淺談食用酒精工藝生產(chǎn)過(guò)程及環(huán)境影響分析

1、吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述淺談食用酒精工藝生產(chǎn)過(guò)程及環(huán)境影響分析學(xué)生學(xué)號(hào)： 學(xué)生姓名： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 起止日期：2015.4.12015.4.30 吉 林 化 工 學(xué) 院Jilin Institute of Chemical Technology1 前言能源是當(dāng)今世界最令人矚目的問(wèn)題之一，目前全世界石油消耗速度以及可開(kāi)發(fā)的原油儲(chǔ)量來(lái)計(jì)算，到21世紀(jì)中期石油資源的供應(yīng)將會(huì)逐漸萎縮。因此，許多國(guó)家對(duì)開(kāi)發(fā)新能源的項(xiàng)目十分重視1。此外，隨著人民的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，被譽(yù)為可再生綠色能源的燃料酒精，由于其燃燒污染小，容易運(yùn)輸和貯藏在價(jià)格上也可與汽油相競(jìng)爭(zhēng)，因此酒精最有可能成為

2、取代石油的新能源，具有巨大的開(kāi)發(fā)前景2。 2003 年世界產(chǎn)酒精3052 萬(wàn)噸, 2004 年產(chǎn)3425萬(wàn)噸, 預(yù)計(jì)2005 年產(chǎn)4057 萬(wàn)噸, 2010 年達(dá)到5680萬(wàn)噸; 其中燃料乙醇產(chǎn)量以每年510% 的速度增長(zhǎng), 2004 年產(chǎn)2563 萬(wàn)噸, 預(yù)計(jì)2005 年產(chǎn)3108 萬(wàn)噸,2010 年達(dá)到4700 萬(wàn)噸。2國(guó)內(nèi)外酒精發(fā)酵工藝現(xiàn)狀2.1我國(guó)發(fā)酵工業(yè)總體情況目前, 在我國(guó)酒精的產(chǎn)量中, 以玉米、谷物為原料的占55% , 薯類(lèi)為原料的占33% , 糖蜜為原料的占12% (主要產(chǎn)自廣西)。近幾年, 我國(guó)酒精行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展, 產(chǎn)量逐年增加, 2000 年產(chǎn)量為230 萬(wàn)噸,2001 年是

3、230 萬(wàn)噸, 2002 年是245 萬(wàn)噸, 2003 年是285 萬(wàn)噸, 2004 年達(dá)到305 萬(wàn)噸。目前, 我國(guó)酒精主要為內(nèi)銷(xiāo), 部分出口到日本、韓國(guó)、東南亞等國(guó)家和地區(qū), 優(yōu)勢(shì)為運(yùn)距短, 物流便利, 劣勢(shì)為原料成本比巴西高。目前, 世界各國(guó)日益重視能源問(wèn)題, 燃料乙醇需求量迅速增加, 給我國(guó)的酒精出口帶來(lái)了新的機(jī)遇。2.2酒精發(fā)酵行業(yè)發(fā)展情況巴西、美國(guó)、中國(guó)是世界上酒精的主要生產(chǎn)國(guó),共占世界酒精產(chǎn)量的78% , 其中巴西占36% , 美國(guó)占33% , 中國(guó)占9% , 歐盟占9% , 印度占4%。巴西主要以甘蔗汁生產(chǎn)燃料乙醇, 2004 年出口酒精1244 萬(wàn)噸, 是世界最大的酒精輸出國(guó)

4、, 占世界貿(mào)易量的30% , 主要出口到美國(guó)、印度等國(guó)。美國(guó)主要以玉米為原料生產(chǎn)燃料乙醇, 2004 年產(chǎn)酒精1131 萬(wàn)噸, 2005 年產(chǎn)酒精1300 萬(wàn)噸, 2006 將成為世界最大的酒精生產(chǎn)國(guó)。印度年產(chǎn)酒精162 萬(wàn)噸, 未來(lái)擬將產(chǎn)量擴(kuò)大到占世界產(chǎn)量的10%。日本酒精年需求量為45 萬(wàn)噸, 其中21 萬(wàn)噸用于食用, 24 萬(wàn)噸用于工業(yè),自產(chǎn)7 萬(wàn)噸, 其余的依靠進(jìn)口, 2004 年從中國(guó)進(jìn)口數(shù)量不大, 主要從巴西進(jìn)口(近年來(lái), 中國(guó)酒精的價(jià)格在與世界接軌, 考慮到運(yùn)距的問(wèn)題, 我國(guó)的酒精將具有較好的競(jìng)爭(zhēng)力)。目前, 我國(guó)逐步在汽油中添加10% 的燃料乙醇, 下一步將在柴油中添加5% 的

5、乙醇3。2.4研究現(xiàn)狀從 80 年代初期至今已經(jīng)引進(jìn)了十幾套DDGS生產(chǎn)設(shè)備 ,但引進(jìn)設(shè)備投資大 ,運(yùn)行費(fèi)用高始終困擾著酒精發(fā)酵行業(yè) ,目前許多引那里 ,給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見(jiàn) ,中國(guó)現(xiàn)有的酒精發(fā)酵行業(yè)急需進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)的更新?lián)Q代。如果將酒精用于汽油燃料的添加劑 ,將推動(dòng)發(fā)酵酒精進(jìn)入新的發(fā)展階段6。我國(guó)現(xiàn)有的原油加工能力約為 2.57億 t,實(shí)際加工為1.7億t,每年消耗汽油4000萬(wàn)t,2005年將達(dá)到45004800萬(wàn)t,如按照10%的酒精添加量計(jì)算 ,燃料酒精年需求量為400萬(wàn) t3。對(duì)于燃料酒精的應(yīng)用 ,在目前的技術(shù)條件下 ,生產(chǎn)成本較高 ,大規(guī)模應(yīng)用完全取決于政策

6、和扶持或技術(shù)水平提高后生產(chǎn)成本的大幅降低7。酒精生產(chǎn)中 ,各種副產(chǎn)品的提取是一個(gè)重要的技術(shù)工作 ,回收得好 ,污染減少、產(chǎn)值增加。目前我國(guó)酒精發(fā)酵工業(yè)采用DDGS工藝技術(shù)治理廢糟液 ,從 80 年代初期至今已經(jīng)引進(jìn)了十幾套DDGS生產(chǎn)設(shè)備 ,但引進(jìn)設(shè)備投資大 ,運(yùn)行費(fèi)用高始終困擾著酒精發(fā)酵行業(yè) ,目前許多引進(jìn)的裝置閑置在那里 ,給國(guó)家造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。 由此可見(jiàn) ,中國(guó)現(xiàn)有的酒精發(fā)酵行業(yè)急需進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)的更新?lián)Q代。如果將酒精用于汽油燃料的添加劑 ,將推動(dòng)發(fā)酵酒精進(jìn)入新的發(fā)展階段。對(duì)于燃料酒精的應(yīng)用 ,在目前的技術(shù)條件下 ,生產(chǎn)成本較高 ,大規(guī)模應(yīng)用完全取決于政策和扶持或技術(shù)水平提高

7、后生產(chǎn)成本的大幅降低。3 酒精發(fā)酵工藝技術(shù)的進(jìn)展對(duì)于高濃度酒精發(fā)酵工藝來(lái)說(shuō)篩選和構(gòu)建能快速產(chǎn)生高濃度酒精并能抗高滲透壓的酵母菌是關(guān)鍵的技術(shù)，至今人們已經(jīng)發(fā)展了很多種方法來(lái)篩選和構(gòu)建具有這種特性的酵母菌。3.1酵母的獲取有人認(rèn)為連續(xù)培養(yǎng)是獲得耐高濃度酒精酵母菌最有希望的方法之一首先把酵母菌細(xì)胞培養(yǎng)在含有合適葡萄糖和乙醇濃度的培養(yǎng)基中試驗(yàn)開(kāi)始后把乙醇不斷加人到培養(yǎng)物中在這種條件下只有那些能抗乙醇濃度不斷增加的酵母菌突變株才可以生長(zhǎng)或生存在培養(yǎng)物中通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的培養(yǎng)便可以選擇到抗高濃度酒精的菌株如通過(guò)這種技術(shù)獲得的葡萄汁酵母突變株在乙醇培養(yǎng)基中還可以繼續(xù)存活并且該突變株在含有乙醇的培養(yǎng)基中發(fā)酵速度比野

8、生型菌株快7。當(dāng)然我們也可以從自然界中挑選出符合要求的釀酒酵母或者是通過(guò)突變來(lái)選擇適合的菌種。3.2利用生淀粉進(jìn)行高濃度酒精發(fā)酵在傳統(tǒng)酒精發(fā)酵工藝中,淀粉質(zhì)原料必須經(jīng)過(guò)高溫糊化,在這過(guò)程中,需消耗大量的能量。在過(guò)去的多年中,人們對(duì)無(wú)蒸煮淀粉的酒精發(fā)酵進(jìn)行了大量的研究,所生產(chǎn)的酒精濃度一般低于12%，林田等人首次成功地利用生玉米淀粉生產(chǎn)高濃度酒精,他們所用的酵母菌株是一株能快速產(chǎn)生高濃度酒精的酵母菌,在30下發(fā)酵5天可以產(chǎn)生16%的乙醇,所用的生淀粉酶來(lái)自于泡盛曲霉一菌株的液體發(fā)酵液。在傳統(tǒng)酒精發(fā)酵工藝中,淀粉質(zhì)原料必須經(jīng)過(guò)高溫糊化,在這過(guò)程中,需消耗大量的能量3。3.3粉碎工段玉米生產(chǎn)酒精,其

9、前處理工藝可分為全粒法和玉米提胚法,而提胚法又分為3種:干法提胚;半干法提胚;濕法提胚。全粒法因其投資最少、加工工藝最簡(jiǎn)單.目前國(guó)內(nèi)仍有許多小酒精廠(chǎng)或小酒廠(chǎng)采用,由于損失了胚芽,且發(fā)酵罐上部覆蓋了大量油層,使co2不能及時(shí)排出,酸值增高,嚴(yán)重影響發(fā)酵效果,不適合大型酒精廠(chǎng)采用是顯而易見(jiàn)的。干法提胚不僅胚芽損失率較高,而且胚芽中含淀粉也高,嚴(yán)重影響副產(chǎn)品玉米胚油的附加值。此法只適于萬(wàn)噸以下的小型酒精廠(chǎng)5。半干法提胚和濕法提胚國(guó)外大型酒精廠(chǎng)均有采用的。目前國(guó)內(nèi)最大的酒精廠(chǎng)黑龍江華潤(rùn)金玉實(shí)業(yè)有限公司采用的是半干法提胚,經(jīng)近幾年不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn),運(yùn)行效果非常不錯(cuò)。經(jīng)以上分析可知,如果半干法提胚制取毛油,

10、油糧比能達(dá)到2%以上,濕法提胚制取毛油沖減酒精成本要比半于法提胚制取毛油少24.23元,且濕法提胚玉米淀粉漿粒度相當(dāng)細(xì),廢醪液離心分離很難即離心清液中固形物含量較高,如果清液不能完全回收,則DDGS回收率將降低,從而影響酒精成本。因此,對(duì)于大型玉米酒精廠(chǎng)來(lái)講,采用半干法脫胚工藝要比采用濕法脫胚工藝經(jīng)濟(jì)效益好得多1。3.4低溫雙酶法液糖化工藝液化、糖化工段一直采用高溫(125 ) 雙酶法工藝,長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),高溫蒸煮不但耗汽、水、電量大,而且由于在高溫蒸煮過(guò)程中原料里的果糖會(huì)轉(zhuǎn)化為焦糖,焦糖不能被酵母發(fā)酵,它會(huì)阻礙糖化酶對(duì)淀粉的作用,使淀粉損失達(dá)112 %左右,并影響酵母的生長(zhǎng),因而影響了酒精

11、的產(chǎn)量。另外蒸煮溫度:壓力高物料中的甲醇含量明顯增高,為后續(xù)蒸餾工段增加了負(fù)擔(dān)。 a淀粉酶具有降低醪液的粘度特性,使用該酶可以降低糊化時(shí)間,節(jié)約大量的能源,同時(shí)也減少糖化冷卻水的用量,降低了蒸煮溫度,減少在糊化過(guò)程中焦糖及其它有害成分的生成,提高淀粉利用率和出酒率。糖化酶實(shí)際上是一種生物催化劑,它可以使淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖,但不會(huì)使原料的蛋白質(zhì)等成份受到催化3。不但加快反應(yīng)進(jìn)程,其本身在反應(yīng)過(guò)程中并不發(fā)生質(zhì)與量的變化,而且需要量很少。在發(fā)酵過(guò)程中,酒精酵母能直接利用的糖類(lèi)主要是一些還原性糖;對(duì)淀粉、糊精及多糖等不能直接利用。加入a- 淀粉酶及糖化酶的目的就是將淀粉轉(zhuǎn)變成可發(fā)酵性糖,以便被酵母利用進(jìn)

12、行發(fā)酵。a淀粉酶是一種內(nèi)淀粉酶,它可使淀粉的巨大分子迅速變成矩鏈,淀粉漿液化,生成低分子糊精,故又將液化型淀粉酶叫糊精化酶。淀粉漿遇a-淀粉酶在一定條件下,粘度迅速下降,淀粉漿失去原來(lái)的粘稠狀,產(chǎn)生液化現(xiàn)象7。a- 淀粉酶能將淀粉葡萄糖114 糖苷鍵結(jié)合的部分切開(kāi)成為糊精,其作用是任意的,沒(méi)有一定規(guī)律,無(wú)論淀粉分子大小及淀粉鏈長(zhǎng)短都有切開(kāi)能力。a- 淀粉酶作用于支鏈淀粉亦可將大鏈分解為短鏈,是將支鏈淀粉a- 114 糖苷鍵任意地分解為若干短鏈。因此原料漿經(jīng)a- 淀粉酶作用后,主要生成糊精、多精、二糖及葡萄糖。糖化酶主要作用于糊精、多糖、二糖及支鏈淀粉結(jié)構(gòu)中的a- 116 糖苷鍵,將這些物質(zhì)最終

13、降解為可發(fā)酵性糖供酵母繁殖和發(fā)酵使用5。3.5酒精濃醪發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：1）無(wú)液糖化工序節(jié)省能源減少動(dòng)力消耗，節(jié)省設(shè)備投資降低生產(chǎn)成本2）粉漿粒度小易輸送3）發(fā)酵水平高發(fā)酵徹底，提高原料出酒率4）減少了蒸煮過(guò)程中的糖份的損失，5）減少了果膠質(zhì)的分解，成熟醪中甲醇含量相對(duì)較少。缺點(diǎn)：1）染菌概率大不易于管理2）發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)降低了設(shè)備利用率3）淀粉密度相對(duì)熟料大，產(chǎn)生沉淀?yè)p失淀粉 發(fā)酵是將粉碎工序送來(lái)的玉米粉漿在糖化酶及酵母的作用下，使淀粉轉(zhuǎn)化為可發(fā)酵性糖的同時(shí)發(fā)酵生成酒精和CO2，整個(gè)過(guò)程在發(fā)酵罐內(nèi)完成。糖化酶直接利用生淀粉，此工藝可大大節(jié)約能源，提高淀粉利用率，節(jié)省糖化工序，同時(shí)采用干酵母直接擴(kuò)培，也就

14、是說(shuō)可以節(jié)省大量的蒸汽和電力能源，降低生產(chǎn)成本，而且采用罐外循環(huán)冷卻系統(tǒng)，也是世界上的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，可以提高設(shè)備利用率，減少安全事故的發(fā)生。3.6六塔差壓精餾該機(jī)組流程差壓配置為:粗餾塔與精餾塔、水洗塔與脫醛塔、脫醛塔與甲醇塔、回收塔與甲醇塔,其中粗餾塔、脫醛塔、甲醇塔為負(fù)壓操作,水洗塔為微負(fù)壓操作,以利于排除雜質(zhì),精餾塔與回收塔為正壓操作。從發(fā)酵工段來(lái)的成熟發(fā)酵醪,通過(guò)粗餾塔頂?shù)木破麚Q熱,進(jìn)入粗餾塔,粗餾塔在負(fù)壓下工作,控制塔釜溫度在8183,目的在于增大乙醇和其他雜質(zhì)間相對(duì)揮發(fā)度,使乙醇更易于分離,又徹底去除酸類(lèi)雜質(zhì),同時(shí)有利于塔釜再沸器的換熱,節(jié)約能耗,減少酒糟在粗塔中的積垢,粗餾塔的加

15、熱是利用精餾塔頂部排出的酒精蒸汽,在再沸器中冷凝加熱酒糟液產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行的,出來(lái)的粗酒汽經(jīng)醪液預(yù)熱器和粗塔凝器冷凝,冷凝的粗酒液用泵送人脫醛塔進(jìn)行脫醛處理。脫醛塔是負(fù)壓蒸餾,粗餾塔冷凝酒液經(jīng)預(yù)熱后從塔中部進(jìn)入,塔頂排除低沸組份與中級(jí)雜質(zhì),冷凝液全回流,由脫醛塔低部抽出酒精進(jìn)入水洗塔中部進(jìn)行蒸餾、分離、并采用部分雜酒進(jìn)人雜醇油分離系統(tǒng)。脫醛塔經(jīng)再沸器用水洗塔頂酒汽加熱。水洗塔是微負(fù)壓蒸餾,脫醛塔釜酒液從塔中部進(jìn)人,塔頂排除低沸組份與中級(jí)雜質(zhì),冷凝液全回液,由塔底抽出酒液輸入精餾塔中部進(jìn)行蒸餾、分離。精餾塔在加壓下工作,蒸汽通過(guò)塔底再沸器加熱?？刂扑獪囟?25127C,塔頂溫度9598C塔頂酒_

16、汽用來(lái)作為粗塔再沸器和水洗塔再沸器的熱源,并經(jīng)粗塔再沸器冷凝,冷凝下來(lái)的酒液用泵打回精塔,從塔的進(jìn)料塔板上或下26塊塔板上提取富含中級(jí)雜質(zhì)的雜醇油酒精,進(jìn)入雜酒系統(tǒng),半成品經(jīng)冷凝回流后再?gòu)乃幕亓鲗酉聨讓铀迳咸崛「邼舛染埔核腿思状妓胁窟M(jìn)行脫甲醇處理。甲醇塔是負(fù)壓蒸餾,利用脫醛塔頂酒汽來(lái)加熱塔再沸器進(jìn)行二次蒸餾。然后,從塔底區(qū)域抽出成品。將雜質(zhì)、淡酒精集中后,直接進(jìn)入回收系統(tǒng)處理,設(shè)置回收塔,提高特優(yōu)級(jí)酒精收率?；厥账诩訅合虏僮?供熱給甲醇塔。發(fā)酵醪液中除乙醇外還有多種揮發(fā)性雜質(zhì),主要有醇、醛、酸、酯四類(lèi),其中許多種對(duì)人體有害。例如:甲醇系神經(jīng)性毒物,對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血管作用十分嚴(yán)重,尤

17、以對(duì)視神經(jīng)危險(xiǎn)更甚,它可使人失明甚至致死;乙醛可以使人呼吸困難、頭痛、胸悶,同時(shí)并發(fā)支氣管炎、肺炎、胸膜炎而致死;異戊醇、戊醇等都不同程度地對(duì)人體有毒害作用2。因此,為了得到高質(zhì)量的對(duì)人體危害性小的優(yōu)質(zhì)食用酒精,就必須將上述雜質(zhì)進(jìn)行較為徹底地排除。目前,日本、美國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)飲用酒精的質(zhì)量要求很?chē)?yán)格。我國(guó)也于2002年頒布了食用酒精的新標(biāo)準(zhǔn)GB103432002,對(duì)我國(guó)食用酒精質(zhì)量有了更高的要求3。4 總結(jié)在國(guó)家政策的引導(dǎo)以及新型科技人才的加入，酒精發(fā)酵工業(yè)中的問(wèn)題定能迎刃而解，并帶動(dòng)釀酒工業(yè)迅猛發(fā)展。同樣，整個(gè)發(fā)酵行業(yè)的發(fā)展也會(huì)勢(shì)如破竹。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是在酶工程技術(shù)的帶動(dòng)下，

18、發(fā)酵產(chǎn)于原料和品種逐漸增加，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域逐漸擴(kuò)大，現(xiàn)已與造紙、釀酒、制糖和皮革等的行業(yè)建立起技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，這必將為解決發(fā)酵工業(yè)中存在的問(wèn)題提供更多的機(jī)會(huì)，為我國(guó)發(fā)酵工業(yè)作出更大的貢獻(xiàn)。目前, 在我國(guó)酒精的產(chǎn)量中, 以玉米、谷物為原料的占55% , 薯類(lèi)為原料的占33% , 糖蜜為原料的12%(主要產(chǎn)自廣西)。近幾年, 我國(guó)酒精行業(yè)平穩(wěn)發(fā)展, 產(chǎn)量逐年增加, 2000 年產(chǎn)量為230 萬(wàn)噸,2001 年是230 萬(wàn)噸, 2002 年是245 萬(wàn)噸, 2003 年是285 萬(wàn)噸, 2004 年到305 萬(wàn)噸。目前, 我國(guó)酒精主要為內(nèi)銷(xiāo), 部分出口到日本、韓國(guó)、東南亞等國(guó)家和地區(qū), 優(yōu)勢(shì)為運(yùn)距短, 物流便利, 劣勢(shì)為原料成本比巴西高。目前, 世界各國(guó)日益重視能源問(wèn)題, 燃料乙醇需求量迅速增加, 給我國(guó)的酒精出口帶來(lái)了新的機(jī)遇。5 參考文獻(xiàn)1 傅其軍.國(guó)內(nèi)外酒精行業(yè)發(fā)展近況N 廣西輕工業(yè)2005第22謝伯達(dá).探索燃料酒精的開(kāi)發(fā)利用J.福建能源開(kāi)發(fā)與節(jié)約,2001（4）：33-34.3 黃