养液，以供酒精发酵之用。酒精生产用水，按水用处不同，大体分为如下三种：（1）酿造用水：或称工艺用水，凡制曲时拌料，微生物培养，制曲原料浸泡、糊化、稀释、设备及工具清洗等因其与原料、半成品、成品直接接触，故统称为工艺用水。普通规定具备弱酸性，PH为4.0-5.0。（2）冷却用水：蒸煮醪和糖化醪冷却，发酵温度控制，需大量冷却用水。因其不与物料直接接触，故只需温度较低；硬度适中。为节约用水，冷却水应尽量予以回收运用。（3）锅炉用水：普通规定无固型悬浮物，总硬度和碱度应尽量低，PH在25时高于7，含油量及溶解物等越少越好。2.4淀粉性质2.4.1淀粉颗粒形状淀粉颗粒呈白色，不溶于冷水和有机溶剂，颗粒内部呈复杂结晶组织。不同淀粉颗粒具备不同形状和大小。同一淀粉颗粒大小也不均匀。淀粉颗粒具备抵抗外力作用较强外膜，其化学构成与内层淀粉相似，但由于水分较少，密度较大，故强度较大。2.4.2淀粉分子构造淀粉分子是由许多葡萄糖基团聚合而成。依照淀粉分子链构造不同，淀粉可提成直链和支链淀粉两类。直链淀粉溶解于70-80温水中。支链淀粉具备分支，它不溶解于温水中。2.4.3淀粉膨胀和溶解淀粉在水中加热，即发生膨胀。这时淀粉颗粒好像是一种渗入系统，其中支链淀粉起着半透膜作用，而渗入压大小及膨胀限度则随温度增高而增高。从40开始，膨胀速度就明显加快。当温度升高到一定数值（60-80）时，淀粉颗粒体积膨胀至本来体积50-100倍时，淀粉分子之间联系削弱，引起淀粉颗粒某些解体，形成了均一粘稠液体。这种无限膨化现象为淀粉糊化。与此相应温度叫做糊化温度。糊化现象发生后，如果温度继续上升，并达到130左右时，由于支链淀粉也已几乎所有溶解，网状组织彻底破坏，淀粉溶解变成粘度较低流动性醪液，这种现象称为淀粉溶解。2.5工艺流程 酒精生产工艺示意图如下：2.5.1原料解决 淀粉质原料在正式进入设备之前，必要进行预解决，以保证生产正常进行提高生产效益。预解决涉及除杂和粉碎两个工序。原料除杂：淀粉质原料在收获和干燥过程中往往会掺杂进泥土，沙石，纤维质杂物，甚至金属块等杂物。这些杂质如果不在投入生产前予以除去，则将严重影响生产正常运转。石块和金属杂质会使粉碎机筛板磨损或损伤，泥沙等杂质存在也会影响正常发酵过程。惯用除杂办法有筛选、风送除杂和电磁除铁三种。原料粉碎：淀粉是以淀粉颗粒形式存在于原料细胞之中，为了使淀粉能最后转化成酒精，一方面要创造条件，使淀粉有也许从细胞中游离出来。为此,原料要粉碎，把块状或粒状原料磨碎成粉末状态。以破坏植物细胞组织，便于淀粉游离。原料经粉碎后，受热面积可增长，利于淀粉原料吸水膨化，糊化乃至溶解，为随后淀粉酶系统作用，并为淀粉转化成可发酵性糖创造条件，从而提高热解决效率。干式粉碎：干法粉碎多采用粗碎和细碎两级粉碎工艺。（1）粗碎：原料过磅称重后，进入输送带，电磁除铁后进行粗碎。粗碎后物料以薯干为例应能通过6-10mm筛孔，然后在送去进行细粉碎 。 （2）细碎：通过粗碎原料进入细碎机，细碎后原料颗粒普通应通过1.2-1.5mm筛孔。也有采用1.8-2.0mm筛孔（适合玉米粉）。湿式粉碎：粉碎时将搅拌用水与原料一起加到粉碎机种进行粉碎。2.5.2原料水热解决（1）目：含在原料细胞中淀粉颗粒，由于植物细胞壁保护作用，不易受到淀粉酶系统作用。此外，不溶解状态淀粉被常规糖化酶糖化速度非产缓慢，水解限度也不高。因此，淀粉原料在进行糖化之前一定要通过水-热解决（原料蒸煮），使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。（2）用淀粉质原料生产酒精工厂，多数采用持续蒸煮工艺，只有少某些小型酒精厂和白酒厂，还采用间歇蒸煮工艺（3）持续蒸煮工艺应满足规定原料粉碎；粉浆预煮醪蒸煮；蒸煮醪汽液分离；淀粉质原料持续蒸煮，是一项重大技术革新。依照蒸煮设备类型，可分为罐式持续蒸煮、柱式持续蒸煮和管道式持续蒸煮3种办法。2.5.3物料糖化（1）糖化剂定义：用淀粉质原料生产酒精时，在进行酒精发酵前，一定要事先将淀粉所有或某些转化成葡萄糖等可发酵性糖，这一淀粉转化为糖过程称为“糖化”，而促使淀粉转化成糖生物催化剂称为“糖化剂”。（2）糖化目：淀粉质原料蒸煮后来得到蒸煮醪，或者无蒸煮工艺醪液，在发酵前均要加入一定数量糖化剂，使淀粉在淀粉酶系统作用下水解成酵母能发酵糖类。淀粉转变为糖这一过程，称为糖化。糖化后醪液称为糖化醪。重要目还是将淀粉酶解成发酵性糖。（3）糖化过程控制糖化温度：在蒸煮醪时，不适当采用糖化酶最适作用温度，由于酶稳定最适温度比其她作用最适温度低。因此在最适作用温度下进行糖化，虽然糖化速度提高了，但是酶失活率也比较高，不利于在发酵过程中进行淀粉后糖化作用。糖化时间 ：糖化30min就够了，醪中所含糖已经够酵母最初繁殖和发酵需要。并且糖化时间再延长，不但糖含量增长较慢，并且糖化酶失活量增长，这会导致发酵过程中边发酵边糖化作用削弱，综合效果反而恶化。此外，糖化时间过长会减少糖化设备运用率。糖化剂用量 ：过多糖化剂使用会增长成本。糖化设备清洗和灭菌：凡是因故停止送糖化醪达15min以上者，一定要用水或蒸汽将管道中糖化醪放空冲洗干净。喷淋冷却器等设备构造要能排污和没有死角。2.5.4酒精发酵（1）发酵机理：发酵原是一种自发性天然过程，微生物在适当基质上生长，分泌出各种酶将食物中蛋白质和碳水化合物分解，并将之吸取及转化，最后形成风味物质。而微生物品种、基质种类及预解决办法，以及发酵过程中环境条件调控等，都是影响产品风味重要因素。代谢产生酒精可与水以任意比例混合，然后穿过细胞进入发酵液。发酵过程中产生二氧化碳逐渐溶于发酵醪中，达到饱和时，便吸附于细胞表面，超过吸附能力时，则二氧化碳变为气泡上升，又由于二氧化碳之间互相碰撞，形成更大气泡上升。二氧化碳上升带动了醪液中酵母细胞上下浮动，从而使酵母细胞更充分地与醪液中糖分接触，进而使发酵作用进行得更充分和更彻底。酒精酵母不具有阿尔法淀粉酶和贝塔淀粉酶，因此不能直接运用淀粉进行发酵。因而，在运用淀粉原料生产酒精时，必要先进行糖化。酵母菌体内与酒精发酵关系密切酶重要有两类：一类水解酶，它能将大分子物质分解为小分子物质，如蔗糖酶、麦芽糖酶及甘糖酶；另一类是酒化酶，是参加酒精发酵各种酶及辅酶总称（酵母细胞参加活动将糖转化为酒精），如氧化还原酶、烯醇化酶等胞内酶。（2）酵母规定应具备较高发酵能力，即能迅速并完全地将糖分转化为酒精。繁殖速度快，即具备高比生长速度。具备高耐酒精能力，即对自身代谢产物稳定性高，因而可以进行浓醪发酵。抵抗杂菌能力强，即对杂菌代谢产物稳定性高，耐有机酸能力强。对培养基适应性强，耐高温，耐盐，耐干物质浓度性能强。（3）酵母生长条件温度和PH酵母生存和繁殖温度范畴很宽，但是，其正常生活和繁殖温度是27-30C。在很高或很低温度下，酵母生命活动削弱或停止。酵母发育最高温度是38C，最低温度为-5C，在50C时酵母死亡；PH应控制在4.24.7为宜，PH值太低，不但会抑制杂菌繁殖，同步也会抑制酵母繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果。酵母对营养物质规定由于酵母化学构成与培养基，培养条件和酵母自身所处生理状态关于，因此，可以依照酵母化学构成来讨论其对营养物质需求。营养来源酵母营养区别为内部营养和外部营养两类。在外部营养时，营养物质是从培养基进入细胞，而内部营养时，酵母运用自己贮存物质：肝糖，海藻糖，脂类，含氮化合物。其她因素糖化醪浓度 ,无机酸和有机酸影响，钙，铁，镁，离子作用。2.5.5发酵液蒸馏、冷凝、提纯蒸馏原理：蒸馏是运用液体混合物中各组分挥发性能不同，将各组分分离办法。它就是当前全世界酒精工业从发酵醪中回收酒精所采用唯一办法。因此，把之前发酵好物料泵送入塔里进行蒸馏，运用酒精易发挥发，沸点低等物理性质，把酒精从发酵液里分离出来。冷凝：酒精蒸汽从蒸馏塔里出来通过冷凝塔冷凝成酒精液体，输送到提馏塔里进行提纯，最后到成品罐。2.5.6存在问题及安全事故解决1、二氧化碳中带有酒精，未及时解决问题发酵当中会产生大量二氧化碳和酒精，二氧化碳会随着量增长会跑出去，这个时候会夹带少某些酒精在里面，来不及解决就挥霍了。解决办法，应将跑出去二氧化碳经酒精回收后到气体收集运用。2、发酵醪PH与温度控制问题恰当减少发酵醪中PH合理控制，是制止发酵杂菌污染重要办法。持续发酵规定无菌条件非常严格，PH应控制在4.24.7为宜。但PH值太低，不但会抑制杂菌繁殖，同步也会抑制酵母繁殖和代谢，还会使糖化酶钝化，影响发酵成果。发酵法中，酵母繁殖温度为2730，发酵温度为3335，如果温度高于40，酒精发酵很难进行。产酸细菌繁殖最适温度为3750，因而高温发酵易被细菌污染。3、发酵醪浓度问题发酵规定在一定浓度糖化醪中进行，醪液浓度高低直接影响到生产业绩。糖化醪浓度稀，虽然有助于酵母生长代谢，能提高出酒率，但是浓醪发酵却能提高设备运用率，节约水、电，减少生产成本，增长产量。因而，生产上建议尽量采用浓醪发酵。4、杂菌危害发酵过程中会产生某些杂菌，杂菌产生有机酸对酵母生命活动有影响，酸度增长会对淀粉酶有抑制性。因此，要提高车间清洁卫生和及时进行消毒灭菌工作。5、蒸汽泄漏事故在锅炉加热时，蒸汽是在逐渐增多。如果泄漏话应及时关闭进风口和进气口；输出口开大，让其尽量排出。由于蒸汽高温，因此要注意准备放热服等工具。6、酒精储存安全酒精由于沸点燃点都较低，易燃易爆。因此储存时候一定要阴暗地区，避免阳光暴晒发生爆炸，安全设施要制备齐全。第三章 化学合成法制酒精3.1关于乙烯简介在化学法制酒精工艺中乙烯（C2H4)是最重要原料。乙烯分子构造： C原子以sp2杂化轨道成键、分子为平面形非极性分子。乙烯重要来源：在高温下，把石油分馏产品中长链烃断裂为气态小分子烃。石油裂解化学过程是比较复杂，生成裂解气是一种复杂混合气体，它除了重要具有乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还具有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高。因而，常把乙烯产量作为衡量石油化工发展水平标志。乙烯是世界上产量最大化学产品之一,乙烯工业是石油化工产业核心,乙烯产品占石化产品70%以上,在国民经济中占有重要地位.世界上已将乙烯产品作为衡量一种国家石油化工生产水平重要标志之一.3.2乙烯间接水合法间接水合法也称硫酸酯法，反映分两步进行。一方面，将乙烯在一定温度、压力条件下通入硫酸中，在2030大气压、7080生成硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯：C2H4+（浓）H2SO4C2H5OSO2OH2C2H4+（浓）H2SO4(C2H5O)2SO2另一方面硫酸酯硫酸氢乙酯和硫酸二乙酯在水解塔中加热至100水解乙醇：C2H5OSO2OHC2H5OH+ H2SO4(C2H5O)2SO22C2H5OH+ H2SO4同步有副产物乙醚生成。虽然间接水合法可用低纯度乙烯作原料、反映条件较温和，乙烯转化率高，但生产过程中所产生大量稀硫酸对设备腐蚀严重，生产流程长，因而为直接水合法取代。3.3乙烯直接水合法直接水合法在一定条件下，乙烯通过固体酸催化剂直接与水反映生成乙醇：CH2=CH2+H2OCH2CH2OH上述反映是放热、分子数减少可逆反映。理论上低温、高压有助于平衡向生成乙醇方向移动，但事实上低温、高压受到反映速率和水蒸汽饱和气压限制。3.3.1直接水合法工艺流程图设计乙烯直接水合法工艺流程图如下分为合成、精制和脱水3某些。反映器操作条件:反映温度325,反映压力6.9MPa,催化剂是以硅藻土为载体H3PO4。转化率4%5%,选取性95%97%。因反映液中具有磷酸,因此在工艺流程中设立一种洗涤塔(又称中和塔)用碱水溶液或含碱稀乙醇溶液中和。这一工序一定要放在换热器后,因高温易使磷酸 盐在换热器表面结垢,甚至会堵塞管道。含乙醇10%15%粗乙醇水溶液,分别由洗涤塔和分离塔底进入乙醇精制某些。未反映乙烯经水洗、分离后，由循环压缩机升压返回系统。压力选取：在一定范畴内，提高压力是可以。但是压力过高不但受到设备规定限制，并且会影响催化剂，反映物活性，从而导致反映不完全。水和乙烯加入量选取：查找资料得出，水与乙烯分子比在1：1附近转化率达到最高值，超过1：1，则转化率下降，调查同类工厂得到最佳分子比为0.7.3.4间接法和直接法两者比较间接法突出长处是原料乙烯浓度合用范畴广，乙烯分压低，电量消耗少，适合在电力紧张而硫酸来源充分地区。缺陷在于需要以硫酸为媒介，在水解、稀硫酸提浓过程中会对设备设施导致严重腐蚀。而直接法不需要硫酸，工艺流程较简朴，其基建费用、产品成本也要低于间接法。但其缺陷规定高纯度（96%以上）乙烯，由于乙烯单程转化率低，（4%5%）气体需经多次循环，其耗电量较大。但随着工业飞速发展，制取高纯度乙烯都已不是问题。总之两种水合法都是工业化可行办法，但直接法要优于间接法。 如果考虑到直接法自身存在着相称大潜力，那么间接法最后要被直接法所取代。3.5影响反映因素影响直接水合法因素有：催化剂、压力、温度、以及水和乙烯加入量。催化剂选取：通过查找资料得出，到当前为止大多数工厂采用是无机酸系中磷酸作为催化剂，由于磷酸制造以便，价格便宜，在生产过程中可以持续加入磷酸，这样催化剂可以运转一年之久。但是在一定条件下，催化剂磷酸浓度越高水合反映速率也越大，但酸度达到一定限度后，对反映速率就影响不大了，但是会导致水合副反映增大。3.6酒精储存注意事项储存于阴凉、通风库房。远离火种、热源。库温不适当超过30。保持容器密封，应与氧化剂、酸类、碱金属、胺类等分开放，切忌混储。采用防爆型照明、通风设施。禁止使用易产生火花机械设备和工具。储区应备有泄露应急解决设备和适当储罐。3.7酒精安全使用注意事项1.领用、暂存时量不能过大，普通不超过500ml；2.领用、暂存、使用容器必要有可靠封闭盖，禁止使用无盖容器；3.使用前彻底清除使用范畴地（酒精滴落地）周边20m内易燃及可燃物；4.使用现场必要配备有灭火器（车间为二氧化碳灭火器），使用前要检查灭火器与否有效；5.使用场地范畴内禁止有火源及超过酒精引燃温度（363）发热物体，使用前必要测试发热物体温度要在250如下，方可使用酒精；6.使用时每次取用后必要及时将容器上盖封闭，禁止敞开放置；7.擦拭过程中对物体上残留酒精必要擦净；8.使用后未用完酒精应退还库房，禁止车间内有超过500ml暂存量及未上盖敞开放置酒精；使用过毛巾等布料清洁工具，在使用完应用大量清水清洗后密闭存储，或放通风处晾干；9.酒精燃烧灭火处置：在车间可使用ABC、CO2灭火器进行灭火，也可以用湿毛巾、湿衣物覆盖灭火，车间外还可以使用沙土覆盖。禁止使用水泼或干燥毛巾、衣物进行扑打，否则若被酒精引燃，火势将蔓延扩散，越少越大；10.酒精 危险特性：极易燃、气态酒精与空气可形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起爆炸燃烧。气态酒精比空气重，能在较低处扩散到相称远地方，遇火源会着火回燃。