关于酒精生产工艺的研究和探讨

关于酒精生产工艺的研究和探讨

张大勇

中粮生化能源（肇东）有限公司黑龙江肇东151100

摘要：酒精生产起源很早，但燃料乙醇在中国的发展却很缓慢。发展缓慢一方面指的是与美国、巴西等国家相比，燃料乙醇使用占比和总产量增加很缓慢；另一方面是指燃料乙醇整体生产技术和装备自动化进步很缓慢，现阶段仍是劳动密集型产业。燃料乙醇是燃油的增氧剂，使汽油增加内氧，燃烧充分，达到节能和环保的目的，另外还是可再生能源。随着燃料乙醇的推广使用，燃料乙醇生产技术也会受到越来越多的重视，本文主要介绍乙醇生产中几个工艺关键点的研究情况，供大家借鉴。

关键词：酒精；生产工艺；研究

引言

酒精工业是我国国民经济中重要的基础原料产业，广泛应用于食品、医药、工业等各领域，最近几年由于石油价格飞涨，酒精作为石油的一种替代能源，可以有效缓解石油危机带来的能源短缺。

1酒精工业的现状和问题

1.1规范厂商少

我国生产酒精的企业数以万计，其中产量在万吨级以上的约有100余家，大多数企业的生产能力却只有几千吨，缺乏规范的管理制度和专业的制造工艺，技术水平和生产效率较低。

1.2原料单一

目前，我国酒精的原料还是主要以传统的原料玉米为主，结构相对单一，玉米占总原料的比重非常大。近年来包括乙醇在内的玉米加工产业的发展速度迅猛，致使玉米消耗量大幅增加，导致原料供应出现紧缺。

1.3酒精生产的成本大、耗能大、技术落后

随着国家的深化改革，酒精行业也出现了严重的市场危机。目前我国许多酒精企业至今还是使用比较传统的生产工艺，生产的工艺脚步远远落后国外先进生产水平。我国酒精生产企业的节能是传统系统性的。在国外玉米原料酒精生产致力于推广使用耐高温、淀粉酶进行中温蒸煮的方法，它具有节能和提高酒精槽质量的优点。而我国酒精工厂进行综合利用的投资较少、效益差。

1.4节能、综合利用能力差

酒精生产企业在节能、综合利用和废气废物治理等方面存在严重的不足，由于投资、生产规模、管理、技术等方面的因素，致使我国酒精行业成为我国环境排放污染物最高、污染最严重的产业之一。例如：玉米生产酒精的综合利用多数局限于酒精槽液制干酒槽，有大部分的还只是生产DDG而不能生产DDGS，在酒精发酵过程中产生的二氧化碳，只是回收了一部分使大部分排入大气中，没有合理科学的利用。

2酒精生产工艺优化措施

2.1粉碎

大多数燃料酒精厂都采用干法粉碎，设备使用锤片粉碎机，因粉碎后的玉米粉输送设备不同而分为常压（或微负压）粉碎和负压粉碎。常压粉碎使用刮板或绞龙等机械输送设备，玉米进入粉碎机后被锤片击打成小颗粒，小于筛网孔径的颗粒被挤出粉碎机，输送至后工序进行调浆。负压粉碎使用气流输送，玉米进入粉碎机后被锤片击打成小颗粒，小于筛网孔径的颗粒被抽出粉碎机，输送至后工序进行调浆。常压粉碎部分淀粉颗粒会被破碎成远小于筛网孔径的颗粒，而负压粉碎则不同，淀粉颗粒一旦小于筛网，则立即被抽出。所以同样的粉碎机和玉米，负压粉碎处理量要大于常压粉碎，常压粉碎的颗粒大小要小于负压粉碎。

粉碎的颗粒度会影响液化，颗粒越大越不容易液化，消耗的淀粉酶和蒸汽要大，如果液化不完全，还会导致残淀粉上升，最终粮耗上升，生产成本增加。使用孔径大的筛网，粉碎颗粒度增大，酒度降低，残总糖上升，残淀粉也上升；筛网孔径小，粉碎颗粒度降低，粉碎电耗上升。综合来看，液化能力强的工艺装置可适当放大颗粒度，液化能力弱的工艺装置尽量使用小孔径筛网。

2.2液化

酒精厂通常说的液化是指粉碎调浆后到糖化降温前这一段过程，其中包括了淀粉吸水膨胀、糊化、液化全过程，这一过程中经过了热力、喷射剪切力、淀粉酶作用，淀粉由晶体颗粒变成小分子片段糊精和低聚糖。将淀粉颗粒作用为均匀的糊精片段是液化的主要目的，因为其过程为高温过程，顺便可以对物料进行实消，所以液化也是酒精发酵生产过程中的唯一灭菌点。液化效果的好坏直接决定残淀粉的高低，直接影响原料单耗；灭菌效果的好坏影响后序糖化和发酵的染菌控制，除了染菌直接消耗糖外，杂酸升高影响成品酒精质量和压滤分离效果，对整体生产运行平稳性至关重要。先进的液化工艺会既保证液化彻底，又能最大限度杀死杂菌。

现阶段在玉米深加工企业比较先进的液化工艺为：60℃左右拌料，拌料水调pH，水料比自动控制；拌料过程添加淀粉酶，淀粉酶用量与玉米下料量连锁，精确控制淀粉酶用量，减少淀粉酶的浪费；拌料结束后进行预液化，时间在20-100分钟不等，给予淀粉颗粒充分的溶胀吸水时间，保证吸水溶胀效果，为接下来喷射液化打下坚实的基础；然后进行喷射，喷射温度在98-112℃不等，保温时间为6-10分钟，为的就是高温打开部分低温难打开的淀粉，其次是将细菌芽孢全部杀死；喷射后进行闪蒸或换热，回收高温热量，高温时间过长会引起焦糖化反应和美拉德反应，造成糖损失；最后经闪蒸或换热的物料维持保温30分钟左右，让高温打开的淀粉链彻底液化。其中高温喷射配合热能回收，蒸汽消耗增加很少，但起到的灭菌效果却很显著，对整体生产的影响很大。

2.3高浓度酒精发酵工艺

高浓度酒精发酵工艺在国外经历了一个比较长的发展时期，其研究结果也在一定程度上改善了酒精发酵的水平和质量，在当今酒精企业中作为酒精发酵新工艺被广泛的认知，但尚未普及。高浓度酒精发酵工艺是指在酿酒酵母菌的作用下，提高酒精中葡萄糖和麦芽糖的反应速率，以提高单位体积内发酵的淀粉数量从而在相对时间内和相同环境下取得更多的酒精产量。这种工艺能够提供较高的淀粉发酵强度，一直酒精生产中杂菌的生长，减少农产品和植物的消耗量。北京市轻工业食品发酵科学研究院的秦人等人利用工业微生物菌种保藏中心头功的菌株采用新的浓汤讹谬发酵工艺，为麦芽糖和葡萄糖液的发酵提供了较为合理和优良的条件，从而提高了酒精酿造的浓度，减少了酒精酿造过程中对原料的消耗程度。

2.4生料发酵工艺研究

在传统的淀粉质发酵工艺中，原料蒸煮和发酵蒸馏这两个生产工序在整个生产过程中消耗能量最大，蒸煮和发酵的蒸馏不仅需要耗去大量的热量和蒸汽量，而且其冷却过程还需要使用大量的冷却水。这在生产过程中造成的产能浪费是巨大的。生料发酵工艺是直接对农产品生料进行发酵，这种工艺不仅能够充分减少在原谅蒸煮和发酵蒸馏所需要的蒸汽和热量，还能减少冷却用水。与此同时，还能提高原料碳的转化能力和后续淀粉转化成为酒精的能力。这种工艺在整个酒精生产中将减少30%以上的原料需求。

2.5生产过程的数字化

使用计算机系统和ERP对整个生产系统进行有效的监控和管理，是企业现代化进程的重要形式和途径，为降低酒精生产过程中的能耗，提高酒精生产质量，可以将计算机技术和ERP管理系统引入到酒精生产中，对整个生产计划做出科学精密的计算，从而不断减少原料和时间的消耗，又能提高酒精生产质量。

3结束语

酒精产业随着社会经济的发展和科学技术的发展取得长足的进步，但是其中存在的问题还是比较普遍。目前的酒精行业生产存在着高耗能、投资大、高污染的现状，要结合科学成果的发展实践到企业的发展当中，结合企业实际情况找到一条适合的发展道路。随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，酒精生产工艺必然会适用未来发展可持续发展道路。

参考文献

[1]贾树彪.新编酒精工艺学[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]章克昌.酒精与蒸馏酒工艺学[M].北京:中国轻工业出版社,2014.

[3]廖兴华.燃料酒精的发展现状和研究趋势[J].中国酿造,2008(10).