甜菊糖生產的節能降耗技術措施淺析

李俊和 李艷莉1，* 韓文杰 袁新英 冀云武1，

1（河北省天然色素工程技術研究中心，河北邯鄲057250）2（晨光生物科技集團股份有限公司，河北邯鄲057250）

晨光生物科技集團股份有限公司是以農產品為原料進行天然植物有效成分提取的出口創匯型企業，主要研制和生產天然色素、天然香辛料提取物和精油、天然營養及藥用提取物、油脂和蛋白等四大系列80多種產品。甜菊糖是公司的主要產品之一，其生產原料為甜菊葉，經水提取、絮凝沉淀、過濾、樹脂吸附、解吸、濃縮、噴霧得到甜菊糖苷成品。

近年來，公司通過量化節能降耗考核目標方式不斷挖掘節能潛力，大力推進節能降耗,先后進行的甜菊糖壓榨機、蛋白離心機、精制薄膜、超臨界壓胚機等工藝改造有效降低了能源的消耗，最終實現資源利用的最大化和污染排放的最小化。

1 甜菊糖能源消耗指標現狀

通過對2016年全年甜菊糖生產能耗數據進行匯總分析，得出主要工序的重點耗能設備消耗值，確定可節能降耗點。

1.1 蒸汽消耗

2016年全年各工序蒸汽消耗平均值統計結果見表1。

表1 2016年1月—12月各工序蒸汽消耗平均值統計

從表1可以看出，萃取和精制車間蒸汽消耗較多，合計占比86.75%，主要用于溶劑加熱、溶劑回收、精餾等方面，有減少用蒸汽量的空間。

1.2 電消耗

2016年全年各工序電消耗平均值統計結果見表2。將表2數據結合工藝過程分析，噴霧干燥和污水處理還有降低用電量的空間。

1.3 水消耗

2016年全年各工序水消耗平均值統計結果見表3。將表3數據結合工藝過程分析，萃取、過濾、吸附有節水空間，反滲透工序制作純水，整個生產過程用水量降低，反滲透工序用水量隨之降低。

1.4 綜合能耗水平

2016年甜菊糖生產耗標準煤5031 tce，年加工量6 600 t，總產值為118 800萬元，萬元產值能耗為0.04 tce/萬元，單位能耗由2010年的759.1 kgce/t降至2016年的657.2 kgce/t，降幅達15.5%。2016年甜菊糖生產能源消費結構見表4。

表2 2016年1月—12月各工序電消耗平均值統計

表3 2016年1月—12月各工序水消耗平均值統計

表4 2016年甜菊葉能源消費結構表

2 節能措施

2.1 余熱二次利用降低蒸汽消耗

2.1.1 精餾氣相及降膜氣相利用

過程分析：精餾塔的氣相為1#、2#降膜蒸發器的熱源。1#降膜閃發箱氣相溫度62℃，流量4 m3/h，溶劑濃度60%，2#閃發箱氣相溫度60℃，流量2 m3/h，溶劑濃度40%。精餾氣相經過2#降膜后溫度75℃，流量1.5 m3/h，溶劑濃度80%，三股氣相直接進冷凝器冷凝回收溶劑，同時清洗板框所用一次水及萃取所用一次水需要從20℃加熱至60℃。若將精餾氣相及降膜氣相余熱與一次水換熱再進冷凝器，即能降低蒸汽消耗又能節省循環水冷量。

節能措施：增加兩臺換熱器，用精餾塔和降膜蒸發器的氣相與萃取一次水和洗板框一次水換熱，目前萃取一次水用量W1=12 m3/h，洗板框一次水用量W2=19 m3/h，一次水溫度T1=20℃。

計算過程：經計算可使水溫升至46.8℃。

1#降膜閃發箱氣相：210kcal/kg×4.2×4000L×0.91 kg/L×0.6=192.63 萬 kJ。

2#降膜閃發箱氣相：210kcal/kg×4.2×2000L×0.93 kg/L×0.4=65.62 萬 kJ。

精餾氣相經過2#降膜后氣相：210 kcal/kg×4.2×1 500 L×0.86 kg/L×0.8=91.02 萬 kJ。

合計 Q=（192.63+65.62+91.02）kJ=349.27 萬 kJ，

其中：210 kcal/kg為酒精的汽化潛熱，

0.91kg/L為60%酒精密度，

0.93kg/L為40%酒精密度，

0.86kg/L為80%酒精密度。

只考慮汽化潛熱，三股氣相可釋放熱量349.27萬kJ。

改造前萃取車間用蒸汽3.0 t/h，改造后用蒸汽1.4 t/h，節約蒸汽1.6 t/h，降幅53%。改造前后的設備流程圖分別見圖1、圖2。

圖1 改造前流程圖

圖2 改造后流程圖

2.1.2 精餾塔塔釜水與進塔液預熱

精餾塔塔釜水流量4 m3/h，溫度98℃，改造前直接排放至污水站。改造后增加一臺換熱器，進塔液溫度約30℃，與塔釜水先預熱再進精餾塔，可節約蒸汽0.5 t/d。

2.1.3 熱風爐出口尾氣余熱利用

熱風爐尾氣水蒸汽量2 m3/h，溫度105℃，經計算此部分熱量相當于174 kg標準煤/h，折合蒸汽2 321 kg，直接外排。改造前污水站進厭氧罐污水使用蒸汽加熱至35℃，考慮熱風爐出口氣相含有粉塵，熱量利用率低，在污水站調節池中增加盤管，通入熱風爐尾氣，可以將廢水加熱至35℃，改造后可節約蒸汽0.5 t/h。

2.2 改進工藝減少過程水用量

2.2.1 反滲透濃水、洗板框水回用于萃取

精制車間清洗樹脂柱每天需要純水280 m3，反滲透制作純凈水每天會產生濃水100 m3，將此部分反滲透濃水用作萃取車間新溶劑，可減少一次水用量。絮凝工序平均每天過濾18板框，每板框清洗需用水30 m3，前7 m3清洗水經絮凝后進入吸附柱，共126 m3，另外后23 m3清洗水打入拖鏈浸出器中回用，每天可減少一次水量414 m3。

2.2.2 脫色樹脂柱再生堿液套淋使用

改造前每根脫色柱再生9遍，每遍使用堿液5 m3，每天使用405 m3堿液，改造后，將雜質含量高的再生第一遍及第二遍堿液外排，其余325 m3再生堿液用于吸附柱再生，堿液套淋使用可減少用堿量。再生后樹脂柱需要用水沖洗至中性，改造前每根樹脂柱需用水30 m3，改造后將前一柱第二遍清洗水用于下一柱的第一遍清洗水，串柱清洗平均每根樹脂柱用水20 m3，按照20 d為一個生產周期，每輪再生39根吸附柱，使用套淋工藝前，每個生產周期精制車間需排污2 820 m3，調整再生工藝后，共計排污1 010 m3，節水1 810 m3，平均每天節水90 m3。

2.2.3 吸附時產生的部分下柱水回用于萃取

采用一種新的工藝方法將甜菊糖下柱水重新當做新溶劑進行使用，回用下柱水對甜葉菊的萃取得率沒有影響，利用下柱水作新溶劑得到的產品能夠達到合格標準，低濃度下柱水回用到萃取再經吸附后對樹脂處理能力基本無影響，按每小時回用6 m3下柱水計算，每年能節水2.88萬m3。

2.3 通過工藝改進和運行效能檢測降低電耗

2.3.1 通過改造噴霧干燥加熱方式降低電耗

改造前甜菊糖噴霧干燥設備加熱方式為蒸汽+電加熱，為降低噴霧干燥成本，降低電耗，采用蒸汽+天然氣進行進風加熱。

改造前蒸汽+電加熱，每小時加熱成本263.6元，改造后蒸汽+天然氣，每小時加熱成本169.25元，改造后成本降低35.8%

2.3.2 通過電流檢測提高設備運行效能

為確保設備的運行效率，自2016年8月起對公司內的一些重點耗能設備定期組織其能效測試工作，通過對各車間運行電機的啟動電流、額定電流、運行電流進行檢測，更換電機，避免“大馬拉小車”的耗電現象。甜菊糖車間電機檢測更換方案匯總表見表5。改造方案實施后，用電消耗降低15%。

表5 甜菊糖車間電機檢測更換方案匯總表

3 思考與建議

近幾年公司在余熱、余冷及一次排水的回收利用上持續挖潛，成效顯著，今后的節能降耗工作可以從以下幾方面入手。

1）大力推廣自動化技術，提高操作水平：人工操作很難使生產維持在最優狀態，通過自動檢測及控制裝置等進行過程控制，根據原料性質變化適時調節生產參數，使生產始終保持在最優狀態，全過程自動化，可提高設備處理能力，降低成本，同時能顯著提高生產指標。

2）節水思路：提升“水是稀缺資源”意識，形成像管溶劑一樣去管水的模式；首先從工藝角度考慮減少新水補充量，其次考慮循環套用，最后考慮特定技術處理回用。

3）積極采用先進生產工藝，減少一次能源消耗，提高二次能源利用率，最大限度實現能源的梯級利用。

4）大力推進新型節能設備的應用：可率先考慮永磁變頻空壓機，永磁電機的使用。

5）改善能源消費結構，對耗能大且耗能種類可選擇的設備，要做技術經濟分析比較，節能優先。

6）工藝流程的設計要盡量避免間斷與重復加熱的過程，對既要加熱又需冷卻的工藝過程，要考慮熱量串級使用的可能性。

7）做好保溫工作，包括閥門，確保車間消耗蒸汽總和與鍋爐房產生的蒸汽基本達到平衡。

［1］杜成剛，曹基華，林一，等.電力節能降耗技術措施分析[J].中國電力，2007，40（9）：46-48.

［2］卓云.生產過程中節能降耗的探索與實踐[J].日用電器，2011（1）9-11.