糖蜜原料酒精生產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，實現蒸餾工段與廢液蒸發濃縮工段能量相互匹配利用，使以糖蜜原料生產普級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，節省蒸汽約15%～25%，節約冷卻水消耗約70噸/噸成品酒精。并且采用兩級多效真空蒸發濃縮，可以延長設備結垢周期，設備更加易于檢修。

糖蜜；酒精；蒸餾；酒精廢液

糖蜜是制糖過程中不能再析出結晶糖的殘余糖漿，是制糖業的副產品之一。糖蜜中含有相當數量的可發酵性的糖分，通過糖化酶和酒化酶能將糖蜜中的糖分水解、發酵，最終生成灑精和CO2，是大規模工業生產制造酒精的良好原料。用糖蜜原料生產酒精可以省去蒸煮、制曲、糖化等工序，投資少，成本較低。但糖蜜中雜質較多，前處理過程復雜，設備易結垢，產生的廢液難處理。以糖蜜為原料生產酒精所產生的廢液是一種難降解的廢水，其有機污染物濃度高，COD含量一般為100000～200000 mg/L，BOD可達40000～50000 mg/L[1-4]，如果直接排放，會造成水體富營養化，對環境污染大。

目前糖蜜原料生產酒精的廢液處理主要采用以下幾種方法[5-7]：① 農灌法：將酒精廢液經過一定處理后灌溉農田。該方法成本低，但易破壞土壤的結構，引起土壤營養元素失衡，長期使用會使農田酸化并結塊。② 濃縮燃燒法：此工藝是將糖蜜酒精廢液蒸發濃縮至錘度60～70 Bx，送至焚燒爐進入焚燒，以回收熱量，殘渣還可用做肥料。該方法成本較低，經濟效益顯著。但蒸發酒精廢液的耗能高。③生物處理法：生物處理法是通過微生物對廢液進入厭氧、好氧或厭氧-好氧結合處理，使廢液中的各種復雜有機物轉化為甲烷和CO2等物質。但生物處理法占地面積較大，投資高，廢液達標排放難度大，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。再通過循環水將酒精蒸汽冷凝并除去其中所含雜質。酒精蒸餾過程是蒸發和冷凝兩種單元操作的聯合過程，既要消耗大量的能量提供熱負荷，又要消耗大量的循環水帶走系統的熱負荷，是一個高能耗和高水耗的過程。而將蒸餾過程產生的廢液進行蒸發濃縮也是一個能耗大、水資源消耗高的生產過程[8-12]。本文的研究重點是將糖蜜原料酒精的蒸餾和廢液濃縮過程進行耦合，將蒸餾過程的酒精蒸汽作為廢液濃縮過程的熱源，實現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水消耗的同時，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工藝流程簡述

從發酵工段來的成熟醪經預熱后進入粗餾塔，粗餾塔頂部酒汽進入一級一效蒸發器冷凝，冷凝潛熱用于供熱一級一效蒸發器，冷凝液進入粗酒罐后經泵送入水洗塔水洗除雜，粗餾塔底部廢醪液進入進入一級一效蒸發器，由粗餾塔頂部酒汽提供的熱負荷進行蒸發。水洗塔頂部酒汽供熱粗餾塔，冷凝液回流至水洗塔，經水洗塔水洗后的淡酒精從塔底采出，預熱后進入精餾塔提濃。精餾塔塔頂酒汽供熱水洗塔，精餾塔底部廢水部分預熱淡酒進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一效蒸發器中受熱蒸發，蒸發后的汽液混合物經過汽液分離后，汽相部分作為一級二效蒸發器熱源，液相部分進入一級二效蒸發器繼續蒸發濃縮，濃縮后的汽液混合物經汽液分離后，汽相部分經循環冷卻水冷凝，冷凝液收集在廢液罐中去廢水處理，液相部分進入二級一效蒸發器蒸發濃縮。二級一效蒸發器采用蒸汽間接加熱，二級一效蒸發器濃縮后的汽液混合物經汽液分離后，汽相部分在二級二效蒸發器中提供熱負荷，液相部分進入二級三效蒸發器蒸發濃縮。二級三效蒸發器濃縮后的汽液混合物經汽液分離后，汽相部分經循環冷卻水冷凝，冷凝液收集在廢液罐中，液相部分進入二級二效蒸發器蒸發濃縮。二級二效蒸發器濃縮后的汽液混合物經汽液分離后，汽相部分作為二級三效蒸發器的熱源，液相部分送鍋爐焚燒系統處理。

2　實例分析

2.1操作工況

以廣西某糖蜜酒精廠為例，該廠規模為糖蜜原料年產3萬噸普級酒精。原生產工藝是酒精蒸餾工段和糖蜜廢液處理工段分別單獨運行，蒸餾工段粗餾塔頂部酒汽采用循環水直接冷凝，廢液濃縮工段一級一效蒸發器采用蒸汽間接供熱，全廠運行能耗和水耗較大。后通過工藝技改，將蒸餾工段和廢液濃縮過程進行能量耦合，粗餾塔頂部酒精蒸汽作為廢液濃縮工段一級一效蒸發器的熱源，供熱后的冷凝液再進入水洗塔進行洗滌除雜，從而實現了降低全廠汽耗和水耗的目的。工藝流程操作參數見表1。

表1　工藝運行參數

2.2能耗結果與分析

該酒精廠3萬噸/年普級食用酒精裝置，經蒸餾和廢液濃縮工段技改后調試成功以來，運行工況及產品質量指標一直穩定。與技改前全廠公用工程消耗指標對比分析，能量消耗大大降低，見表2所示。

表2　公用工程消耗指標

由表2可知，技改后，因蒸餾和廢液濃縮工段能量進行耦合，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%，相應的循環水消耗量降低70 m3/噸產品，因循環水消耗量降低，可以采用流量更小的泵，一定程度上也降低了固定設備的投資，同時電耗也減少約9.6%。

3　結　論

本工藝采用差壓熱耦合技術，實現了蒸餾工段與廢液蒸發濃縮工段的能量相互匹配利用，從而節省了蒸汽消耗和水、電

消耗量。應用本技術對廣西某酒精廠進行技術改造，大大降低了該廠的公用工程消耗，降低了生產成本，技改結果如下：

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

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

(3)因循環水泵流量的減小，電耗由技改前的52度/噸產品降為47度/噸產品，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計。

李璟。

TQ028

A

1001-9677(2016)01-0150-03