糖蜜原料酒精生產(chǎn)蒸餾和廢液濃縮熱耦合工藝研究

馬建智，李　超，李　璟

(廣東中科天元新能源科技有限公司，廣東　廣州　510640)

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糖蜜原料酒精生產(chǎn)蒸餾和廢液濃縮熱耦合工藝研究

馬建智，李超，李璟

(廣東中科天元新能源科技有限公司，廣東廣州510640)

介紹了一種糖蜜原料的酒精差壓蒸餾和廢液濃縮熱耦合工藝，實(shí)現(xiàn)蒸餾工段與廢液蒸發(fā)濃縮工段能量相互匹配利用，使以糖蜜原料生產(chǎn)普級(jí)食用酒精的蒸餾和廢液濃縮處理的蒸汽總消耗降到4.0～4.3噸/噸成品酒精，節(jié)省蒸汽約15%～25%，節(jié)約冷卻水消耗約70噸/噸成品酒精。并且采用兩級(jí)多效真空蒸發(fā)濃縮，可以延長(zhǎng)設(shè)備結(jié)垢周期，設(shè)備更加易于檢修。

糖蜜；酒精；蒸餾；酒精廢液

糖蜜是制糖過程中不能再析出結(jié)晶糖的殘余糖漿，是制糖業(yè)的副產(chǎn)品之一。糖蜜中含有相當(dāng)數(shù)量的可發(fā)酵性的糖分，通過糖化酶和酒化酶能將糖蜜中的糖分水解、發(fā)酵，最終生成灑精和CO2，是大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)制造酒精的良好原料。用糖蜜原料生產(chǎn)酒精可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，投資少，成本較低。但糖蜜中雜質(zhì)較多，前處理過程復(fù)雜，設(shè)備易結(jié)垢，產(chǎn)生的廢液難處理。以糖蜜為原料生產(chǎn)酒精所產(chǎn)生的廢液是一種難降解的廢水，其有機(jī)污染物濃度高，COD含量一般為100000～200000 mg/L，BOD可達(dá)40000～50000 mg/L[1-4]，如果直接排放，會(huì)造成水體富營養(yǎng)化，對(duì)環(huán)境污染大。

目前糖蜜原料生產(chǎn)酒精的廢液處理主要采用以下幾種方法[5-7]：① 農(nóng)灌法：將酒精廢液經(jīng)過一定處理后灌溉農(nóng)田。該方法成本低，但易破壞土壤的結(jié)構(gòu)，引起土壤營養(yǎng)元素失衡，長(zhǎng)期使用會(huì)使農(nóng)田酸化并結(jié)塊。② 濃縮燃燒法：此工藝是將糖蜜酒精廢液蒸發(fā)濃縮至錘度60～70 Bx，送至焚燒爐進(jìn)入焚燒，以回收熱量，殘?jiān)€可用做肥料。該方法成本較低，經(jīng)濟(jì)效益顯著。但蒸發(fā)酒精廢液的耗能高。③生物處理法：生物處理法是通過微生物對(duì)廢液進(jìn)入?yún)捬?、好氧或厭?好氧結(jié)合處理，使廢液中的各種復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷和CO2等物質(zhì)。但生物處理法占地面積較大，投資高，廢液達(dá)標(biāo)排放難度大，沼氣的利用以很難有效的解決。此外還有絮泥法、催化氧化法等。

糖蜜原料生產(chǎn)酒精的蒸餾過程，是通過熱源(通常為蒸汽)加熱原料成熟醪，利用成熟醪液中乙醇與水沸點(diǎn)的不同，將乙醇從水中氣化出來，并逐漸濃縮成高濃度的酒精成品。再通過循環(huán)水將酒精蒸汽冷凝并除去其中所含雜質(zhì)。酒精蒸餾過程是蒸發(fā)和冷凝兩種單元操作的聯(lián)合過程，既要消耗大量的能量提供熱負(fù)荷，又要消耗大量的循環(huán)水帶走系統(tǒng)的熱負(fù)荷，是一個(gè)高能耗和高水耗的過程。而將蒸餾過程產(chǎn)生的廢液進(jìn)行蒸發(fā)濃縮也是一個(gè)能耗大、水資源消耗高的生產(chǎn)過程[8-12]。本文的研究重點(diǎn)是將糖蜜原料酒精的蒸餾和廢液濃縮過程進(jìn)行耦合，將蒸餾過程的酒精蒸汽作為廢液濃縮過程的熱源，實(shí)現(xiàn)酒精蒸餾和廢液濃縮工段的熱量匹配利用，從而降低酒精蒸餾工段循環(huán)水消耗的同時(shí)，也同樣降低酒精廢液濃縮工段的蒸汽消耗。

1　工藝流程

1.1蒸餾和廢液濃縮熱耦合工藝示意圖(圖1)

圖1　酒精差壓蒸餾和廢液濃縮熱耦合工藝流程

1.2工藝流程簡(jiǎn)述

從發(fā)酵工段來的成熟醪經(jīng)預(yù)熱后進(jìn)入粗餾塔，粗餾塔頂部酒汽進(jìn)入一級(jí)一效蒸發(fā)器冷凝，冷凝潛熱用于供熱一級(jí)一效蒸發(fā)器，冷凝液進(jìn)入粗酒罐后經(jīng)泵送入水洗塔水洗除雜，粗餾塔底部廢醪液進(jìn)入進(jìn)入一級(jí)一效蒸發(fā)器，由粗餾塔頂部酒汽提供的熱負(fù)荷進(jìn)行蒸發(fā)。水洗塔頂部酒汽供熱粗餾塔，冷凝液回流至水洗塔，經(jīng)水洗塔水洗后的淡酒精從塔底采出，預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔提濃。精餾塔塔頂酒汽供熱水洗塔，精餾塔底部廢水部分預(yù)熱淡酒進(jìn)料后去水洗塔頂部作為洗滌用水，剩余部分去廢水處理，從精餾塔上部采出酒精成品，精餾塔采用蒸汽間接加熱。

粗餾塔底部廢醪液在一級(jí)一效蒸發(fā)器中受熱蒸發(fā)，蒸發(fā)后的汽液混合物經(jīng)過汽液分離后，汽相部分作為一級(jí)二效蒸發(fā)器熱源，液相部分進(jìn)入一級(jí)二效蒸發(fā)器繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，濃縮后的汽液混合物經(jīng)汽液分離后，汽相部分經(jīng)循環(huán)冷卻水冷凝，冷凝液收集在廢液罐中去廢水處理，液相部分進(jìn)入二級(jí)一效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。二級(jí)一效蒸發(fā)器采用蒸汽間接加熱，二級(jí)一效蒸發(fā)器濃縮后的汽液混合物經(jīng)汽液分離后，汽相部分在二級(jí)二效蒸發(fā)器中提供熱負(fù)荷，液相部分進(jìn)入二級(jí)三效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。二級(jí)三效蒸發(fā)器濃縮后的汽液混合物經(jīng)汽液分離后，汽相部分經(jīng)循環(huán)冷卻水冷凝，冷凝液收集在廢液罐中，液相部分進(jìn)入二級(jí)二效蒸發(fā)器蒸發(fā)濃縮。二級(jí)二效蒸發(fā)器濃縮后的汽液混合物經(jīng)汽液分離后，汽相部分作為二級(jí)三效蒸發(fā)器的熱源，液相部分送鍋爐焚燒系統(tǒng)處理。

2　實(shí)例分析

2.1操作工況

以廣西某糖蜜酒精廠為例，該廠規(guī)模為糖蜜原料年產(chǎn)3萬噸普級(jí)酒精。原生產(chǎn)工藝是酒精蒸餾工段和糖蜜廢液處理工段分別單獨(dú)運(yùn)行，蒸餾工段粗餾塔頂部酒汽采用循環(huán)水直接冷凝，廢液濃縮工段一級(jí)一效蒸發(fā)器采用蒸汽間接供熱，全廠運(yùn)行能耗和水耗較大。后通過工藝技改，將蒸餾工段和廢液濃縮過程進(jìn)行能量耦合，粗餾塔頂部酒精蒸汽作為廢液濃縮工段一級(jí)一效蒸發(fā)器的熱源，供熱后的冷凝液再進(jìn)入水洗塔進(jìn)行洗滌除雜，從而實(shí)現(xiàn)了降低全廠汽耗和水耗的目的。工藝流程操作參數(shù)見表1。

表1　工藝運(yùn)行參數(shù)

2.2能耗結(jié)果與分析

該酒精廠3萬噸/年普級(jí)食用酒精裝置，經(jīng)蒸餾和廢液濃縮工段技改后調(diào)試成功以來，運(yùn)行工況及產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)一直穩(wěn)定。與技改前全廠公用工程消耗指標(biāo)對(duì)比分析，能量消耗大大降低，見表2所示。

表2　公用工程消耗指標(biāo)

由表2可知，技改后，因蒸餾和廢液濃縮工段能量進(jìn)行耦合，總的公用工程消耗大大降低。其中，蒸餾和廢液濃縮工段總蒸汽消耗降低約20.2%，相應(yīng)的循環(huán)水消耗量降低70 m3/噸產(chǎn)品，因循環(huán)水消耗量降低，可以采用流量更小的泵，一定程度上也降低了固定設(shè)備的投資，同時(shí)電耗也減少約9.6%。

3　結(jié)　論

本工藝采用差壓熱耦合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了蒸餾工段與廢液蒸發(fā)濃縮工段的能量相互匹配利用，從而節(jié)省了蒸汽消耗和水、電

消耗量。應(yīng)用本技術(shù)對(duì)廣西某酒精廠進(jìn)行技術(shù)改造，大大降低了該廠的公用工程消耗，降低了生產(chǎn)成本，技改結(jié)果如下：

(1)技改后，蒸汽消耗由原來的5.20噸/噸產(chǎn)品降為4.15噸/噸產(chǎn)品，減少蒸汽消耗約20.2%。

(2)循環(huán)水消耗由技改前的358 m3/噸產(chǎn)品降為288 m3/噸產(chǎn)品，減少循環(huán)水消耗量70 m3/噸產(chǎn)品。同時(shí)，可以采用流量更小的循環(huán)水泵，一定程度上減小了固定設(shè)備的投資。

(3)因循環(huán)水泵流量的減小，電耗由技改前的52度/噸產(chǎn)品降為47度/噸產(chǎn)品，減少電耗約9.6%。

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Research on Thermal Coupling Process of Distillation and Waste Concentrate of Molasses Alcohol Production

MA Jian-zhi, LI Chao, LI Jing

(Guangdong Zhongke Tianyuan New Energy Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510640, China)

A kind of molasses alcohol differential pressure distillation and wastewater concentrated heat coupling process was developed. It realized the energy of distillation section and liquid evaporation concentration section to match with each other, so as to make molasses raw materials for the production of ordinary edible alcohol distilling and concentrating the waste liquid treatment of steam consumption dropped to 4.0～4.3 ton/ton refined alcohol, saving steam about 15%～25%, saving the cooling water consumption about 70 ton/ton of refined alcohol. Two-stage multi effect evaporation in vacuum concentration can prolong the device scaling cycle and easy maintenance.

molasses; alcohol; distillation; alcohol waste liquid

馬建智(1975-)，女，本科，主要從事化工工藝設(shè)計(jì)。

李璟。

TQ028

A

1001-9677(2016)01-0150-03