木薯生产酒精的原理主要基于淀粉转化为糖,糖再发酵为酒精的生物化学过程。以下是关键步骤的分解和原理示意图:
1. 原料预处理
目的:将木薯中的淀粉释放出来,便于后续转化。
过程:
2. 糖化(液化与糖化)
目的:将淀粉分解为可发酵的葡萄糖。
过程:
反应式:
[ (C_6H_{10}O_5)_n + H_2O xrightarrow{
ext{酶}} nC_6H_{12}O_6 ]
(淀粉 → 葡萄糖)
3. 发酵
过程:
反应式:
[ C_6H_{12}O_6 xrightarrow{
ext{酵母}} 2C_2H_5OH + 2CO_2↑ ]
(葡萄糖 → 乙醇 + 二氧化碳)
4. 蒸馏与脱水
目的:从发酵液中分离和提纯乙醇。
过程:
1. 粗蒸馏:通过蒸馏塔分离乙醇和水分,得到95%左右的乙醇(共沸混合物)。
2. 脱水:采用分子筛吸附或渗透汽化膜技术,去除剩余水分,得到燃料级无水乙醇(≥99.5%)。
5. 副产物与废渣处理
原理示意图
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木薯块茎
清洗 → 废渣
粉碎
蒸煮(糊化)
液化(α-淀粉酶) → 高温处理
糖化(糖化酶) → 葡萄糖液
发酵(酵母) → CO₂
发酵液(含乙醇8-12%)
蒸馏 → 酒糟
脱水 → 无水乙醇(成品)
关键影响因素
1. 酶活性:温度、pH需适配酶的最佳条件。
2. 发酵效率:酵母菌种选择、营养盐(氮、磷)补充。
3. 抑菌控制:避免杂菌污染导致酸败。
通过以上步骤,木薯中的淀粉最终转化为乙醇,这一工艺广泛应用于燃料乙醇和工业酒精的生产。