高校酒精工藝學(xué)案例式教學(xué)的探索

1、    高校酒精工藝學(xué)案例式教學(xué)的探索    趙輝+王葳+賈樹(shù)彪摘要：酒精廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，為適應(yīng)酒精行業(yè)對(duì)應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。本文以現(xiàn)代酒精行業(yè)的最新工藝為例，對(duì)酒精工藝學(xué)課程案例式教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。關(guān)鍵詞：高校； 酒精工藝學(xué) ； 案例式教學(xué)：g642.0：a：1002-4107（2014）05-0007-02酒精工業(yè)是我國(guó)改革開(kāi)放以后有重大發(fā)展的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)槲覈?guó)以可再生資源為原料的酒精開(kāi)始進(jìn)入新能源燃料乙醇時(shí)代，這不僅可以充分利用可再生資源，還很好地解決了汽車(chē)尾氣的環(huán)

2、保問(wèn)題。酒精工藝學(xué)是生物工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，其工藝有一百多年的發(fā)展歷史。由于生物工程技術(shù)突破性的發(fā)展，酒精工業(yè)將有一個(gè)更大的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。培養(yǎng)大學(xué)生具有一定的技術(shù)思想和具體工藝的技術(shù)能力同等重要，傳統(tǒng)教學(xué)比較側(cè)重基礎(chǔ)理論，與具體的技術(shù)思想和技術(shù)能力尚有較大的距離，不易增強(qiáng)學(xué)生投身具體產(chǎn)業(yè)的積極性，不利于激發(fā)大學(xué)生立志創(chuàng)業(yè)。為適應(yīng)高素質(zhì)、高水平的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，改變教學(xué)中重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，就必須建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系。案例教學(xué)是指教育者本著理論與實(shí)際有機(jī)整合的宗旨，遵循教學(xué)目的要求，以案例為基本素材，將學(xué)習(xí)者引入一個(gè)特定的真實(shí)工藝中，通

3、過(guò)師生之間的雙向互動(dòng)，促使學(xué)生充分理解問(wèn)題的復(fù)雜性、變化性、多樣性等屬性的重要教學(xué)形式。應(yīng)用案例教學(xué)會(huì)使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)到基本理論知識(shí)和分析方法更好地聯(lián)系實(shí)際，增強(qiáng)獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力。本文將對(duì)黑龍江大學(xué)現(xiàn)代酒精工藝學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中的案例式教學(xué)進(jìn)行探討。一、薄板換熱器應(yīng)用的案例式教學(xué)酒精生產(chǎn)過(guò)程中使用換熱器的工序較多，如液化、糖化工序中的液化醪冷卻、糖化醪冷卻，發(fā)酵工序中的發(fā)酵醪液冷卻，蒸餾工序中發(fā)酵醪液的預(yù)熱，酒精蒸氣的冷卻，ddgs生產(chǎn)過(guò)程中蒸發(fā)酒糟離心液的二次蒸氣冷凝等都需要使用換熱設(shè)備。但就其使用的換熱器而言，過(guò)去的蛇管冷卻器、噴淋冷卻器、列管式冷卻器現(xiàn)在基本不多見(jiàn)，近年發(fā)展起來(lái)的薄板換

4、熱器越來(lái)越受青睞。板式換熱器是以波紋板為傳熱介質(zhì)的新型高效換熱器，因其具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、不易結(jié)垢、可拆卸清洗、熱損失極小、可利用低溫?zé)嵩吹葍?yōu)點(diǎn)而被廣泛用于輕工、食品、化工、制藥、動(dòng)力機(jī)械等部門(mén)。對(duì)于薄板換熱器的教學(xué)以原黑龍江華潤(rùn)酒精有限公司的糖化醪工序使用螺旋板換熱器在實(shí)際運(yùn)行中的情況為例進(jìn)行案例式教學(xué)。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中該發(fā)酵系統(tǒng)出現(xiàn)的換熱器物料出口溫度偏高且進(jìn)料不均，直影響生產(chǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合當(dāng)時(shí)企業(yè)的工藝改造進(jìn)行課堂討論，薄板換熱器改造如圖1、圖2所示。該工藝為180 m2的可拆式螺旋式換熱器，進(jìn)出口管徑均為200 mm，所使用的糖化醪泵的最大流量為120 m3h，因此糖化醪在換熱器

5、內(nèi)的流速只有1.062 ms，螺旋板換熱器的理想流速為（12）ms。由于兩臺(tái)換熱器分料不均，其中必然有一臺(tái)流速低于換熱器內(nèi)物料的最小流速，而使換熱效率大大下降；另一臺(tái)也達(dá)不到預(yù)期的效率。因此將a線兩臺(tái)螺旋板換熱器的物料管路由并聯(lián)改為了串聯(lián)，效果明顯。通過(guò)對(duì)實(shí)際工藝改造的討論，學(xué)生進(jìn)一步理解了換熱器和糖化醪泵的匹配在實(shí)際生產(chǎn)中的重要性，特別是換熱器連接的差異在實(shí)踐中的重要性。 圖1a線糖化醪用螺旋板換熱器并聯(lián)示意圖二、酵母連續(xù)培養(yǎng)的案例式教學(xué)酵母連續(xù)培養(yǎng)是按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行。它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件。酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時(shí)添加酵母種液。酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)

6、培罐或罐組流動(dòng)，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時(shí)，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時(shí)送往發(fā)酵罐。對(duì)于酵母連續(xù)培養(yǎng)工藝，流程式的文字教學(xué)不利于學(xué)生理解連續(xù)培養(yǎng)的本質(zhì)，教學(xué)中結(jié)合俄羅斯酒精廠的酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程進(jìn)行教學(xué)如圖3所示，糖化醪進(jìn)入貯罐，在其中55保溫，繼續(xù)糖化4560min，用泵經(jīng)換熱器加熱醪液至7578并送入混合罐。在混合罐中保持2030min，進(jìn)行巴斯德滅菌，然后醪液被送入氣液分離器，在這里產(chǎn)生的二次蒸氣被噴嘴吸走，并與蒸汽混合后用于換熱器的熱源。消毒后的糖化醪用泵經(jīng)換熱器冷卻至2830，送往三個(gè)酵母增殖罐。然后再向三個(gè)酵母罐連續(xù)流加糖化醪。二級(jí)酵母罐接受來(lái)自一

7、級(jí)酵母罐的酵母種液，同時(shí)流加30的糖化醪。學(xué)生主要針對(duì)三級(jí)不同酵母種子罐的連接、設(shè)計(jì)大小、培養(yǎng)液流速以及工藝過(guò)程進(jìn)行討論。通過(guò)此案例教學(xué)，學(xué)生很好地掌握了酵母連續(xù)培養(yǎng)的基本工藝：按順流方式，在一只或幾只順次連接的罐中進(jìn)行，它為連續(xù)發(fā)酵準(zhǔn)備了種子擴(kuò)培的必要條件，酵母糖化醪連續(xù)加入首罐，同時(shí)添加酵母種液，酵母糖化醪沿酵母擴(kuò)培罐或罐組流動(dòng)，酵母不斷增殖，當(dāng)醪液從酵母罐或酵母罐組最后一罐流出時(shí)，已是成熟的生產(chǎn)用酵母菌種，應(yīng)及時(shí)送往發(fā)酵罐。圖3酒精廠酵母順流式連續(xù)培養(yǎng)流程三、酒精連續(xù)發(fā)酵的案例式教學(xué)連續(xù)發(fā)酵過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是生物化學(xué)工程等多學(xué)科發(fā)展與結(jié)合的結(jié)果，連續(xù)發(fā)酵的設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定并提高其利用率。采用連續(xù)發(fā)

8、酵法生產(chǎn)酒精，使設(shè)備始終處于發(fā)酵運(yùn)行狀態(tài)，通常需要20天對(duì)罐進(jìn)行一次清洗、滅菌，極大地減少了發(fā)酵輔助時(shí)間，同時(shí)，連續(xù)發(fā)酵時(shí)，醪液進(jìn)入發(fā)酵罐即進(jìn)入主發(fā)酵期，可提高設(shè)備利用率20%以上。對(duì)于酒精連續(xù)發(fā)酵工藝，教學(xué)中結(jié)合哈爾濱釀酒總廠五罐連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)流程進(jìn)行講解。如圖4所示，把培養(yǎng)好的成熟酵母由酵母罐送入預(yù)發(fā)酵罐后，以5m3/h的流速將糖化醪液連續(xù)輸入預(yù)發(fā)酵罐，至預(yù)發(fā)酵罐裝滿(mǎn)。待發(fā)酵罐中糖度達(dá)到8.09.0 bx，溫度達(dá)到3233時(shí)，以5m3/h的速度輸入1號(hào)發(fā)酵罐，仍往預(yù)發(fā)酵罐以5 m3/h的流速輸送糖化醪，同時(shí)向1號(hào)發(fā)酵罐以25m3/h的流速送入糖化醪。1號(hào) 罐滿(mǎn)后，以30m3/h的速度輸入2號(hào)

9、罐，2號(hào)罐滿(mǎn)后再以同樣的速度輸入3號(hào)、4號(hào)和5號(hào)發(fā)酵罐。當(dāng)5號(hào)發(fā)酵罐中的成熟發(fā)酵醪液量達(dá)到60%70%后按同樣的速度送入蒸餾塔進(jìn)行蒸餾。在發(fā)酵進(jìn)程中，1號(hào)發(fā)酵罐內(nèi)的溫度控制在3334；2號(hào)、3號(hào)發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在3638；4號(hào)發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在3334；5號(hào)發(fā)酵罐內(nèi)溫度控制在3234。發(fā)酵罐中糖的消耗速度非?？?，當(dāng)3號(hào)發(fā)酵罐的外觀糖已耗至零，5號(hào)發(fā)酵罐的外觀糖為負(fù)值，發(fā)酵醪外觀糖不再下降，酒精含量不再增加時(shí)為發(fā)酵成熟醪，可以輸送至蒸餾塔中進(jìn)行酒精蒸餾。發(fā)酵總時(shí)間為6065h。通過(guò)此案例教學(xué)，學(xué)生對(duì)連續(xù)發(fā)酵的真正含義以及連續(xù)發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)有了新的認(rèn)識(shí)：多個(gè)發(fā)酵罐在同一水平的基礎(chǔ)上，罐之間的發(fā)酵醪液靠

10、泵輸送，罐之間醪液不僅可按順序輸送，每個(gè)罐還設(shè)計(jì)了自體循環(huán)，在自體循環(huán)中通過(guò)螺旋板換熱器降溫，這種順序連接發(fā)酵罐方式，在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)酵效果很好，是徹底取代間歇發(fā)酵工藝的設(shè)備基礎(chǔ)。圖4水平連接發(fā)酵系統(tǒng)四、多塔差壓蒸餾的案例式教學(xué)對(duì)于差壓蒸餾系統(tǒng)，教學(xué)中結(jié)合安徽特酒廠多塔差壓蒸餾機(jī)組進(jìn)行講解。如圖5所示，對(duì)于差壓蒸餾的節(jié)能性、氣相過(guò)塔和液相過(guò)塔的優(yōu)缺點(diǎn)、塔形的選擇、塔的規(guī)范尺寸、co2分離器的大小、差壓蒸餾與常壓蒸餾的優(yōu)缺點(diǎn)以及整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行探討。通過(guò)此案例教學(xué)，學(xué)生對(duì)于多塔的含義、差壓酒精蒸餾的意義、多塔蒸餾的工藝有了深刻的理解。圖5安徽特酒公司六塔差壓蒸餾系統(tǒng)石油資源日益枯竭不可避免，酒精作為可再生能源具有其他能源不可比擬的優(yōu)勢(shì)，酒精行業(yè)在未來(lái)將有更大的發(fā)展。為適應(yīng)酒精行業(yè)對(duì)應(yīng)用、創(chuàng)新型人才的需求，就必須改變酒精工藝學(xué)教學(xué)中重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕素質(zhì)的傳統(tǒng)模式，建立以技術(shù)應(yīng)用能力和基本素質(zhì)為主線的教學(xué)新體系，結(jié)合現(xiàn)代酒精行業(yè)的最