發酵法年產5萬噸乙醇的工藝設計（陜西理工學院化學學院化工專業06級1班，陜西漢中723001）指導教師：[摘要]：乙醇的生產過程包括原料除雜，粉碎，液化，糖化，除菌，發酵，精餾這幾個主要的過程。本設計簡述了從木薯原料預處理、液化、酶糖化到發酵生產后處理整個發酵乙醇生產工藝流程，主要完成了發酵段，精餾段的計算及附屬設備的選型。[關鍵詞]：乙醇

；發酵；精餾TechnologicalDesignof50,000tonsbyfermentationofethanolEveryYear.ZHANWen-jun（Grade06,Class1,MajorChemicalEngineeringandTechnology,SchoolofchemicalandenvironmentalscienceofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723001,Shaanxi）Tutor:LIZhi-zhou[Abstract]:Ethanolproductionprocessincludsthesemajorprocesses:rawmaterialimpurity,grinding,liquefied,saccharification,sterilization,fermentation,distillation.Thedesignbriefpretreatmentofrawmaterialsfromcassava,liquefaction,saccharificationenzymefermentationproductiontopost-processingtheentireproductionprocess,andthemajorassignmentsarecalculatedfermentation,distillationsectionandselectingofpumpsandstoragetanks.

[Keywords]:Ethanol;Fermentation;Distillation目錄摘要 IAbstract II1概述 1乙醇的性質及質量標準 1物理性質 1化學性質 1生化性 1質量標準 1乙醇生產的意義及發展史 2乙醇生產的意義 2乙醇生產的發展 2乙醇的應用領域 3主要生產工藝 3合成法 3發酵法 42建廠可行性分析 8需求和擬建規模 8原料簡介 8木薯原料的優勢 8乙醇市場分析 8主要建設條件 82.3環境保護及廢物處理 82.4企業組織管理 82.5資金籌措方式 93乙醇發酵工藝 10木薯的處理 10原料除雜 10原料粉碎 10原料輸送 11液化和糖化 11液化 11糖化 12乙醇發酵 12乙醇發酵常用的微生物 12酵母生長條件 13酵母的培養工藝 13發酵乙醇的機理 15乙醇發酵工藝 15乙醇發酵的成熟指標 15空氣除菌與設備 154物料衡算 18原料消耗的計算 18每噸95%乙醇木薯干的消耗量 18每噸95%乙醇α-淀粉酶的消耗量 18每噸95%乙醇糖化酶的消耗量 18醪液量的計算 19發酵過程的計算 20發酵罐的計算 20發酵熱的計算 21成熟醪發酵液中乙醇含量 224.4產品精制 224.4.1計算機模擬結果 22塔高與塔徑 24塔(T-2)塔板主要工藝尺寸 294.4.3.1溢流裝置的計算 294.4.3.2塔板分塊 314.4.3.3篩板計算 314.4.3.4篩板的流體力學驗算 314.4.4塔板負荷性能圖的計算 32換熱器選型 36塔（T-1）塔頂冷凝器（E-1） 36塔（T-2）塔頂冷凝器（E-2） 36儲罐選型 37儲罐(V-1) 37其它儲罐選型 37泵的選型 37泵(P-1) 37其它泵的選型 38小結 385全廠總平面設計 40總平面設計任務及內容 40總平面設計任務 40工廠組織 40總平面設計原則 40總平面布置論述 405.4輔助車間設施 415.4.1質檢室 415.4.2倉庫 415.4.3機修間 415.4.4污水處理 425.4.5生活設施 425.5供電系統 425.5.1供電要求和相應措施 425.5.2車間配電原則 425.5.3主車間配電 425.6用水系統 42乙醇廠用水分類 42給水系統和配水系統 42冷卻水循環系統 42排水系統 426人力組織 436.1基本原則 436.1.1勞動力組織原則 436.1.2企業組織原則 436.2車間勞動制度 436.3乙醇生產車間人員編制 43符號說明 44致謝 45參考文獻 46附錄一工藝流程圖 47附錄二篩板塔（T-2）條件圖 48附錄三車間平面布置圖 49附錄四車間立面圖 501概述乙醇的性質及質量標準乙醇又名酒精，是由碳、氫、氧3種元素組成的有機化合物，分子式為C2H5OH，結構簡式為CH3CH2OH，相對分子質量為46。乙醇既是食品、化工、醫藥、染料、國防等工業十分重要的基礎原料，又是可再生的清潔能源。乙醇作為重要的溶劑和化工原料而廣泛應用于化學工業和醫藥衛生事業，它又是飲料酒工業的基礎性原料，也是一種方便而較干凈的液體（或固體）燃料。物理性質乙醇是無色透明的液體，比水輕，具有特殊的芳香氣和刺激味，吸濕性很強，可與水以任何比例混合并產生熱量。乙醇易揮發易燃燒，燃燒時產生大量的熱量，燃燒產物是水和二氧化碳。乙醇蒸汽與空氣能形成爆炸性混合氣體，爆炸極限為3.5%-18%（體積分數）乙醇的物理指標：熔點(℃)：-114.1 沸點(℃)：78.3相對密度(水=1)：0.79 相對蒸氣密度(空氣=1)：1.59飽和蒸氣壓(kPa)：5.33(19℃) 燃燒熱(kJ/mol)：1365.5蒸發熱(kJ/L)： 臨界壓力(MPa)：6.38辛醇/水分配系數的對數值：0.32 閃點(℃)：12引燃溫度(℃)：363溶解性：與水混溶，可混溶于醚、氯仿、甘油等多數有機溶劑。化學性質1）

氧化作用下乙醇的變化2C2H5OH+O2→2CH3CHO+2H2OC2H5OH+O2→CH3COOH+H2OCHOH+O2CO2+3H2O2）

堿金屬，堿土金屬與乙醇的作用

2Na+2C2H5OH→2C5H5ONa+H2↑Mg+2C2H5OH→C(C2H5O)2Mg+H2↑3）

酸與乙醇的反應

CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O4）

乙醇的脫水反應

CH3CH2OHCH2=CH2↑+H2O

2CH3CH2OHC2H5OC2H5+H2O生化性乙醇能使細胞蛋白質凝固，尤以75%（體積分數）的乙醇作用最為強烈，濃度過高，細胞表面的蛋白質迅速凝固形成一層薄膜，阻止乙醇向內部滲透，作用效果反而降低，濃度過低則不能使蛋白質凝固[1]。因此常選用75%（體積分數）的乙醇作消毒劑乙醇易被人體腸胃吸收，吸收后迅速解放出熱量。少量乙醇對大腦有興奮作用，數量較大則有麻醉作用，大量乙醇對肝臟和神經系統有害作用。質量標準乙醇作為一種原料性的產品，其產品質量必須達到一定的標準。通常，乙醇按含雜質多少分為：無水乙醇、試劑乙醇、食用乙醇，醫藥乙醇，工業乙醇。其食用乙醇國家標準如表所示。表乙醇的質量指標表項

目特

級優

級普通級色度/號≤101010乙醇/％（體積分數）≥硫酸試驗/號≤51060氧化時間/min≥403020醛/mg/L≤1330甲醇/mg/L≤250150正丙醇/mg/L≤235100異丁醇＋異戊醇/mg/L≤1230酸（以乙酸計）/mg/L≤71020酯（以乙酸乙酯計）/mg/L≤101825不揮發物/mg/L≤102025重金屬（以Pb計）/mg/L≤111氰化物（以HCN計）/mg/L≤555乙醇生產的意義及發展史1.乙醇生產的意義乙醇是可再生能源,若采用小麥、玉米、稻谷殼、薯類、甘蔗、糖蜜等生物質發酵生產乙醇,其燃燒所排放的二氧化碳和作為原料的生物源生長所消耗的二氧化碳,在數量上基本持平,這對減少大氣污染及抑制溫室效應意義重大。發展乙醇不僅可以促進農業的可持續發展，并且可以作為清潔能源代替汽油或汽油添加劑，減少工業大氣污染，保護環境，同時也可緩解原油進口的壓力。根據我國《生物燃料乙醇及車用乙醇汽油“十一五”發展專項規劃》，“十一五”期間，我國將生產600萬噸生物液態燃料，其中燃料乙醇500萬噸，生物柴油100萬噸；到2020年，生產2000萬噸生物液態燃料，其中燃料乙醇1500萬噸。如果完全用玉米來生產，按照1：3.3比例計算，2010年對玉米的需求將達到1650萬噸，2020年將達到4950萬噸，加上其他工業消費對玉米需求的增長，未來我國玉米生產將難以滿足燃料乙醇生產的工業化需求，完全使用玉米生產燃料乙醇在我國并不現實。隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價格節節攀升，考慮到玉米生物乙醇的發展可能威脅到國家的糧食安全，為此，2006年起國家停止新批玉米燃料乙醇企業，并大力鼓勵發展非糧食作物為原料開發燃料乙醇。所以以非糧作物為原料生產乙醇有著廣闊的市場前景，對解決日益緊迫的液體燃料短缺問題具有極其重要的意義。乙醇生產的發展1）生產技術的現代化新中國成立前，我國乙醇工業的規模很小，生產工藝均為間歇式，以麥芽作淀粉糖化劑，原料不經粉碎，淀粉利用率只有60%左右。20世紀50年代中期開始進行技術革新，首先在糖化劑方商采用微生物糖化劑代替麥芽，1964年推行機械通風制曲，隨后普遍應用液體曲，1978年開發出高活力糖化酶新菌種（UV-11）進入20世紀90年代后逐步使用具有國際水平的耐高溫X-淀粉酶和高轉化率糖化酶。在淀粉質原料的蒸煮、糖化工藝方面采用一級真空冷卻連續糖化。在發酵方面，出現了應用耐高溫酵母、釀酒用活性干酵母（或鮮酵母）及固定化酵母的新工藝。在蒸餾方面乙醇蒸餾的塔器配置從兩塔、三塔/四塔、五塔發展到八塔蒸餾，近年來差壓蒸餾等新技術正在生產中推廣應用。50年來，我國的乙醇生產技術得到很大發展，淀粉利用率達90%以上，水平高的企業淀粉出酒率達55～56%；發酵液乙醇濃度由5%提高到10%左右；每噸乙醇耗煤從過去普遍在2噸以上降到1噸以下（最低達500公斤）。進入90年代后，隨著食用乙醇國家標準的制訂和實施，我國乙醇工業的生產技術水平得到了普遍性的提高2）建立了完善的乙醇產品質量標準，具有生產多種規格乙醇產品的實力20世紀50年代初期，我國乙醇產品無統一的質量標準。有的廠"夠度"即算合格，有的廠參考外國標準自行規定一些檢查項目，也有的廠按中華藥典中醫藥乙醇的要求生產。1954年，哈爾濱、濟南、天津等乙醇廠應軍工的需要按原蘇聯的乙醇標準（roct5921-51）試制成功"精餾酒精"，并按此生產。1956年，原食品工業部參照原蘇聯乙醇標準及中華藥典制訂了"精餾酒精"（食酒0301-56）和"醫藥酒精"（食酒0302-56）的部頒標準。至此，我國乙醇工業有了全國統一的產品質量標準。現今，我國已經具備較完整的乙醇產品質量標準體系，并正在對食用乙醇國家標準（GB13043-89）組織進行修訂，以使其進一步和國際先進水平接軌。不斷提高并有著先進性的產品標準，有力促進了我國乙醇生產和質量水平的不斷提高。現在大多數企業都能生產普級食用乙醇，相當一部分企業具有生產優級食用乙醇的實力，有多家企業進行著高純度特級乙醇的生產。3）

糟液治理與綜合利用取得長足發展過去，糟液除略行簡單過濾直接用作飼料外，基本上不予處理。隨著生產的發展，對糟液的治理逐步引起重視，20世紀60年代用薯類乙醇糟液大規模進行沼氣發酵取得成功，逐步推廣并不斷完善，現在最大的沼氣發酵罐容已達5000立方米。針對沼氣發酵后消化液的進一步處理，好氧法取得一定成效；近來南陽乙醇總廠開發出一套實用而有效的治理措施，采用物理化學法去除懸浮揚（制得部分干酒糟和肥料），利用生物法去除可溶性有機物（獲得沼氣），從而使薯類乙醇糟液的治理實現了經濟上有利的達標排放[2]。1.3乙醇的應用領域乙醇的用途很廣，主要有：1）消毒劑：醫院用的一般用濃度為70%～75%的乙醇溶液，因為這種濃度的乙醇溶液殺菌能力最強；此外也是碘酒消毒劑的成分之一。2）飲料：乙醇是酒主要成分（含量和酒的種類有關系）如白酒為56度的酒。3）基本有機化工原料：乙醇可用來制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取、染料、涂料、洗滌劑等產品的原料。4）汽車燃料：乙醇可以調入汽油，作為車用燃料，美國銷售乙醇汽油已有20年歷史。此外乙醇還做：稀釋劑、有機溶劑、涂料溶劑等幾大方面，其中用量最大的是消毒劑。1.4主要生產工藝乙醇工業生產方法分為發酵法和合成法兩大類。合成法化學合成法是利用煉焦炭、裂解石油的廢氣為原料，經過化學合成反應而制成乙醇。目前工業上采用的合成法主要是乙烯直接水合法，即將乙烯在浸漬有磷酸的固體催化劑上進行水合反應。所得稀乙醇溶液需經過精餾提純以除去部分水和副產物。此外還有乙烯間接水合法、乙醛加氫法、CO-H2合成乙醇等。1）乙烯直接水合發催化劑乙烯直接水合法就是乙烯和水在高溫、加壓、催化劑條件下直接加成得到乙醇的方法：催化劑230~300℃，7~8MPaC2H4+H230~300℃，7~8MP2）乙烯間接水合法間接水合法生產乙醇的出現早于直接水合法。在1825年，就已經出現了乙烯在硫酸介質存在下，液相水合為乙醇的實驗研究。經過一個世紀后乙烯用硫酸吸收再經水解制備乙醇的方法獲得了工業化。乙醇間接水合法又稱硫酸法，采用硫酸作催化劑，經過兩步反應，由水與乙烯合成乙醇。第一步：乙烯與硫酸作用生成硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯；CH2=CH2+H2SO4→CH3CH2-OSO2OH或2CH2=CH2+H2SO4→(CH3CHO)2SO2第二步：硫酸氫乙酯或硫酸二乙酯水解，生成乙醇，釋放出硫酸：CH3CH2-OSO2OH+H2O→CH3CH2OH+H2SO4或(CH3CHO)2SO2+2H2O→2CH3CH2OH+H2SO4硫酸氫乙酯、硫酸二乙酯水解過程中伴隨有副產物乙醚的生成。3）乙醛加氫法此法是將乙醛在160～200℃，銅催化劑的存在下加氫制得乙醇，其他化學反應式如下：催化劑催化劑CH3CHO+H2H3CH2OH乙烯氧化發生產乙醛又分為氧氣法和空氣法。氧氣法是在120～130℃，300kPa左右的壓力下進行反應；空氣法是在100～1054）CO-H2合成乙醇一氧化碳和氫氣混合氣來源十分廣泛，我國煤炭儲量豐富，大力開發煤氣化制備CO-H2混合氣具有廣泛的發展前景。2CO+H2→C2H5OH+H2O3CO+H2→C2H5OH+CO2由反應式可知。CO與H2的摩爾比應符合化學計量關系，［CO］:［H2］=1:2或1:1。因此實際生產中為使混合氣的摩爾比恰好為1:2，可采用向欲轉化的烴類中通CO2以調整轉化后的產物中的分子比例。即：3CH4+2H2O+CO2→4CO+8H2從熱力學角度看，合成乙醇在較低的溫度下進行比較適宜，但低溫下反應速度太慢，為提高反應速度，應適當提高反應溫度。然而隨著溫度的提高，副反應增多并加劇，而且無論從熱力學和動力學角度來看，溫度提高對副反應的生成較乙醇的生成更便利，因此為使反應向主反應方向進行，必須尋找一種選擇性高、催化性好的催化劑，這是由CO-H2合成乙醇的關鍵。1.4.2發酵法發酵法采用各種含糖（雙糖）、淀粉（多糖）、纖維素（多縮己糖）的農產品，農林業副產物及野生植物為原料，經過水解（即糖化）、發酵使雙糖、多糖轉化為單糖并進一步轉化為乙醇。淀粉質在微生物作用下，水解為葡萄糖，再進一步發酵生成乙醇。發酵法制酒精生產過程包括原料預處理、蒸煮、糖化、發酵、蒸餾、廢醪處理等。1）淀粉質原料的發酵工藝乙醇的發酵工藝分為間歇發酵、半連續發酵和連續發酵三種。①間歇發酵間歇發酵也稱單罐發酵，發酵的全過程在一個發酵罐內完成。根據糖化醪的添加方式分為以下幾種。一次加滿法。該法是將糖化醪冷卻到27-30℃后，送入已經清洗、滅菌的發酵罐中，一次加滿，同時加入10%的酒母醪，經6分次添加法。此法操作時，糖化醪分幾批加入發酵罐。一般先打入發酵罐容積約1/3糖化醪，直至加入8%-10%的酒母醪，每隔3-6h左右，加入第二和第三1/3的糖化醪，直至加滿容積的90%以上為止。該法的優點是：發酵旺盛，延緩期短，有利于抑制雜菌繁殖。采用這種方法最好使酵母增殖發酵、糖耗同步，然后及時補充糖化醪。間隔時間不要太短，否則會影響酵母的增殖間隔時間也不易過長否則可能造成原料發酵不徹底，成熟醪殘糖過高。連續添加法。即使酒母醪打入發酵罐中，同時連續添加糖化醪。糖化醪流加速度應根據工廠生產量來定，一般應控制在6-8h內加滿幾個發酵罐。流加過慢，會延長滿灌時間，還可能造成發酵物質的損失。流加過快，則會造成發酵醪中酵母密度小，對雜菌無抑制，可能造成染菌。分割主發酵醪法。該法是將處于旺盛主發酵階段的發酵醪分割出1/3-1/2到第二罐，然后兩罐同時補加新鮮糖化醪至滿罐，繼續發酵。放第二罐又處于主發酵階段時，再次進行分割。該法的前提是發酵醪基本不染菌。它具有節省酵母用量，接種量大，發酵時間短的優點，但易染雜菌，一般不主張采用[3]。②半連續發酵半連續發酵時主發酵階段采用連續發酵，后發酵階段采用間歇發酵的方法。更具糖化醪流加方式的不同，半連續發酵又分為以下兩種方法。第一種方法是將一組發酵罐連接起來，使前幾只發酵罐始終保持主發酵狀態。從第三只發酵罐流出的發酵液分別順次加滿其他發酵罐，完成后發酵。應用該方法可節省大量酒母，縮短發酵時間，但必須注意消毒殺菌，防止雜菌污染。第二種方法是將7-8只發酵罐組成一個罐組，每只發酵之間溢流管連接。生產時，先制備發酵罐提交1/3的酒母，加入第1只發酵罐內，并在保持主發酵狀態的前提下流加糖化醪。滿罐后，通過溢流管流入第2只罐，當充滿1/3體積時，糖化醪改為流加入第2罐，當第2罐加滿后，溢流入第3只罐，然后重復第2只罐的操作，直至最后1只罐滿罐。最后，從罐至末罐逐個順次將成熟發酵罐送去蒸餾[4]。該法可以節省大量酒母，發酵時間縮短，但每次新發酵周期開始時要制備新的酒母。③連續發酵間歇發酵過程中，發酵罐中的培養液始終不斷更新，因此，發酵過程中的各個參數，如糖濃度、乙醇濃度、菌體數、pH等會不斷發生變化，酵母菌受到環境變化的影響較大，不能始終保持最高的發酵狀態。另外，間歇發酵過程的輔助時間較長，設備利用率也較低，且控制不易全部自動化。如果采用連續發酵的方法，就能很好地解決上述問題。連續發酵可分為全混連續發酵和階梯式連續發酵兩類：全混連續發酵是微生物在一個設備中進行的，液體培養基混合攪拌良好，以保證整個罐的均一性。根據控制的方法又可分為化學控制器法（恒化器法）和濁度控制器法（恒濁器法）兩類。階梯式連續發酵是乙醇發酵較常采用的發酵形式。發酵過程是在同一組罐內進行的，每個罐本身參數基本不變，但罐和罐之間按一定規律形成一個梯度。從首罐至末罐，可發酵物濃度逐罐遞減，乙醇濃度逐罐增加。發酵時，糖化醪連續從首罐加入，成熟發酵醪連續從末罐流出[5]。幾種常見具體工藝如下。循環發酵。該發酵罐組由6-8只罐組成，每個罐之間用溢流管數次自上而下連續。糖化醪進料通往大酒母罐和發酵罐組的第一和最末兩只發酵罐。發酵開始時，糖化醪和成熟酒母醪同時流入罐組的第1只罐，充滿后，發酵醪沿溢流管流入第2只罐，然后順次流入充滿至最后第2只罐。大概需時60h左右，然后不再流加醪液，各自進行間歇后發酵。這是糖化醪和酒母醪開始流入最后一個發酵罐，當這只罐充滿時，原來的最后第2罐已經發酵結束，并已防空清洗殺菌完畢，發酵醪由溢流管流入，發酵的第2各循環沿反方向開始進行。順式連續發酵法。該法發酵開始時，酒母醪和糖化醪一起流入第1只發酵罐中，充滿后，發酵醪沿溢流管依次流入第2、第3、直至充滿整個罐組。成熟發酵醪從最后一只發酵罐中流出，送去蒸餾。如此操作連續不斷。2）糖蜜原料的發酵工藝糖蜜乙醇發酵的機理和營養要求與淀粉質原料乙醇發酵完全相同。但糖蜜乙醇發酵也有自己特有的特點。這里主要介紹糖蜜發酵的工藝。蜜糖乙醇發酵的方法很多，也可以非為間歇發酵、半連續發酵和聯系發酵。①間歇發酵又分為一下幾種操作方式。普通間歇發酵。發酵罐空罐清洗后用蒸汽殺菌100℃保溫0.5-1h，冷卻至30℃后，接入培養成熟的酒母醪液，并補入溫度為27-30℃的發酵糖液進行發酵。發酵溫度控制在33-35℃的發酵。發酵時間一般為32-36h，通常40-50h即可送去蒸餾，成熟醪酒度為6.5%-7%（體積分數），發酵效率達86%-87%分割式間歇發酵。該法是第1只發酵罐按間歇發酵進行至主發酵階段，從該罐分割1/3-1/2發酵醪至第2罐中，用稀糖液加滿兩罐，第1至繼續發酵直至終了，送去精餾。第2罐進入主發酵階段后，再分割1/3-1/2至第3罐，再用稀糖液加滿兩罐，如此繼續下去。稀糖液濃度一般為18%-20%，發酵溫度為33-35℃分批流加間歇發酵。該法是在發酵罐內加入10%-20%的酒母后，分3次加入基本稀糖液，第一、二次加入罐容積約20%的今本稀糖液，第三次加入40%-50%的基本稀糖液，以后保持罐內醪液糖濃度一致，有利于酵母的發酵。當糖度降到5.5%-6%時，才開始添加基本稀糖液，最后一次糖液的添加應保證成熟醪酒度8.5%-9%。發酵溫度控制在30-35℃連續流加間歇發酵法。連續流加發酵的特點在于基本稀糖液是按一定速度連續加入發酵罐中，直至罐滿。該法先將發酵醪總量20%-30%的成熟酒母醪送入發酵罐。然后加入數量相同的酒母稀糖液（14%濃度）。通風培養2h，是發酵醪濃度降至7.0%-7.5%。開始連續流加濃度為33%-35%的基本稀糖液，保持發酵醪的濃度在10%左右。流加至滿罐后，任其發酵結束。發酵溫度控制在33-34℃②半連續發酵半連續發酵是主發酵采用連續發酵，后發酵采用間歇發酵的發酵方式。具體的方法與淀粉質原料發酵半連續發酵相同。③連續發酵糖蜜連續發酵乙醇的工藝已比較成熟，也是目前最合理的發酵工藝，已報道的連續發酵工藝的方案很多，歸納起來有兩種基本流程，即：單濃度流加連續發酵法和雙濃度流加連續發酵法。單濃度單流加連續發酵法。該法是只用一種濃度的糖液進行單流加以實現連續發酵的流程。該流程以稀糖液與成熟酵母同時進入第1只發酵罐內，酵母繁殖和稀糖液同時進行，產生含足夠量的酵母細胞的發酵醪，并且連續加入稀糖液，發酵罐滿罐后依次進入下一罐連續發酵直至發酵成熟。雙濃度雙流加連續發酵法。該法是使用兩種不同的糖液，即酒母稀糖液和發酵稀糖液（基本稀糖液）進行雙流加以實現連續發酵流程。一般對質量好、純度高的糖蜜采用單濃度單流加連續發酵與雙濃度雙流加發酵法均可，單對純度低、質量差的糖蜜不宜采用單濃度單流加發酵法而應當采用雙濃度雙流加連續發酵法。雙濃度雙流加連續發酵法中，低濃度糖液（酒母糖液）與高濃度糖液（發酵糖液）流加液比通常為1:1，而六角糖比例為優質糖蜜4:6，劣質糖蜜3:7[5]。3）纖維質原料的發酵工藝纖維質原料的乙醇發酵工藝根據原料處理方法的不同可分為酸水解乙醇發酵工藝和酶水解發酵工藝。①酸水解乙醇發酵工藝濃酸水解工藝流程。濃酸水解工藝流程如圖使用濃度為70%左右硫酸，在100℃溫度條件下處理木質纖維素，破壞纖維素之間的晶型結構，使其水解為流動的不定形物質，這一過程也成為纖維素的溶解和去結晶。纖維素成為不定形位置后，加水將酸的濃度稀釋到20%—30%，并在100℃溫度下維持約1h，使半纖維素部分水解，固液分離后得到殘渣和水解物，殘渣可以二次加酸，是纖維素最大限度降解。再次進行固液分離。最后得到殘渣主要成分是難簡介的木質素，木質素可以進一步利用。固液分離得到的水解產物在發酵前必須進行糖酸分離，分離得到的稀酸可以進入蒸發系統濃縮后循環使用，得到的糖液中進入發酵階段[7圖纖維素濃酸水解工藝流程稀酸連續滲濾水解工藝流程。該流程用固體生物質原料填充在反應器中酸液連續通過的反應工式。前蘇聯的水解工藝主要采用這種形式。它的主要優點有：生成的糖可即使排出，減少糖的分解；可在較低的液固比下操作，提高所得糖的濃度；液體通過分離器內的過濾管流出，液固分離自然完成，不必用其他液固分離設備，反應器容易控制。工藝流程：木材經粉碎后，由帶式輸送器填入水解器中，水解后剩下的木質素通過排渣器排出器外。水解用酸從儲罐經計算器用往復泵送人水解器。水解液從水解反應器流出后，接連通過高壓蒸發器和低壓蒸發器，在高壓蒸發器中水解液175-180℃降至140-150℃。在低壓蒸發器中進一步降到105-110稀酸二級水解工藝流程。該工藝流程中，纖維質原料共進行兩次水解。原料經粉碎后和酸浸泡后進入第一級水解反應器，反應器的溫度升到190℃，用0.7%的硫酸水解，停留時間3min，可把約20%的纖維素和80%的反纖維素水解。離開以及反應器的水解液經液固分離后，糖液進入pH調節器。固形物經螺旋壓榨器脫水后進入二級水解器中，治理溫度升到220℃，用1.6%的硫酸水解，停留時間②酶水解乙醇發酵工藝纖維素水解乙醇生產工藝可分為非同步水解與發酵工藝和同步水解與發酵工藝兩類。分別簡單介紹如下。非同步水解與發酵工藝（Separatehydrolysisandfermentation,SHF）。本工藝特點是纖維素水解和水解液乙醇發酵是分別在不同容器內單獨進行的[8]。早期的纖維質原料都是采用這種工藝。工藝流程如圖1.2所示圖1.2稀酸二級水解工藝流程同步水解與發酵工藝(Simulataneoussaccharificationandfermentation,SSF)。隨著對纖維素酶水解機理的不斷認識，20世紀70年代，人們提出了SSF水解工藝。該工藝可以解決葡萄糖的反饋抑制作用，如果選用適當的酵母，纖維二糖也能夠利用。因此該工藝可以提高水解速度，糖的產量和乙醇得率也將增加。目前，SSF已成為很有前途的生物質制乙醇的工藝。工藝流程如圖1.3所示圖纖維質原料同步水解與發酵工藝在一般的SSF工藝中，預處理生產富含五碳糖的液體是單獨發酵的。隨著能同時發酵葡萄糖和木糖的新型微生物的開發和應用，又發展了同步水解發酵工藝（Simultaneoussaccharificationandco-fermentation,SSCF）。該工藝中預處理得到的糖液和處理過的纖維素放在同一個反應器中處理，進一步簡化了流程[9]。2建廠可行性分析需求和擬建規模原料簡介木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經濟作物，適應性很強，耐旱、耐瘠、耐水，對土質要求不高，是可在任何土質中生長的作物。我國南方盛產木薯，產量高，淀粉含量高，木薯的塊根淀粉含量達25-30％左右，木薯干淀粉含量達70％左右。木薯已被世界公認具有很大發展潛力、很有前途的乙醇生產的可再生資源。近年來，隨著木薯原料用于生產乙醇逐漸受到人們的重視，國內外學者都致力于木薯生產乙醇工藝的研究。

木薯原料的優勢國外研究機構比較過一些作物發酵法生產乙醇的產出率，在幾種主要的乙醇原料作物中，單位面積土地的乙醇產出率以木薯最高，甘蔗次之。木薯是取代玉米等原料生產乙醇的理想替代物，開發木薯乙醇資源前景看好。在同樣土地資源條件下，種植木薯可比種植玉米多產近2倍乙醇。利用木薯進行乙醇生產，整株作物無廢料，利用效率很高。大型木薯乙醇廠的固定資產投入與銷售收入之比為1：5，建設周期短，投放少，投資回收快，效益高。另外，現有糖廠用糖蜜生產乙醇的閑置設備經改造后即可用于木薯乙醇加工。乙醇市場分析

乙醇工業在國民經濟中占重要的地位，乙醇廣泛應用于釀酒行業、化工行業、橡膠工業、油漆涂料工業、電子工業、照相膠片及紙漿生產行業、醫藥行業、香料工業、化妝品行業等。最具發展前景的是，隨著石油等不可再生能源日趨緊張，乙醇作為一種可以再生的能源—車用乙醇汽油的大面積推廣，乙醇工業在世界經濟的地位將越來越重要[10]。本廠采用本地電網供電，可以避免為建設動力設備而增加的額外投資，而且陜南水電資源豐富，可以確保生產的連續性。本設計采用發酵法制取乙醇，并將酒糟水解重新利用，酒糟過濾除雜后，用粗制復合酶重新水解，作為營養液加入到拌料罐重新回收發酵，進行再生產，環境污染小，資源得到了合理的利用，經濟上也是可行的。總之，本設計無論從原材料、動力供應，還是從交通運輸等方面考慮，擬建廠址所在地都比較合適。再者，從廠址所在地的經濟發展、自然條件的利用都符合我國的國情和西部大開發這一主題。2.3環境保護及廢物處理隨著世界特別是我國環境的明顯惡化，國民的環境保護意識逐步提高，為了我們生存環境，為了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護環境。廢水處理是發酵工業一直頭疼的問題，這不僅增加了生產成本，甚至有時處理不好還會造成環境污染。酒糟不僅含有酵母沒有利用完全的還原糖，而且含有不少糖化過程殘留的大量殘余總糖，甚至含有大量酵母生長所必需的營養物質。目前幾乎所有的發酵行業對酒糟只是簡單進行了沼氣生產或轉化為廉價的肥料，甚至有的直接排放，造成了極大的浪費，處理不好還會對環境造成污染。可以對酒糟水解重新利用，酒糟過濾除雜后，用粗制復合酶重新水解，作為營養液加入到拌料罐重新回收發酵，進行再生產，不僅可提高原料的利用率，降低生產成本，而且還可節約水資源和能源，提高其經濟效益。對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據《環境保護法》及相應的可行性研究、環保報告和初審意見來確定。2.4企業組織管理擬建廠有廠部領導及其下屬的科室和車間組成，技術人員主要從離校畢業生和相關企業的有工作經驗人員中招聘，勞動工人從本地區招收。普通工人的技能由本廠技工帶領培訓。企業內部按照有利于發展生產，有利于充分利用人力資源、術、裝備、資金，有利于宏觀調控微觀搞活，有利于調動各個方面的積極性，有利于提高經濟效益的原則，在劃小核算單位的基礎上下放權利，實行分級分權管理。2.5資金籌措方式采用部分國家貸款，部分自籌資金和部分銀行貸款分期償還方式，而且籌集資金可以采用職工入股的方式，使職工真正成為企業的主人，充分調動職工的積極性。3乙醇發酵工藝本設計選用淀粉質原料發酵乙醇。淀粉質原料包括薯類原料（甘薯、馬鈴薯、木薯、等）。目前，國內主要使用的原料有甘薯、木薯、小麥、玉米和高粱。最初，我國的乙醇生產主要用玉米、小麥等糧食發酵制得，其中主要以玉米為主。隨著陳化糧食逐步消耗殆盡和玉米價格節節攀升，考慮到玉米生物乙醇的發展可能威脅到國家的糧食安全，為此，2006年起國家停止新批玉米燃料乙醇企業，并大力鼓勵發展非糧食作物為原料開發燃料乙醇。從2006年至今，在保證現有的糧食乙醇生產的基礎上，我國燃料乙醇生產企業的發展主要是兩個方向：一是木薯乙醇；二是纖維素乙醇。兩者都屬于非糧食作物，其中，木薯乙醇已處于規模化生產階段，技術發展已相對完善；而纖維素乙醇在我國還處在試驗階段，技術還有待完善。木薯是熱帶和亞熱帶廣泛種植的糧食和經濟作物，適應性很強，耐旱、耐瘠、耐水，對土質要求不高，是可在任何土質中生長的作物。我國南方盛產木薯，不僅產量高，淀粉含量也很高，木薯的塊根淀粉含量達25-30％左右，木薯干淀粉含量達70％左右，是被譽為“淀粉之王”[11]。木薯已被世界公認具有很大發展潛力、很有前途的酒精生產的可再生資源。近年來，隨著木薯原料用于生產酒精逐漸受到人們的重視，國內外學者都致力于木薯生產酒精工藝的研究。本設計選用木薯為原料發酵制的乙醇，總工藝流程為：原料——粉碎——拌料——蒸煮——糖化——發酵——蒸餾——乙醇木薯的處理木薯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。原料除雜木薯在收獲和干燥過程中，經常會摻夾進泥土、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，會嚴重影響后續生產的正常進行。石塊和金屬雜質會使粉碎機的篩板磨損或者損壞，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，雜物還易造成堵塞閥門、管道、泵和關鍵設備，使生產過程不能正常進行，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，必需進行除雜，以保證生產的正常進行和提高生產的效益。原料除雜通常采用篩選和磁選。篩選多選用振動篩除去原料中的較大雜質及泥沙。振動篩是一種平面篩，常用的有兩種：一種是由金屬絲（或其他絲線）編織而成的；另一種是沖孔的金屬板。開孔率越大，篩選效率越高，但開孔率過大會影響篩子的強度[12]。本設計選用沖孔的金屬板，篩板開孔率為50%，篩寬1000mm，振幅5mm，頻率400次/min其生產能力B0——篩面有效寬度，m；H——篩面物料厚度，m，取（為物料最大直徑）；——物料沿篩面運動的平均速度，m/s，取/s；——物料松散系數，取0.5；——物料的密度，kg/m3。磁選多選用磁力除鐵器除去原物料中的磁選雜質，如鐵定和螺母等，常見設備為永久性磁力除鐵器和電磁除鐵器[9]。原料粉碎淀粉質原料的淀粉顆粒常以顆粒狀態儲存于細胞之中，由于受到植物組織的細胞壁的保護不宜被直接利用[13]。所以原料粉碎是原料處理的關鍵步驟之一。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，增加原料的表面積，在進行水熱處理時，加快原料吸水速度，降低水熱處理溫度，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。原料的粉碎按帶水與否可分為：干式粉碎和濕式粉碎，實際生產中多采用干式粉碎。國內乙醇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粉碎工藝，在進入錘碎機前先經過粗碎，把大塊原料初步打碎成小塊原料，再經過錘碎機，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拌粉用水和原料一起加到粉碎機中去進行粉碎。本設計采用200型CSJ-高效粗碎機，其主要適用于醫藥、食品、化工、冶金、建筑等行業，對堅硬、難粉碎的物料進行加工，包括對塑料、樹根等進行粉碎，也能作為微粉碎加工前道工序的配套設備。不受物料粘度、硬度、軟度等的限制。對任何物料都能起到較好的粉碎效果。其工作原理：本機為臥式粉碎結構，物料有進料斗進入粉碎室，利用旋轉刀與固定刀沖擊、剪切而獲得粉碎，經旋轉離心力的作用，物料自動流向出口處，該機按“GMP”標準設計，整機全部采用不銹鋼材料制造，結構簡單、清洗方便、噪音低。其生產能力為300～1000kg/h， 粒度100mm，粉碎細度0.5～20mm， 主軸轉速為400r/min，電機功率5.5kw， 外形尺寸（長×寬×高）880×900×1250原料輸送原料輸送常用方法是機械輸送、氣流輸送。1）機械輸送通常多用于固體物料的輸送。常用的輸送機械有皮帶輸送器、螺旋輸送器和斗式提升機。前兩種多用于水平方向輸送，后者多用于垂直方向輸送。2）氣流輸送也稱風送或氣力輸送。本設計中原料粉碎采用風選風送工藝，除掉了原料中的沙、石雜質，提高了設備粉碎能力。液化和糖化用于乙醇生產的酵母，不能直接利用淀粉進行乙醇發酵，淀粉必須水解成糖類利用。此外，淀粉因受到植物細胞壁的保護作用，細胞內的淀粉顆粒不易受到淀粉酶系統的作用，同時糖化酶對不溶解狀態淀粉的糖化作用又非常弱，所以，淀粉原料在經過前述的與處理后，需要進一步液化和糖化后，才能使淀粉從細胞中游離并轉化成糖類，以保證乙醇發酵的順利進行。.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[11]。傳統的液化工藝采用高溫高壓蒸煮法。原料和水混均后，于130℃下進行高溫高壓處理。隨著酶工程的發展，傳統的高壓高溫蒸煮逐漸被取代，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不同，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。-淀粉酶可將淀粉長鏈從內部分裂成若干短鏈的糊精，所以，也稱內切淀粉酶。-淀粉酶水解直鏈淀粉分子，最后階段的產物為葡萄糖、麥芽糖和麥芽三糖；水解支鏈淀粉分子，最后階段的產物為葡萄糖、麥芽糖和少量的界限糊精。淀粉受到-淀粉酶作用后，遇碘呈色反應，表現為如下規律。藍→紫→紅→淺紅→不顯色（碘原色）淀粉液化是糖化的前提。工業生產中一般根據使用-淀粉酶的不同，液化的工藝條件會略有不同。使用耐高溫-淀粉酶，采用95℃的處理溫度，使用普通-淀粉酶，采用85℃的處理溫度。采用高溫液化可以提高酶反應速度，但溫度高于酶的最適作用溫度時，酶活力損失加快。此外，生產中有時也添加CaCl2或CaSO4，Ca2+的存在有助于提高酶對熱的穩定性，一般Ca2+濃度控制在0.01mol/L左右。-淀粉酶的用量一般為每克淀粉使用2～10U，含單寧多的原料用量可適當增大。液化時間，一般控制在45～90min，薯類淀粉較谷類淀粉更容易水解些。淀粉液化不需要進行的非常的徹底，一般控制淀粉水解程度在葡萄糖值為10～20之間較好，液化的終點常以碘液顯色控制。噴射液化是目前使用最廣泛的液化工藝，它是利用低壓蒸汽噴射器來完成淀粉的液化。淀粉在-淀粉酶的水解作用和噴射發生地剪切作用下，能很快地將淀粉液化。噴射液化連續液化、操作穩定、液化均勻、淀粉利用率高等優點，此外對蒸汽壓力要求低，且不易堵塞，無震動。其流程如圖3.1所示：圖3.1噴射液化流程圖本設計選用罐式連續蒸煮工藝蒸煮過程使用直接蒸汽加熱，在后熟和汽液分離器減壓蒸發、冷卻降溫。.2糖化經過液化后的淀粉繼續進行糖化，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，稱為后糖化[11]。糖化是一個復雜的生物化學變化過程，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的作用，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，糖化酶的用量太少，會造成發酵不徹底；糖化酶太多，則增加了生產成本。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，不利于提高原料出酒率；糖化時間過長，會延長生產周期,降低設備的利用率。糖化的溫度的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，溫度過低于適宜溫度容易染菌，所以糖化溫度的控制是非常重要的。從歷年來，木薯酒精發酵的研究資料來看，糖化酶添加量一般控制在100-200u/g原料，糖化階段的溫度在58-62℃，糖化酶最適pH為4.2～5.0，乙醇生產過程，糖化醪的自然pH與最適pH相近，不需要調整pH。糖化時間控制在30-60min[14]。糖化的方式可分為間歇糖化和連續糖化。本設計采用連續糖化工藝，實現了生產操作的連續性，即降低了蒸汽消耗，又降低了工人的勞動強度。3.3乙醇發酵原料經過預處理、蒸煮、糖化等處理后，即可進入發酵工序，把糖轉化為乙醇和二氧化碳。從表面上看，乙醇發酵過程很簡單，氮發酵過程卻發生著非常復雜的生物化學反應過程。此在，不同種類的微生物對營養需求的不同，處理后原料所含成分的差異，以及發酵工藝的多樣性都決定了乙醇發酵是一個復雜的過程。3.3.1乙醇發酵常用的微生物自然界中，很多微生物都能代謝產生乙醇，氮釀酒酵母等酵母菌和兼性厭氧細菌運動發酵單細胞是目前乙醇生產的主要微生物。此外，根據不同的代謝途徑構建的基因工程菌也是顯示了良好的特性。下面介紹淀粉質原料發酵常用菌種。1)酵母淀粉質原料發酵最常用的菌種是酵母，酵母屬于真菌中的子囊菌綱、源自囊菌目、真酵母科、無絲酵母屬，是單細胞微生物。酵母一般呈卵形、橢圓形或卵圓形，大小在6～11m之間。乙醇生產中常用的酵母菌種有釀酒母、卡爾斯伯酵母、粟酒裂殖酵母和克魯夫衣酵母及其變種等。活性干酵母（AADY）活性干酵母是經優選的乙醇酵母繁殖得到菌體后再經干燥得到的一種保持活性的干酵母制品，它經復水活化后即能完全恢復其正常的繁殖、發酵性能[15]。它主要有一下優點：可節省酒母培養的投資，簡化生產環節，提高勞動生產率；活性干酵母質量穩定，活化操作簡單，能保證發酵的穩定性；活性干酵母種類多，具有較強的實用性；能有效提高發酵率，降低生產成本；干酵母含水分低，儲存方便，能隨時投入使用。自絮凝酵母通過原生質融合技術可以使酵母獲得自絮凝的特征，在培養和發酵過程中自絮凝形成毫米級大小的顆粒。自絮凝酵母乙醇技術的推廣應用給乙醇工藝技術帶來了重大突破。與現有各種乙醇發酵技術相比，自絮凝顆粒酵母乙醇發酵新工藝具有的突出優點有：①酵母細胞在發酵罐中實現完全固定化，這一無載體固定化細胞技術不產生任何附件費用；②單位體積發酵罐中酵母密度可以高達50～100g/L（干重），細胞密度顯著提高。平均發酵時間縮短，發酵罐設備生產強度相應提高；③原料的前處理及酵母細胞的完全固定化，使進入后續精餾系統的發酵液比較清潔，基本不含顆粒酵母，精餾過程生產的廢糟液COD降低，有利于實現清潔生產。對于目前乙醇生產行業普遍才有的干法工藝來說，需要考慮原料殘渣去除帶來淀粉損失的影響，而對于濕法工藝建設的大型燃料乙醇裝置，則比較容易實現。酵母工程菌利用基因工程技術，可以賦予酵母新的特性。對于淀粉份額之原料用酵母，目前主要要就多集中在在釀酒加盟中表達淀粉酶基因，包括-淀粉酶基因和糖化酶基因。常用的釀酒酵母一般缺乏水解淀粉的酶類，不能直接利用淀粉質原料，如果能夠表達淀粉酶基因，則酵母就有可能直接利用淀粉質原料進行發酵。人們把細菌或霉菌中產生淀粉酶的基因片段克隆到酵母匯總，構建了不同種類的酵母工程菌。雖然構建分解淀粉釀酒酵母的工作已取得相當大的進展，但仍存在不少問題尋要解決，如構建的多數菌株利用糊精及淀粉的能力是有限的，而且講解速率較慢等。2)運動發酵單胞菌運動單胞菌最早是Linder于1942從龍舌蘭酒中分離得到的。為革蘭陰性、厭氧細菌，單胞菌能夠耐一定的氧氣。其通過ED途徑，專一代謝葡萄糖、果糖、蔗糖作為碳源和能源。利用葡萄糖和果糖時。能夠得到近似理論產量的乙醇。該菌具有高耐糖能力、高耐乙醇能力、低生物量和高乙醇回收率以及發酵速度快等優點。單它的缺點時碳源利用面窄，僅限于葡萄糖、果糖和蔗糖。所以，當以淀粉質原料發酵制乙醇時需要對原料進行處理轉化為可被利用的糖類。將運動單胞菌與其他微生物如黑曲霉共固定化，可以解決碳源利用面窄的問題。本文選擇活性干酵母為發酵乙醇。目前，活性干酵母已經廣泛用于乙醇企業中。經多年的推廣，國內不少企業已經成功的將活性干酵母應用于乙醇生產，實現了提高酒分、降低消耗等目標。3.3.2酵母生長條件酵母的生長受到溫度、pH和培養基組成等因素的影響1)溫度溫度對酵母的生長影響。酵母正常的生活和繁殖溫度是29~30℃。在很高或很低的溫度下，酵母的生命活動會削弱或停止。酵母生長的最高溫度是38℃，最低位-5℃；在50表3.1乙醇酵母在不同溫度下的世代時間溫度/℃8101828333639乙醇酵母世代時間/h1酵母生長的最適溫度和最適的發酵溫度不同。生產實踐中，酵母的最適生長溫度控制在28~30℃，最適發酵溫度控制在30~33℃。此外，在較高的溫度下，野生酵母和細菌的繁殖速度要比乙醇酵母快，會導致發酵醪酸度增加，降低乙醇產率[16]2)pH發酵醪的pH和氧化還原電位有關，而氧化還原電位有與酵母的呼吸有直接聯系。乙醇酵母可在pH4.左右，適宜于酵母菌的繁殖和發酵。但為了保證酵母菌繁殖，并一直雜菌生長，生產中常將酒母糖化醪的pH控制在[17]。3)培養基酵母的生長需要各種營養，在培養基的制備上必須首先滿足酵母生長和發酵的需求，并在此基礎上，考慮各組成配比及成分對酵母的影響。這里介紹以下幾種因素的影響。①糖化醪濃度的影響。酵母的生長速度與細胞內和糖化醪的滲透壓之差有關，兩者之間的滲透壓差越大，酵母增殖得越快。所以，淀粉質原料生產乙醇所用的酒母糖化醪在可能的情況應較發酵用糖化醪稀在兩個百分點左右。②無機酸和有機酸的影響。亞硫酸、亞硝酸和氫氟酸及他們的鹽類，即使在很低濃度時（二氧化硫濃度為0.0025％，亞硝酸鹽在0.0005%），都會阻礙酵母的正常生長。在濃度為0.35%~0.6%的硫酸溶液中，經過15min，所有酵母都能保持其生命活力，經24h也只能有2%的死細胞。乳酸菌在0.15%的硫酸溶液中，經過2h就死亡，而在0.5%的硫酸溶液中，經2h全部細菌死亡。但野生酵母也能在1.3%的硫酸溶液中忍耐2h[18]。游離的有機酸對酵母有較大的抑制作用。丁酸和己酸的一致作用最為強烈。但pH降到4時，酵母對揮發酸的敏感性最強。③糠醛、氨基糖扥的影響。尤其對于纖維質原料的酸水解液中，如果醪液中存在糠醛時，出牙的細胞數會減少，細胞也較小。即使微量的糠醛也會造成從糖蜜發酵醪中分離得到的面包酵母的麥芽糖酶和酒化酶活力的降低。乙醇酵母細胞表面具有負電荷，因此，它將具有正電荷的氨基糖分子吸附在自己的表面。隨著pH的降低，酵母細胞的負電荷加強，氨基糖的吸附量也隨之曾加。氨基糖是得酵母變成褐色，并促使酵母細胞死亡。當醪液氨基糖含量從/100mL增加到/100mL時，經24h，酵母細胞數降低0.3~1倍[14]。3.3.3酵母的培養工藝乙醇發酵所需酵母的接種量一般為10%，對于大型發酵罐來說，所需的酵母量是很大的。所以必須進行擴大培養才能滿足生產的要求。酵母的擴大培養通常可分為兩部分進行：第一部分從斜面軍中逐級擴大到卡氏罐（或大三角瓶），有的企業一直到小酒母，這一部分是是在純培養條件下進行，即嚴格保證該過程不受雜菌的污染；第二部分從小酒母，有時從中酒母開始，一直到大酒母，該過程是在限制雜菌的條件進行，即是雜菌盡可能少進入培養基中，同時創造有利于酵母生長的條件，這個過程稱為自然純培養過程。下面就酵母擴大培養的過程和詳細介紹。1)純培養過程該過程是酵母擴大培養的基礎，生產上希望該階段培養得到細胞健壯，沒有雜菌的種子酵母。因此，無菌操作要求嚴格，酵母培養基的成分也高。一般多采用米曲汁或麥芽汁作為培養基，其中含有豐富的碳、氮及其它營養物質，很適合酵母的生長繁殖，這里先簡單介紹培養基的制備。麥芽汁培養基。將麥芽磨碎后，加水，于55~60℃糖化4h，再過濾，將濾液調整至10~12°Bx。其它做法同米曲汁。米曲汁或麥芽汁的pH該階段的流程表示如下：卡氏罐培養三角瓶培養液體試管斜面菌種原始出發菌種卡氏罐培養三角瓶培養液體試管斜面菌種原始出發菌種①原始菌種原始菌種是指保藏的酵母菌種。它們是經過純種分離的優良酵母菌種。保藏時間長的原菌，應接入新鮮斜面試管進行活化，以便使酵母處于旺盛的生活狀態。②斜面菌種培養將活化后的酵母菌在無菌的條件下接入新鮮斜面試管，在恒溫培養箱中28~30℃③液體試管培養在無菌條件下，有接種針自西面菌種試管挑選一環酵母菌體，接入裝有10mL米曲汁的液體試管，搖勻后，于28~30℃④三角瓶培養三角瓶培養階段，可視其容量選用不同的培養基。如用250mL，可裝入100mL米曲汁，如用3000mL大三角瓶，可裝入米曲汁和經過過濾的酵母糖化醪各500mL，滅菌后備用。接種時，應先用乙醇消毒液消毒瓶口，在無菌條件下，將液體試管全部接入三角瓶中，28~30℃⑤卡氏罐培養卡氏罐培養也可以用大三角瓶代替。卡氏罐培養基可使用糖化醪，以使酵母逐漸適應培養條件。該接種過程基本同三角瓶培養，在無菌條件下，將三角瓶培養液接入罐內，在28~30℃2)自然純培養過程該階段主要工藝流程如下：卡氏罐小酒母罐大酒母罐成熟酒母醪進入該階段后，要使用大量的培養基，如果繼續使用米曲汁或麥芽汁就不經濟了。生產上這一階段的酒母培養基多采用酒母糖化醪。制造酒母糖化醪的原料以玉米為最好，因為玉米中除了含有大量淀粉外，還含有豐富的蛋白質等，能滿足酵母繁殖所需的營養，另外，玉米的無機鹽和維生素頷聯也很豐富，所以，當用玉米為原料時，不需補加其它營養物質。此外，還要對糖化醪進行殺菌、調酸處理。糖化醪中存在著產酸的細菌，所以一般糖化醪還要加溫至85~90℃對菌種的陪培養有幾種不同的方法，有間歇培養、半連續培養、連續培養。本文采用間歇培養，并對其進行簡單介紹。間隙培養法分為小酒母罐和大酒母罐兩個階段進行培養。先將酒母罐刷洗干凈并對罐體、管道進行殺菌后，將酒母糖化醪打入小酒母培養罐中，并接入上階段已培養好的酵母菌。通無菌空氣，使酒母與醪液混合均勻，并能溶解部分氧氣，供酵母增值使用。控制醪液28~30℃進行培養，待糖分降低40%~45%（外觀糖測定），其乙醇含量3%~4%（體積分數）左右，并且液體培養CO2冒出，即培養成熟。酒母打出后，洗刷罐體，并殺菌準備下一批酒母培養使用。間隙培養的生產效率低，但酵母質量易于控制，故仍被工廠使用[17]3)成熟酵母質量指標酵母的擴培不僅要有一定的數量，還要具有很好的質量。成熟酵母質量的好壞，會直接影響乙醇的產率，在實際生產中，除要求細胞形態整齊、健壯、沒有雜菌、出芽多、耗糖快外，還要通過下述指標進行檢查。①酵母細胞數酵母細胞數是觀察酵母繁殖能力的一項指標，也是反應酵母培養成熟的指標。一般成熟的酵母細胞數為1×108個/毫升。②出芽率酵母出芽率是衡量繁殖旺盛與否的一項指標，出芽率高，說明酵母處于旺盛的生產期。反之，說明酵母衰老。成熟的酵母出芽率要求在15%~30%。如果出芽率低，說明培養過程有問題，應根據具體情況及時采取措施進行挽救。③死亡率用美藍對酵母細胞進行染色，如果酵母細胞被染成藍色。說明細胞已死亡。正常培養的酵母不應有死亡現象，如果死亡率在1%以上，應及時查找原因，采取措施。④耗糖率酵母的耗糖率是觀察酵母的指標之一。成熟酵母耗糖率一般要求控制在40%~50%。耗糖率太高，說明酵母培養已經過“老”，反之則過“嫩”。⑤乙醇含量成熟酵母醪中的乙醇好靚一方面反應了耗糖情況，也反應酵母成熟程度。如果酒母醪中的乙醇含量高，說明營養消耗大，酵母培養過于成熟。此時，應停止酒母培養，否則會因營養物質缺乏或乙醇含量高而抑制酵母生長，造成酵母衰老。成熟酒母醪中乙醇含量一般在3%~4%（體積分數）。⑥酸度測定酒母醪中的酸度是判斷酒母醪是否被細菌污染的一項指標。如果成熟酒母醪中酸度