糖蜜生產(chǎn)燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)

高正卿，鄧 軍，張躍彬

（1.云南省輕工業(yè)科學(xué)研究院，昆明 650034；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開遠(yuǎn) 661600）

糖蜜是制糖廠的一種副產(chǎn)品，它是在蔗糖的生產(chǎn)過程中，無法再蒸濃結(jié)晶的母液，約含有全糖分（蔗糖和還原糖）50%，可用于制作生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品如酵母、酒精、丙酮、丁醇等[1，2，3]。

近年來，伴隨著全球原油存儲(chǔ)量不斷減少，能源安全與危機(jī)形勢不斷嚴(yán)峻，國際、國內(nèi)石油價(jià)格不斷上漲的形勢，尋找石油替代能源已經(jīng)成為各國政府，特別是世界最大的發(fā)展中國家——中國高度關(guān)注的問題。乙醇是一種清潔能源，可與汽油混合制造汽油乙醇作汽車燃料，這種燃料在減少汽油燃燒對(duì)大氣污染的同時(shí)，還可以增加汽油辛烷值，提高燃燒效率[4]，可以說，乙醇汽油的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益不可低估。糖蜜是作為制糖廠的一種副產(chǎn)品，是制作生產(chǎn)燃料乙醇的理想原料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，約4.5 t廢糖蜜可以生產(chǎn)1 t燃料乙醇[5]。

糖蜜生產(chǎn)燃料乙醇，主要通過預(yù)處理工序，發(fā)酵工序，蒸餾工序、脫水工序等，最終產(chǎn)品酒精度為99.5%以上，達(dá)到了燃料乙醇的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

表1 無水乙醇主要質(zhì)量指標(biāo)

1 燃料乙醇質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

燃料乙醇在未加入變性劑前的乙醇產(chǎn)品執(zhí)行GB/T678-2002標(biāo)準(zhǔn)。主要控制指標(biāo)見表1。

2 燃料乙醇生產(chǎn)工藝

從工藝的角度來說，是以糖蜜為原料，經(jīng)前處理、發(fā)酵、蒸餾、脫水等工藝而生產(chǎn)燃料乙醇，最后生產(chǎn)出純度高的乙醇（如圖1）。燃料乙醇生產(chǎn)開發(fā)，充分利用了廢糖蜜資源，提高了制糖企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

（1）原料前處理：主要通過預(yù)處理工序，加入營養(yǎng)素、尿素、硫酸等輔助材料進(jìn)行殺菌和調(diào)節(jié)pH值，使原料達(dá)到指標(biāo)要求。

（2）發(fā)酵：糖化物料進(jìn)入多級(jí)連續(xù)流動(dòng)發(fā)酵罐，采用半連續(xù)發(fā)酵工藝控制，增殖罐投放固定化酵母，經(jīng)冷卻至發(fā)酵溫度的糖化醪連續(xù)流入酒母繁殖罐，控制罐內(nèi)的糖化液錘度，控制罐內(nèi)醪液溫度為28～35℃，酵母數(shù)保持在0.8億/m3以上，依次流加至各分割罐。發(fā)酵液約65～72 h發(fā)酵成熟，酒分達(dá)9%（v/v）以上，殘?zhí)?.5%以下，成熟醪可進(jìn)入蒸餾、脫水工藝。

（3）蒸餾：工序有3個(gè)塔，分別是粗餾塔、醛餾塔和精餾塔。應(yīng)用鍋爐生產(chǎn)出來的蒸汽加熱廢糖蜜，讓廢糖蜜的酒分轉(zhuǎn)化為酒精，一般由粗餾塔出來的酒精純度為35%左右，醛餾塔出來的酒精純度為80%左右，精餾塔出來酒精是最終產(chǎn)品酒精度為95%。

圖1 燃料乙醇生產(chǎn)工藝流程

從發(fā)酵工段來的成熟發(fā)酵醪，通過與粗蒸塔頂?shù)木破痛炙簱Q熱，進(jìn)入粗餾塔。粗餾塔在負(fù)壓下工作，控制塔溫度在82～85℃，目的在于增大乙醇和其他雜質(zhì)間相對(duì)揮發(fā)度，使乙醇更易于分離，又徹底去除酸類雜質(zhì)；同時(shí)有利于塔再沸器的換熱，節(jié)約能耗，減少酒糟在粗塔和再沸器中的積垢。粗餾塔加熱時(shí)利用精餾塔頂部排出的酒精蒸汽在再沸器中加熱塔釜液產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行，粗餾塔頂出來的粗酒汽經(jīng)醪液預(yù)熱器和粗餾塔冷凝器冷凝，冷凝的粗酒液全部進(jìn)入精餾塔。

（4）脫水：精餾塔在加壓下工作，用蒸汽通過塔底再沸汽間接加熱。控制塔溫度125～127℃，塔頂溫度95～98℃。塔頂部分酒精蒸汽進(jìn)入脫水設(shè)備，大部分酒精蒸汽則用來作為粗餾塔再沸器的熱源，并經(jīng)粗餾塔再沸器冷凝，冷凝下來的酒精用泵打回流；從塔的加料口上方2～6塊塔板提取雜醇油酒精，并通過雜醇油分離將雜醇油分離出去，以保證精餾塔的正常操作。分離出的雜醇油可配入燃料乙醇作成品銷售。

圖2 酒精廢醪液處理工藝流程

3 酒精廢醪液處理工藝

乙醇生產(chǎn)過程自粗餾塔排除大量的廢液，一般俗稱為酒精廢醪液，噸乙醇產(chǎn)生的廢液約為14 t，本方法每天產(chǎn)生的廢醪液及有機(jī)廢水約為2338 m3，經(jīng)過對(duì)多個(gè)廢醪液的治理方案比較，我們選擇采用UASB生物反應(yīng)器在治理廢液的同時(shí)生產(chǎn)沼氣，按每立方有機(jī)廢液可產(chǎn)12 m3沼氣計(jì)算，則日產(chǎn)沼氣量為28000 m3，提供的廢醪液治理方案，其工藝流程如圖2。

4 小結(jié)

4.1 酒精可以替代四乙基鉛制備目前大量急需的無鉛汽油。我國已是石油凈進(jìn)口國，利用再生資源，研究開發(fā)和采用高新技術(shù)，低成本地發(fā)展發(fā)酵生產(chǎn)酒精，以部分替代汽油是21世紀(jì)我國的必經(jīng)之路。

4.2 必要時(shí)，甘蔗和蔗汁也可以直接用來進(jìn)行酒精發(fā)酵。這樣，當(dāng)甘蔗產(chǎn)量過多時(shí)，就可用甘蔗生產(chǎn)酒精，而甘蔗生產(chǎn)酒精設(shè)備所需的投資要比制糖設(shè)備低得多。

4.3 本技術(shù)采用糖蜜為原料，生產(chǎn)燃料乙醇，同時(shí)利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的酒精廢醪液生產(chǎn)沼氣。生產(chǎn)工藝運(yùn)用了循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，合理集成了發(fā)酵酒精先進(jìn)、高效的清潔生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)廢醪液進(jìn)行了資源化治理，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，節(jié)約了資源和能源，保護(hù)了環(huán)境，是一項(xiàng)值得推薦的生產(chǎn)技術(shù)。

[1]洪叔南，楊運(yùn)生，張躍彬，等.云南制糖工業(yè)50年（1950-2008）[M].昆明：云南省糖業(yè)協(xié)會(huì)，2009：50-52.

[2]馬光庭，李伏生，韋珂.糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)丙酮丁醇的研究[J].工業(yè)微生物，1999，29（2）：28-32.

[3]沈艷麗.柑橘皮渣糖蜜及其燃料酒精制備的研究[D].西南大學(xué)，2008.

[4]吳松海，林一心，潘世明，等.甘蔗生產(chǎn)燃料乙醇的發(fā)展前景[J].中國糖料，2006（2）：58-60.

[5]鹿建光，童莉霞，李艷君.我國生物燃料乙醇產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展政策研究[J].經(jīng)濟(jì)研究參考，2008（43）：10-18.