年产10万吨纤维质原料酒精发酵工艺设计
蒸汽和挥发性副产物（糠醛等）玉米秸秆电磁除铁粉碎机调浆罐喷嘴排除蒸 煮突然减压（3.96MPa，60s）滤液水洗除尘湿料浆真空吸滤滤渣水溶性物质压滤滤饼木质素萃取器真空过滤器旋风分离器滤液废液处理车间NaOH溶液（20℃）木质素深加工为燃料滤液往滤液车间处理滤液压滤中和pH=2.5离心滤渣脱木质素纤维素酶水解
图3-2 预处理工序流程图 （3）工艺参数
预处理工序的工艺参数如下表3-1所示 表3-1 预处理工艺参数 名称
玉米秸秆进料组成
[25]
纤维素 半纤维素 木质素 灰分
工艺参数 0.374% 0.211% 0.1769% 0.1024% 90% 250℃ 5.5MPa 190℃ 5～30min 0.95kg/m3 1：3
1.62310J/kg.k
3
能被水解的纤维素含量
饱和蒸汽蒸汽温度 饱和蒸汽压力 原料加热温度 加热时间 蒸煮醪的密度 调浆罐加水比 玉米秸秆的比热 （4）主要设备
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本次工序的主要设备有粉碎机、调浆罐、蒸煮罐、旋风分离器、洗尘塔、真空吸滤机、木质素萃取器、真空过滤机、离心机、压滤机等。
3.2.2 酶水解工序
（1）目的
通过酶水解工序，使预处理得到的滤渣中的纤维素被纤维素酶水解，打断纤维素分子产生内部的β-1,4-糖苷键，得到可被酵母利用发酵的还原性葡萄糖。
（2）工艺流程
酶水解工序的工艺流程图如图3-3所示
玉米浆、营养盐、培养基发酵罐纤维素酶原料浆酶水解罐酶水解液真空过滤滤液发酵工序滤渣去锅炉间
图3-3 酶水解工序工艺流程图
纤维素酶水解工艺：酵母不能直接利用纤维素,所以发酵前还要经过酶水解过程,原料浆利用重力溢流进入水解罐，液位控制在50%左右，向水解罐里加入纤维素酶并使之充分混合来催化纤维素的糖化过程，其比活力为40000U/g。纤维素酶的添加比例为12U/g cellulose（纤维素）,在50℃的温度下，维持水解时间在24h左右,并保持流动状态, 使纤维素酶与原料充分接触,以便于酶的作用,生成可发酵性的糖，糖化过程中聚糖的转化率为0.95，得到的水解液利用真空过滤器，得到的滤液进入发酵工段，而滤渣则用来生产纤维素酶或送往锅炉间。
纤维素酶的生产：除去木质素的纤维素作碳源(往往采用酶水解剩余下来的纤维素)，玉米浆作氮源，再加营养盐，配制成合适的培养基，在30℃，pH 4 .8条件下通风培养，二氧化碳和氮气排入大气。二级发酵后所得的发酵液离心除去菌体(滤渣)，滤渣加水均浆制成干物质8%的浆再次回收其中的酶。压滤得到的滤饼回入发酵罐作种子，滤液(纤维酶)送往酶水解车间。
（3）工艺参数
酶水解过程工艺参数的控制如下表3-2所示
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表3-2 酶水解工艺参数 名称
原料浆的干物质含量 水解温度 水解pH 糖化时间 干物质初始含量 酶添加量
水解为葡萄糖的纤维素含量 酶水解液的糖含量 （4）生产设备
本工序采用的设备包括：水解罐、纤维素酶发酵罐、真空过滤器等。
参数 8% 50℃ 4.0 24h 8%
12 U/g cellulose 95% 8%
3.2.3发酵工序
（1）目的
①培育强壮、旺盛的酵母菌种。
②醪液中的糖类物质，在无氧条件下受酵母菌中酒化酶的作用发酵产生酒精的全过程。 （2）原料 ①主要原料
酿酒酵母、糖化工段的糖化醪等。
发酵过程采用酵母：高效活性耐高温型干酵母。它具有耐酒精度高、耐酸、耐高温、发酵速度快、使用简单方便等优点。
②主要辅助原料
硫酸(14％～18％) ：调原料的pH值，主要是以控制醪液中的pH值在4.0～5.0之间来确定硫酸的添加量。
营养盐：常用的营养盐有磷酸二铵，尿素等，其添加量根据实际生产中营养盐种类和原料的需氮量决定。需要注意的是，营养盐需用营养盐罐溶解后，再加入。
抗生素：主要抑制革兰氏阳性菌的生长。
抑菌灵：由于它对成品酒有污染，除了染菌外，一般情况不用。 青霉素和抑菌灵一周换一次，换着使用。
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（3）工艺流程
本工艺采用的是连续发酵方式，发酵流程如图3-4所示：
发酵液空气四效顺流式蒸发器空气压缩机冷却器过滤器回收酵母发酵液离心机发酵罐组酵母罐菌种、营养盐蒸馏工段二氧化碳回收车间
图3-4 发酵工序工艺流程图
酵母通过细胞内酒化酶的作用，把可发酵性糖（葡萄糖）发酵成酒精。本工段分为两部分：酵母菌培养和酒精发酵
纤维素酶法水解液的含糖分一般在8%左右，通过四效顺流式蒸发器蒸发后，浓缩至含糖分20%左右。最后一效蒸发器是在14 kPa的真空状态下进行。水解液的发酵，可用三组连续发酵罐。一般保持二组罐进行酒精发酵，另一组空出进行灭菌。发酵时间为24 h,酵母经离心分离后回用。发酵温度为30～33℃ ,发酵醪pH值在4.0～4.5，发酵成熟醪含酒分为10%左右，发酵温度控制采用循环泵加罐外冷却器的方法。发酵过程中糖酒转化率达95% , CO2可回收利用。
酵母菌培养：先用80℃，8%～10%NaOH溶液喷洗1h（灭菌）；再用热水冲至中性，再用温水进一步冲洗，然后加入10t38℃～40℃底水，加入干酵母45kg。轻微搅拌，静止保温10min，然后降温至32℃，加入营养盐（尿素200kg/天），再加入23t糖化醪，通入微量空气40m/h，进行活化使其出芽，出芽状态酵母的发酵能力高出30倍，活化过程中缓慢加入糖化醪，达到工艺指标后往发酵罐送种子液。
（4）工艺参数
发酵过程工艺参数如下表3-3所示 表3-3 发酵过程工艺参数 名称
糖化液用于种子培养的比例 接种率 酸度
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3
参数 0.1 0.1 4.0～4.5
年产10万吨纤维质原料酒精发酵工艺设计
Corn Steep Liquor (CSL) 添加量 Diammonium Phosphate (DAP) 添加量 接种温度 发酵温度 后发酵温度 酵母出芽率 发酵成熟醪残总糖 成熟酵母出芽率 耗糖率
成熟的酒母醪中的酒精含量 总发酵时间
（5）发酵醪的成熟指标
0.50%
0.67 g/L 发酵液 27～30℃ 30～33℃ 30±1℃ 15% 2.0%以下 15%～30% 40%～50% 10%左右 48h
乙醇发酵醪成熟指标的控制是生产中一项至关重要工作。如果能够控制恰到好处，不但可以提高设备利用率，增加乙醇产量。还能大大降低原料消耗，提高淀粉出酒率。
发酵醪的成熟虽然与发酵时间、醪液浓度、发酵温度、酵母接种量和发酵方式等因素有关，但最终主要有表3-4所列的几项指标来控制。
表3-4 发酵醪的成熟标准 项 目 镜检
外观精度/°Bx 还原糖/% 带渣总糖/% 滤液总糖/%
乙醇含量（体积分数）/% 总酸 挥发酸
（6）清洗、灭菌
CIP清洗方法(clean in place) ：先通入
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连 续 发 酵 酵母形态正常无杂菌 0.5以下 0.3以下 1以下 0.7以下 8～10
总酸不超过0.5 0.1～0.15
8%～10％的NaOH溶液，达到罐体的20%，