甘蔗糖蜜酒精生產污垢發(fā)生機理及污垢控制分析

周麗華

（渤海大學，遼寧 錦州121000）

0 前言

在酒精的生產過程中，甘蔗糖蜜是主要的生產原料，也是其產生污垢的主要研究對象。早在20世紀80年代，許多酒精生產企業(yè)的管理和技術人員就已經發(fā)現，隨著酒精生產工藝的發(fā)展，甘蔗糖蜜酒精生產物料中的污垢呈現一個上升的趨勢。很多人認為這是由于在甘蔗制糖的過程中，雖然蔗糖的回收率得到了提高，但是廢棄物中的蜜糖發(fā)酵純度卻下降了，也導致膠體和灰分都得到了增加，并且在這個過程中也摻入了許多化學助劑。鑒于此，糖蜜成分的改變導致了糖蜜酒精生產過程中的污垢增加，使得發(fā)酵物料在過罐時很困難，并且在酒精蒸餾廢液中存在大量的污垢，這就給清潔生產帶來了一個大難題。當前，污垢的處理已經嚴重影響著酒精工藝的生產，并且受到了管理人員和技術人員的高度重視。但與此同時，由于污垢處理還沒有得到專業(yè)的解釋，這就使得甘蔗糖蜜酒精生產污垢問題在解決的過程中存在著諸多困難，因此加快污垢控制方法的研究勢在必行。

1 甘蔗蜜糖酒精生產污垢的概述

從定義的角度來說，污垢是指在工業(yè)生產過程中，在固體表面積聚的由于流體相接觸留下的固態(tài)或是軟泥狀物質。工業(yè)生產的初期，粗放型的生產方式使得污垢大量產生，這也嚴重威脅鍋爐的安全和材料的保存，但是由于污垢具有漸變性和隱蔽性等特性，污垢問題一直困擾著許多工業(yè)生產行業(yè)，也引起了研究者的大量關注。就甘蔗蜜糖酒精生產污垢的過程來說，在甘蔗蜜糖中存在著大量以鈣鹽為主的無機灰分、有機物，并且在這個過程中會對蜜糖稀釋而加入過量的硫酸根離子，這就導致鈣離子和硫酸根離子發(fā)生反應而形成不溶于水的硫酸鈣，這也就是構成污垢的主要成分。因此，下面本文將對影響污垢產生的蜜糖原料、硫酸過量、用水硬度和工藝管理等多方面因素進行，提出了一系列減少污垢產生的措施。

2 甘蔗糖蜜酒精生產中的污垢問題分析

在現實研究中，雖然對于污垢有了一個初步的認識，但是由于生產的不確定性，研究者在研究污垢的過程中還是遇到了許多問題。首先，甘蔗糖蜜酒精的生產過程是一個比較復雜的物理、化學和生物變化的進程，在不同的階段會產生不同的污垢，因此通常所研究的甘蔗糖蜜酒精生產污垢并不是唯一的，是一個不精確的研究主體。比如說，甘蔗糖蜜酒精的生產過程主要包含糖蜜稀釋、酒精發(fā)酵、蒸餾三個階段，但是由于三個階段的發(fā)生機理不同，所以均有污垢的產生，并且污垢之間存在明顯的差異。鑒于此，甘蔗糖蜜酒精生產污垢應該是在這個過程中產生的沉積物。其次，與傳統(tǒng)的換熱設備所產生的污垢不同，甘蔗糖蜜酒精生產污垢的關鍵階段是在蒸餾工段，主要是由于在塔板上發(fā)生的汽相與液相之間的傳質傳熱而產生了污垢沉積物，這是一個傳質的過程，更加復雜。綜上，要想有效的控制污垢的發(fā)生，就需要對污垢產生的整個流程加以研究。

3 甘蔗糖蜜酒精生產的污垢發(fā)生機理

甘蔗糖蜜酒精生產污垢的過程是由一系列的復雜變化構成的，因此研究污垢的發(fā)生機理是解決污垢問題的關鍵。

3.1 甘蔗糖蜜酒精生產污垢的污垢因子

污垢因子又稱污垢前提，主要由無機部分和有機部分組成，一般說來，甘蔗糖蜜酒精生產污垢的污垢因子的無機成分是指以硫酸根、鈣為主體形成的無機鹽晶體顆粒，而有機成分則是由糖蜜的色素、多糖類、氨基化合物、有機酸及其它水溶性的有機物質構成，這些主要是來自于發(fā)酵接種增殖的酵母細胞的代謝產物。首先，無機成分的來源是由糖蜜的鈣離子和為了稀釋所加入的硫酸根組成，經過一系列的化學變化產生硫酸鈣等難溶于水的無機物，這也是構成無機污垢的主要部分。其次，糖蜜的各種有機物在酵母細胞的生物變化下產生的代謝產物是有機污垢的主體。

3.2 甘蔗糖蜜酒精生產流程中污垢因子的變化

在甘蔗糖蜜酒精的生產污垢的發(fā)生過程如下：一是糖蜜稀釋，在這個過程中發(fā)生了以硫酸鈣為主的無機物的溶解析出以及電離平衡；二是酒精發(fā)酵，這時物料中硫酸鈣晶體得到了生長；三是蒸餾過程，也就是有機物與無機物互相作用的過程。首先，在蜜糖稀釋的過程中，其產生的污垢的主要成分是硫酸鈣，除此之外，還包含復雜的有機物質和微生物細胞等，所以在流體的不同地方，其污垢的組成成分和結構狀態(tài)是不同的，具有明顯的差別。一般，在一次稀釋之后，物料中會產生細砂狀的微粒污垢，在進行二次稀釋后，微粒的數量會有所減少，但是由于物料中加入了大量的硫酸根，使得整個溶液呈現飽和狀態(tài)，所以大量的硫酸鈣洗出。其次，在發(fā)酵的過程中，物料產生的污垢呈現淤泥狀，部分無機物顆粒逐漸長大，并且隨著酒精濃度的增加，硫酸鈣的溶解度也不斷降低，此時有機物的吸附作用逐漸減弱，最終使得硫酸鈣繼續(xù)沉積，污垢的沉積量逐漸增加。最后，而與此前兩個階段不同的是，在蒸餾塔中形成的污垢則是堅實致密的硬質垢塊，主要是由于蒸餾塔中的溫度較高，酒度也比較高，物料的蒸發(fā)逐漸濃縮，這就導致大量的硫酸鈣不斷析出形成積垢，最終凝結在塔板上。所以通過分析我們可以看出，在整個酒精生產過程中污垢產生最多的階段是在蒸餾工段，主要是因為這個時候物料的酒精濃度得到了增加，并且溫度也在不斷的升高。

4 甘蔗糖蜜酒精生產的污垢處理措施

通過上述分析我們可以得出，污垢已經成為制約甘蔗糖蜜酒精行業(yè)進行生產的一個普遍性問題，由于大量的污垢存留在酒精蒸餾廢液和蒸餾塔中，給生產機器的清理造成了很大的問題。所以，現階段加強對污垢控制技術的研究具有重要的實用價值。首先，甘蔗糖蜜酒精生產過程是一個十分復雜的多元混合體系，不僅包括無機物的溶解、結晶平衡的等化學反應，還包含有機物與無機物的相互作用，所以在解決污垢問題的首要階段是對甘蔗糖蜜酒精生產污垢的發(fā)生機理進行進一步的全面研究，從而為控制污垢技術提供一些理論支持。其次，酒精生產的物料中包含大量的無機和有機顆粒，因此必然會導致污垢的產生，并且在不同的階段，污垢的成分也是不同的，這就需要加強對蜜糖中有機物進行檢測分析，通過分析其有機物的種類、含量和化學性質，進行生產流程模擬實驗，從而分析各種物質在污垢發(fā)生過程中的作用和影響，更好的控制污垢的產生。還有就是可以在研究開發(fā)監(jiān)測甘蔗糖蜜酒精生產污垢的在線裝備，通過監(jiān)測污垢產生的整個過程，分析其發(fā)生的規(guī)律，根據得到的相關數據，從而當污垢的表征參數達到一定水平之后，可以產生污垢預警，避免安全事故的發(fā)生。最后就是要在污垢發(fā)生機理的基礎上，研究控制污垢技術的方法和檔案，通過對工藝的及時調整或改良，有效的減少污垢的產生，最終實現污垢控制技術的優(yōu)化整合，完成對甘蔗蜜糖酒精生產工藝的改造。

5 結束語

當前，污垢的發(fā)生已經成為甘蔗蜜糖酒精生產過程中的重要問題，嚴重影響著其生產發(fā)展。因此加強對于甘蔗糖蜜酒精生產污垢的研究，提出解決甘蔗糖蜜酒精生產污垢的具體措施，對于促進甘蔗蜜糖酒精行業(yè)的發(fā)展具有非常重要的作用。

［1］毛瑞豐.甘蔗糖蜜酒精生產污垢發(fā)生機理的模擬分析[J].廣西大學學報：自然科學版,2013,38(6).

［2］郭立冬.多種甘蔗糖蜜的酒精生產模擬實驗中污垢的沉積特性[J].食品科學,2010,31(23).