有机溶剂生产工艺课件

第七章有机溶剂生产工艺——

有机溶剂概述特点：溶解性、液态、挥发性。

种类：

芳香烃、脂肪烃、脂环烃、卤化烃、醇类、醚类、酯类、酮类、二醇衍生物、其它。生产概况：

传统方法：以石油化工品为原料的化学合成方法。现代趋势：

利用生物催化剂，原料以再生资源为主

特点：

原材料易得、成本低

催化效率高专业性强反应条件温和环境友好1.1醇类生产工艺1.1.1乙醇生产工艺一）发酵产乙醇的微生物

1、酿酒酵母利用己糖形态特征：单细胞卵圆或椭圆形芽殖繁殖性能要求：高发酵能力高繁殖速度耐乙醇和高温

常用菌株：德国1号和12号、K字酵母、南阳5号、台湾368号等。

2、发酵运动酵母优点：高发酵能力，是一般酒精酵母的10倍，达120g/l.h产率高糖醇比=1/1.9耐高渗透压和高乙醇缺点：

仅能利用葡萄糖、果糖、蔗糖。限制其应用。3、用于木糖乙醇发酵的菌种特点：能利用木糖发酵生产乙醇主要菌株：管囊酵母、树干比赤酵母、嗜热糖梭菌等。研究趋势：通过基因工程提高发酵能力4、粟酒裂殖酵母特点：发酵强度高30-40g/L.h耐高渗透压絮凝性利用纤维素和半纤维素能产生淀粉酶类水解淀粉的微生物种类很多，但它们不是都能作为糖化菌用于生产糖化曲，在实际生产中主要用的是曲霉和根霉。历史上曾用过的曲霉包括黑曲霉、白曲霉、黄曲霉、米曲霉等，黑曲霉群中以宇佐美氏曲霉(Aspergillususamii)、泡盛曲霉(Asp.awamori)和甘薯曲霉(Asp.batatae)应用最广。白曲霉以河内白曲霉、轻研二号最为著名。酒精和白酒生产中，不断更新菌种，是改进生产、提高淀粉利用率的有效途径之一。我国的糖化菌种经历了从米曲霉到黄曲霉，进而发展到用黑曲霉的过程三）

酒精发酵机制

糖酵解途径及特点EMP途径大致可分为三个阶段1，6-二磷酸果糖的生成，消耗2分子ATP；1，6-二磷酸果糖降解为3-磷酸甘油醛；3-磷酸甘油醛经五步反应转化为丙酮酸，产生4分子ATP它是动物、植物、微生物细胞中G分解产生能量的共同途径。EMP的每一步都是由酶催化的。己糖激酶；磷酸果糖激酶（该酶受ATP、柠檬酸的抑制，为AMP所激活）；丙酮酸激酶；3-磷酸甘油醛脱氢酶（受碘乙酸抑制）；烯醇化酶（受氟化物抑制）。

当以其他糖类作为碳源和能源时，先通过少数几步反应转化为糖酵解途径的中间产物，然后沿着糖酵解途径进行降解。丙酮酸的不同去路。反应中生成的NADH2不能积存，必须被重新氧化为NAD后，才能继续不断地推动全部反应，在不同的机体，在不同的环境下（如氧气的有无），氢的受体不同，丙酮酸的去路也不同。

在无氧条件下：

在乳酸菌中受乳酸脱氢酶的作用，丙酮酸作为受氢体而被还原为乳酸，即同型乳酸发酵；

在酵母菌中，丙酮酸受丙酮酸脱羧酶的作用生成乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶的作用下作为受氢体被还原为乙醇，即酒精发酵；

在梭状芽孢杆菌中，丙酮酸脱羧生成乙酰COA，然后经一系列变化生成丁酰COA、丁醛，两者作为受氢体被还原生成丁醇，生成物中还有丙酮、乙醇，所以称为丙酮-丁醇发酵。乙醇乳酸在好氧发酵条件丙酮酸进入TCA环，进行代谢，产生各种好氧代谢产物或完全氧化获得能量。丙酮酸三个二氧化碳三羧酸循环淀粉葡萄糖丙酮酸CO2+H2OATP生物体内氧化分步骤进行则1mol葡萄糖生成2mol乙醇，理论转化率为2×46.05/180.1×100%=51.1%但是在生产中大约有5%的葡萄糖用于合成酵母细胞和副产物，实际上乙醇生成量约为理论值的95%，则乙醇对糖的实际转化率约为48.5%。酵母菌在无氧的条件下，通过以上12步反应，1分子G生成２分子的乙醇，２分子的CO2和2分子ATP。整个过程可用下面的简图表示。

2CH3COCOOH4ATPMg2+2ATP2CO22CH3CHONADH+H+NAD+C6H12O62C2H5OH

1、从Ｇ－－乙醇，无氧气参与，是无氧呼吸过程。2、有脱氢反应，脱下的氢由辅酶Ⅰ携带。还原型NADH+H+通过与乙醛反应而重新被氧化的。3、从Ｇ－－乙醇，净得２ATP。4、发酵过程的某些反应需辅酶和辅助因子。2.细菌的酒精发酵（alcoholicfermentationofbacteria)

菌种:

运动发酵单孢菌（ZymomonasMobilis），少数假单胞杆菌（Pseudomonas），如林氏假单胞菌（Ps.lindneri）能利用G经ED途径进行酒精发酵。

总反应式为

C6H12O6+ADP+H3PO4→2C2H5OH+2CO2+ATP产物和酵母菌的酒精发酵相同，但产能水平各异。

ED途径(脱氧酮糖酸途径)由部分EMP途径、部分HMP途径组成

ED途径的

三个阶段

1、G氧化分解6--磷酸葡萄糖酸+NADP·H（HMP）

2、6--磷酸葡萄糖酸三碳糖

6---P--葡萄糖酸脱水酶6---P--葡萄糖酸2--酮--3--脱氧--6--P--葡萄糖酸2--酮--3--脱氧--6--P--葡萄糖酸丙酮酸+3--P--甘油醛

3、氧化产能阶段3--P--甘油醛EMP丙酮酸

总反应式C6H12O6+NADP++NAD++ADP+Pi2CH3COCOOH+NAD·2H++NADP·2H+ATP

2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）醛缩酶。

ED途径有两个关键酶：6-磷酸葡糖酸脱水酶和2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）醛缩酶。在ED途径中生成的2分子丙酮酸脱羧生成乙醛，乙醛还原生成乙醇。在末端假单胞菌中能使2分子丙酮酸脱羧，然后还原乙醛生成2分子乙醇和2分子CO2；而在其他假单胞菌中氢载体再氧化后，生成1分子的乙醇、1分子乳酸和1分子CO2。3。木糖乙醇发酵途径细菌：木糖异构酶木酮糖激酶磷酸木酮糖HMP

乙醇酵母菌：木糖还原酶（XR）木糖醇脱氢酶（XDH）木酮糖激酶磷酸木酮糖HMP乙醇总反应式：6C5H10O59C2H5OH+12CO2

四）不同原料的乙醇发酵工艺1、淀粉质原料生产流程1）工艺流程糖化剂生产糖化剂酶制剂淀粉质原料预处理水热处理糖化

酒母生产酒母发酵

蒸馏乙醇成品醛酯馏分杂醇油酒糟32

淀粉质原料酒精生产工艺流程

大米曲霉菌麸皮淀粉质原料酵母↓↓米曲霉→米曲固体试管酵母↓↓米曲汁

米曲汁→试管培养→三角瓶培养粉碎三角瓶液体酵母↓↓↓曲种蒸煮卡式罐酒母↓↓↓糖化曲液糖化→酒母糖化醪→小酒母↓↓发酵大酒母↓蒸馏↓

酒糟废液酒精杂醇油2)淀粉质原料酒精发酵工艺A.原料预处理B.蒸料

C.糖化曲制备

D.糖化E.酒母制备F.乙醇发酵G、蒸馏

A.原料预处理(1)原料的除杂

原料诈先要通过振荡筛、吸铁器等将其中的混杂的小铁钉、泥块、杂草、

石块等杂质除去。

2)原料的粉碎粉碎的目的主要是增加原料受热面积,有利于淀粉颗粒的吸水膨胀,糊化,缩短后续热处理时间,提高热处理效率.另外,粉末原料加水混合后容易流动输运.原料粉碎的方法要分为干粉碎和湿粉碎两种.目前国内大多采用于粉碎法，设备大多采用锤式粉碎机,采用粗碎和细碎两级粉碎工艺，经细粉碎后颗粒一般小于2.0mm。湿粉碎时,将蒸煮所需水量和原料一起加入粉碎机中,原料粉末不飞扬,省去除尘通风设备,但粉碎后的粉料不能储存,宜立即用于生产。B.蒸料淀粉质原料吸水后在高温高压下蒸煮，可以破坏植物组织和细胞，使淀粉彻底糊化、液化，使蒸煮物料成为均一的糊化醪，为进一步的淀粉转化为糖创造良好的条件；其次蒸料还有灭菌的作用。蒸煮工艺看，20世纪50年代前期我国酒精厂大多采用整粒原料间歇蒸煮工艺。为了提高蒸煮醪质量和减轻劳动强度，目前我国各酒精厂广泛采用连续蒸煮的工艺，方法有多种，常用有罐式(锅式)连续蒸煮、管道式连续蒸煮、塔式(柱式)连续蒸煮等三种方法。罐式连续蒸煮工艺流程简图如图5-6所示，

采用工艺条件见表5-1蒸料需要消耗蒸汽这一能源，根据国内的情况，蒸煮工段所消耗的蒸汽占整个生产过程蒸汽消耗的25%～30%。为了节约能源，人们正在探索其他工艺，如无蒸煮的生淀粉(生料)发酵工艺、低温(100℃以内)蒸煮工艺膨化工艺和超细磨工艺等，其中有些工艺已经在生产中得到应用。C.糖化曲制备糖化曲分成固体曲和液体曲两种，用麸皮为主要原料制成的固体曲叫麸曲，采用液体深层通风培养的称为液体曲。(1)固体曲的生产

固体曲生产方法有多种，最早采用的是曲盘制曲，后来发展为帘子制曲，20世纪60年代以后又逐步采用机械通风制曲方法。机械通风制曲工艺包括三角瓶种曲培养、帘子种曲制备和机械通风制曲等几个工段，流程如图5-7所示。

制曲过程实际上是将糖化菌扩大培养，并让糖化菌产生高活力的、质量合格的各种淀粉酶等酶类的过程。为此，需要提供让糖化菌生长和产酶的合适原料、水分、温度和通气条件等。三角瓶种曲培养阶段先保温31～32培养16～18h，然后扣瓶并继续培养3～4d，所得种曲要求孢子肥大整齐、稠密。帘子种曲制备阶段，在接种之后，培养前期(前16h)室温保持30～31℃，品温控制不超过34～36℃；培养中期(16～32h)品温控制36～37.5℃；培养后期(32～48h)，前8h内品温控制在37～38℃，后8h最高不超过39℃。

机械通风制曲阶段，一般培养时间为24～32h，培养前期即制曲箱(图5-8)10h以内控制最高不超过34℃；培养中期(11～20h)，

菌丝大量形成，并释放出大量热量，应通风控制品温不超过40～42℃；培养后期(26～30h)

将品温保持37～39℃。所得固体曲要求菌丝粗壮浓密，具特有的清香，无异味，无孢子生成。

(2)液体曲生产液体曲生产工艺过程包括种子制备、液体曲发酵和无菌空气制备三部分，其工艺流程如图5-9所示。种子罐接种糖化菌孢子悬浮液后，32℃通风培养36h左右接入培养罐，在培养罐内培养48h左右即得成熟液体曲。D.糖化糖化方法分成间歇糖化和连续糖化两类。目前我国大多数酒精厂采用后者。(1)间歇糖化工艺

间歇糖化在糖化锅(图5-10)内进行。蒸煮醪放入并冷却到61～62℃时，加入糖化剂，搅拌均匀后静止糖化30min，再冷却至30℃后供发酵用。

(2)连续糖化工艺根据蒸煮醪冷却(前冷却)和糖化醪液冷却(后冷却)的方法不同，可将连续糖化工艺分成混合冷却连续糖化、真空冷却连续糖化和三级真空冷却连续糖化三大类，所控制的工艺参数与间歇糖化工艺的相似。E.酒母制备

酒母制备过程是酒母扩大培养过程，分为实验室扩大培养和酒母罐扩大培养两阶段，其流程见图5-11所示。整个酒母扩大培养过程控制的温度均为28～30℃。所得酒母应细胞健壮、整齐，出芽率高(15%～30%)，没有杂菌污染。54菌种储存酵母菌分离接种扩大培养55菌种培养卡氏罐接种F.乙醇发酵

糖化醪送入发酵罐(图5-12)，接入酒母后，即可始乙醇发酵。

发酵工艺有间歇发酵、半连续式发酵和连续式发酵三类。

乙醇发酵过程可分为前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段。

乙醇发酵工艺控制A/接种量和发酵时间酵母10%，接种量大，发酵时间短。B发酵温度：酒精酒母最适温度27-28，发酵温度30-33.温控模式：接种温度27-30；发酵温度30-33；发酵后期温度30+-1C糖浓度一般糖化醪糖浓度16-18%，过高，抑制发酵和呼吸；过低（低于10g/L），消耗速度与糖浓度呈直线关系。DPH范围较宽，最适4.8-5.0；生产4.2-4.5.乙醇发酵过程控制A前发酵期-繁殖期持续时间10h。

繁殖酵母细胞，乙醇和二氧化碳产量少，泡沫少糖分消耗慢发酵温度较低一般不超过30度注意事项：接种量大，前期短，反之亦然。易被杂菌污染。B主发酵期：时间12h繁殖停止，数量达108/ml，乙醇生产开始，CO2产生，泡沫多。糖分消耗快。发酵温度上升快，应控制在30-34度。注意事项：

控制温度，高温，一方面易使酵母菌菌体提前衰老，另一方面，易引起杂菌污染，特别是超过37度时。

长短取决于糖分含量C后发酵期时间：约需40h残存的部分糊精被淀粉酶水解为葡萄糖供养，糖分耗尽，生产极为缓慢，乙醇和CO2极少产生。产热少，温度下降，应控制在30-32度。温度低，糖化慢，发酵期延长。

2、糖质原料生产流程1）糖蜜原料流程图水酸防腐剂营养盐酵母酵母培养糖蜜糖蜜预处理稀糖蜜发酵蒸馏2)糖质原料酒精发酵工艺

糖质原料制酒精不必进行糖化及之前的工艺操作，工艺过程较为简单。下面以糖蜜例扼要说明。糖蜜酒精发酵工艺过程包括前处理、酒母制备、乙醇发酵和蒸馏四个工序。前处理包括的内容有：将糖蜜稀释至糖浓度为12%～18%(依不同的发酵工艺而异)。糖蜜中常缺乏酵母必需的营养物质，需要添加一些氮源、营养盐(如硫酸铵、硫酸镁、磷酸盐等)以及生长素(如酵母菌自溶物)等。

一般来说，用甘蔗糖蜜的要添加硫酸铵0.1%～0.12%、硫酸镁0.04%～0.05%及适量的酵母自溶液等；用甜菜糖蜜的要添加过磷酸钙约1%，有时还要加少量的硫酸铵，

在前处理中还需要加酸，所用的酸一般为硫酸，现在也有用盐酸的。加酸将发酵稀糖液的PH调至4.0～4.5，这样能起到防止发酵过程中杂菌繁殖等作用。乙醇发酵所用工艺主要是间歇法和连续法，糖蜜经上述前处理后，接入酒母，于30～35℃发酵，成熟醪酒精度为6%～9%(V/V)。3纤维质原料发酵生产流程A纤维质原料种类农作物纤维下脚料木材加工下脚料工厂下脚料城市纤维垃圾B工艺P2668纤维素生产酒精工艺五）酒精蒸馏与精馏

发酵成熟醪中除含酒精外，还含其他杂质，