五效降膜蒸發(fā)和微波真空干燥技術(shù)在酒精廢液處理中的應(yīng)用*

陳 龍，張國(guó)玉，柴 娟，徐 皓*

（1.新疆冠農(nóng)果茸股份有限公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆冠農(nóng)檢測(cè)科技有限公司；3.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

酒精廢液中含有豐富的色素、果膠、甘油等有機(jī)質(zhì)，此類廢水COD（化學(xué)需氧量）高達(dá)7萬～10萬mg/L，且呈酸性色度高。廢液含固體物約10%，若不經(jīng)過處理直接排放會(huì)嚴(yán)重污染水質(zhì)與環(huán)境，使土壤酸化板結(jié)，造成環(huán)境污染。目前國(guó)內(nèi)酒精廢液經(jīng)濃縮、干燥可以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，其作為基肥或追肥返施于農(nóng)田中，除了提高農(nóng)產(chǎn)品的單產(chǎn)和品質(zhì)以外，還有助于保持地力和改良土壤作用，在建設(shè)可持續(xù)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系中具有巨大的潛力[1]。但傳統(tǒng)濃縮和干燥工藝存在能源消耗高、空氣污染等問題，廢液無法妥善處理是當(dāng)前制糖和發(fā)酵行業(yè)面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問題，因此對(duì)酒精廢液進(jìn)行處理，合理循環(huán)利用是十分必要的。

1 五效降膜蒸發(fā)和微波真空干燥技術(shù)介紹

1.1 五效降膜蒸發(fā)

五效降膜蒸發(fā)是由加熱器、分離器、冷凝器、凝水罐等組成的液體濃縮系統(tǒng)，料液自加熱室上部分布器的分布，呈膜狀向下流動(dòng)，加熱汽化的汁汽與液相進(jìn)入分離室，汽液經(jīng)充分分離，汁汽進(jìn)入下一效或進(jìn)入冷凝器冷凝，液相則由分離器下部的轉(zhuǎn)移泵送至下一效加熱器或排出系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，蒸發(fā)量大，具有生產(chǎn)效率高、適用于高粘度和熱敏性的物料。溫州某公司自主研發(fā)的三效降膜蒸發(fā)器已成功應(yīng)用于葡萄糖漿、麥芽糖漿、酒精糟濾液等食品蒸發(fā)濃縮工藝中，并在味精、酒精、魚粉等行業(yè)的廢液處理中得到應(yīng)用[2]。

1.2 微波真空干燥

微波真空干燥把低溫微波干燥和負(fù)壓真空兩項(xiàng)技術(shù)結(jié)合起來，充分發(fā)揮了微波干燥和負(fù)壓真空的優(yōu)點(diǎn)，在真空環(huán)境下，水或溶劑分子的傳熱相對(duì)比較容易，因而大大縮短了干燥時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率[3]。楊偉紅[4]研究中采用四效蒸發(fā)濃縮，再通過管道輸送到干燥塔進(jìn)行噴霧干燥。但噴霧干燥燃料消耗大，需要消耗原煤，應(yīng)尋求一種清潔能源，減少一次能源消耗。孫寧[5]認(rèn)為，傳統(tǒng)的干燥工藝操作時(shí)間長(zhǎng)，溫度高，使得產(chǎn)品中的有效成分回收率不高。而微波真空干燥有別于傳統(tǒng)的干燥工藝，是一種快速、有效的干燥水分的方法，它有利于節(jié)省生產(chǎn)時(shí)間、提高效率。所以采用微波真空干燥工藝，不僅解決酒精廢液處理難題的同時(shí)，還避免了傳統(tǒng)噴霧干燥需要消耗大量煤炭污染環(huán)境的問題，進(jìn)而降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

2 五效降膜蒸發(fā)工作原理

效體數(shù)量的多少要看蒸發(fā)物料的屬性，對(duì)于沸點(diǎn)升高速度快的物料采用二效或者三效，而沸點(diǎn)升高較慢的物料，則需要采取四效到六效之間[6]?？紤]酒精廢液濃縮后期，沸點(diǎn)升高速度較慢，本方案選擇五效降膜蒸發(fā)系統(tǒng)作為濃縮裝置。

原料從緩沖罐由泵送至五效加熱器頂部的進(jìn)料布膜裝置，原料依次經(jīng)五效加熱器、五效分離器、四效加熱器、四效分離器、三效加熱器、三效分離器、二效加熱器、二效分離器、一效加熱器和一效分離器的加熱與分離，濃縮液由一效分離器下部出料家輸出，在后效分離器下部輸出口與前效加熱器頂部的進(jìn)料口之間均設(shè)置有加壓泵；分離器上設(shè)置有除沫器、壓力感應(yīng)器、溫度感應(yīng)器；各效除沫器均位于各效分離器的上部，在一效分離器上還設(shè)置有液位感應(yīng)器，在一效分離器下部輸出口與濃縮液出口之間設(shè)置有錘度檢測(cè)儀器和濃縮液輸出泵，其一效液位感應(yīng)器與濃縮液輸出泵彼此相關(guān)聯(lián)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

加熱蒸汽流向與濃縮物料流向?yàn)槟媪鞑僮?，即一次蒸汽以及蒸發(fā)汁汽先后通過一效加熱器、一效分離器、二效加熱器、二效分離器、三效加熱器、三效分離器、四效加熱器、四效分離器、五效加熱器、五效分離器，最終進(jìn)入五效分離器的冷凝裝置，真空冷凝后排出不凝氣體和冷凝液體，此過程中蒸汽與濃縮物料的流向相反。工藝流程如圖1。在此過程中，五效降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)可對(duì)由一效加熱器1和一效分離器2蒸發(fā)濃縮分離后輸出的廢液去向加以控制，當(dāng)濃縮液濃度滿足設(shè)定值時(shí)，開啟五效降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)與下一工序之間的管路，關(guān)閉加熱器1和分離器2輸出端與緩沖儲(chǔ)罐的之間的管路，濃縮液輸送至下一工序；當(dāng)濃縮液濃度不滿足設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉五效降膜蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)與下一工序之間的管路，開啟一效加熱器1和一效分離器2輸出端與緩沖儲(chǔ)罐的之間管路，濃縮液輸送回緩沖儲(chǔ)罐繼續(xù)蒸發(fā)濃縮。

圖1 五效降膜蒸發(fā)工藝流程

3 五效降膜蒸發(fā)和微波真空干燥技術(shù)在酒精廢液處理中的應(yīng)用

酒精廢液經(jīng)五效降膜蒸發(fā)、薄膜濃縮及微波真空干燥處理，通過粉碎制成黃腐酸干粉，后經(jīng)稱重、包裝成為有機(jī)肥原料，其具體處理步驟見圖2：

圖2 酒精廢液處理流程

3.1 五效降膜蒸發(fā)濃縮處理酒精廢液

先將錘度為7～120Bx的酒精廢液泵送至五效加熱器頂部的進(jìn)料布膜裝置，系統(tǒng)通入0.3 MPa生蒸汽，循環(huán)冷卻水量為500～750 t/h，進(jìn)水溫度32 ℃，出水溫度40 ℃。廢液與蒸汽呈逆流操作，經(jīng)五效降膜蒸發(fā)的廢液錘度不斷提高，當(dāng)一效加熱器底部錘度儀表檢測(cè)濃縮液濃度達(dá)到600Bx的工藝要求，濃縮液經(jīng)泵排至微波真空干燥系統(tǒng)，反之則進(jìn)入一緩沖儲(chǔ)罐繼續(xù)蒸發(fā)濃縮。蒸汽經(jīng)過每效加熱室殼程后，其溫度和壓力不斷降低，通過冷凝器冷凝后，其中不凝氣由真空機(jī)組抽取排出系統(tǒng)，冷凝液經(jīng)汽水分離排出系統(tǒng)。五效降膜蒸發(fā)過程中廢液呈膜狀形態(tài)流動(dòng)，進(jìn)一步提高蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的傳熱系數(shù)，降低蒸汽的使用量，其蒸汽耗量可達(dá)到蒸發(fā)每噸水≤200 kg，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化后可降低至蒸發(fā)每噸水≤180 kg。

3.2 薄膜濃縮及微波真空干燥處理酒精廢液

將錘度為60°Bx酒精廢液泵送至中空螺旋薄膜濃縮器，經(jīng)濃縮至錘度為80°Bx以上，此時(shí)由于廢液錘度高，流動(dòng)性降低。由漿料泵送至密閉的干燥機(jī)，須經(jīng)布料器均勻分布在運(yùn)動(dòng)皮帶上，皮帶上的酒精廢液借助微波發(fā)生器產(chǎn)生的能量使其中的水分蒸發(fā)，蒸發(fā)過程處于30～50 ℃的環(huán)境下，同時(shí)利用真空泵將干燥機(jī)內(nèi)部降為負(fù)壓環(huán)境，有利于廢液中水分蒸發(fā)，還可將蒸發(fā)出水蒸氣抽出干燥機(jī)，最終物料水分含量降至6%以內(nèi)，經(jīng)出料口送至兩級(jí)粉碎機(jī)，通過兩次粉碎后制成黃腐酸干粉，再經(jīng)稱重、包裝成為有機(jī)肥原料，其工藝流程如圖3。

圖3 薄膜濃縮和微波真空干燥工藝流程

干燥前物料采用中空螺旋薄膜濃縮，主要考慮此時(shí)物料粘度較大，普通降膜蒸發(fā)工藝無法滿足生產(chǎn)要求，而薄膜濃縮系統(tǒng)安裝有強(qiáng)制攪拌和出料裝置，可以避免物料堵塞現(xiàn)象。由于真空干燥技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)低溫、負(fù)壓條件蒸發(fā)水分，保證物料不經(jīng)歷高溫而糊化，其中的多數(shù)組分不被破壞，使得黃腐酸中的有效成分被全部保留下來，產(chǎn)品中營(yíng)養(yǎng)成分豐富。

4 結(jié)論

經(jīng)五效降膜蒸發(fā)后，酒精廢液中80%的水分被去除，再通過中空螺旋薄膜濃縮，水分被進(jìn)一步去除，在30～50 ℃、真空條件下，經(jīng)微波干燥，得到含水率為4%～6%的黃腐酸顆粒，粉碎、包裝后成為有機(jī)肥料。處理1 t酒精廢液消耗0.2 t蒸汽，電力消耗350 kW·h，循環(huán)冷卻水量為150～300 t/h。與傳統(tǒng)的酒精廢液處理方式相比，本方案不僅保留廢液中大部分有機(jī)質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分，而且產(chǎn)品生產(chǎn)消耗更低，同時(shí)也解決了環(huán)境污染的問題。

5 前景與分析

五效降膜蒸發(fā)與微波真空干燥的處理方式，使糖蜜制酒精后產(chǎn)生的酒精廢液得到有效處理，不僅解決污水排放使土壤酸化板結(jié)造成的污染問題，還構(gòu)建起生產(chǎn)中可再生資源的循環(huán)利用通道，達(dá)到資源的高效利用，為制糖和發(fā)酵行業(yè)污染治理方面開辟了一條新道路，有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品附加值，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。