糖蜜酒精廢液資源化利用工藝技術探討

楊偉紅

（華藍設計（集團）有限公司，廣西 南寧 530011）

0 引言

我國南方有著豐富的甘蔗資源，蔗糖產量占我國食糖總量的85%以上。甘蔗制糖過程中產生的糖蜜可用于生產食用酒精，每產1t酒精就產生13～15t廢液。我國甘蔗糖蜜酒精日產能力約2500t，每天排出廢液達35000t左右，甘蔗酒精廢液已成為制糖廠最主要的污染源。目前處理糖蜜酒精廢液的常用技術有：農灌法、生物處理法和蒸發濃縮法。酒精廢液的治理辦法，可以歸納為直接處理和資源化利用。直接處理就是利用化學法、物理法、生化法對酒精廢液進行處理，使其達到環保排放標準；資源化利用是利用糖蜜酒精廢液中的有用成分，回收利用資源。糖蜜酒精廢液直接處理的巨大投入使企業難以承受；而回收利用廢液中的有用成分，變廢為寶，增加經濟效益，是企業生存發展的需要。

蒸發濃縮法是將酒精廢液蒸發濃縮至濃度為60～70°Bx濃縮液。按濃縮液的用途去向又分為濃縮液燃燒法、濃縮液制復合肥法、濃縮液干燥法，這些方法都屬于資源化利用技術，具有處理比較徹底，不產生二次污染，實現零排放的優點，具有較好的環境效益。

而濃縮液干燥法制干粉，得到的干粉用途很廣，可用于配制或直接作為飼料、肥料、水泥減水劑和燃料等，干粉含黃腐植酸≥35%、氧化鉀≥5%，具有分子量最小，全水溶性，易被植物所吸收和利用的特點，既可作高端復混肥的原料，也可作葉面肥、全水溶肥等，特別適合作為種植水果、花卉的肥料。濃縮噴霧干燥法是目前國內比較推崇的治理方法之一，其具有投資相對較省，治理較徹底，并獲得一定的經濟效益的優點。

目前國內最大的酵母生產企業安琪酵母股份有限公司、法國樂斯福集團廣西丹寶利酵母有限公司都是采用噴霧干燥工藝進行木質素、黃腐植酸鉀的干燥。鑒于酒精企業需求，本文通過實例對甘蔗糖蜜酒精廢液蒸發濃縮噴霧干燥法工藝技術的研究，提出一套通用的工藝路線。

1 工程概況

某酒精廠糖蜜酒精廢液處理是采用生化處理方式處理成液態肥后再進行農灌。雖然在一定程度減少了對周邊環境的污染，但存放期間和農灌時存在滲透污染地下水的隱患，同時采用農灌法因各地的地質情況不一，大部分的甘蔗地無法實施，且長時間使用會造成土地板結，而且受澆灌時間制約，影響公司酒精生產線正常運行。隨著環保要求日益提高，這種處理方式難以適應環保要求，尋求長效的酒精廢水處理方案迫在眉睫。

該廠制酒生產線規模為日產酒精200噸，產生的廢液量約2200噸/天，錘度17°Bx。2019年擬建設酒精廢液蒸發濃縮干燥生產線，蒸發濃縮后錘度為60°Bx，采用噴霧烘干技術，將濃縮液加工成為黃腐酸鉀粉末，產品采用嚴格防潮包裝，規格為25kg/包。

2 工藝技術方案

2.1 廣西應用案例分析

2.1.1 運行生產廠家概況

經調查，近幾年廣西已有幾家酒精廢液蒸發濃縮干燥生產廠陸續投入運行，工藝技術及裝置在不斷的探索和創新中日趨完善，生產基本正常運行，產品銷售良好。具體建設方案如下。

廣西佰辰生物科技有限公司，有一條200噸/日的糖蜜酒精生產線，糖蜜酒精廢液采用濃縮+干粉的方式處理；干粉線目前共2套，每套產能為50噸/日，剩余濃縮液外售。主機設備配套3個加熱器其中兩用一備，分別可用汽輪機廢汽和一效汁汽、6個列管式蒸發罐，蒸發罐四用二備，為四效蒸發。

大新豐益酒精廠，日產食用酒精40噸，配套一條酒精廢液濃縮和燃燒處理生產線，濃縮液先沉降再用列管式蒸發罐蒸發濃縮。汽凝水采用厭氧和好氧方式進行處理，厭氧后再經好氧處理系統處理達到70mg/L以下排放。

馬山遠洋工貿馬山酒精廠，酒精廠日產200噸酒精廠，配套蒸發濃縮設備，干粉線共2套，每套產能為50噸/日。

隆安海盈酒精廠，酒精生產線生產能力150噸/日，配套主機設備為2個沉降器，2臺列管式加熱器（同時使用），8個列管式蒸發罐，后3組蒸發罐為并罐使用，為四效蒸發。

京龍生化公司，酒精廢液干粉線共2套，每套產能為50噸/日，濃縮液外購。

2.1.2 現行企業采用的生產工藝

2.1.2.1 蒸發濃縮工藝描述

蒸發濃縮主要采用四效蒸發濃縮，12°Bx～17°Bx濃度的酒精廢液經過四效蒸發系統濃縮成60°Bx濃縮液，再通過管道輸送到干燥塔進行噴霧干燥。在蒸發濃縮前，廢液由酒精廠泵送而來，進入沉淀器沉淀，沉淀物送至壓濾機過濾，濾渣送至肥料廠作原料用，濾液收集后與沉淀清汁進入清汁箱，再泵送至2臺或3臺串聯加熱器，加熱至蒸發罐操作壓力下的沸點后進入蒸發罐。第一效蒸發罐的加熱蒸汽由鍋爐或汽輪機供給，加熱蒸汽釋放潛熱后變成汽凝水，汽凝水收集后送回鍋爐作為鍋爐入爐水，二效以后的汽凝水為超標廢水，送至專用冷卻塔降溫后再厭氧好氧處理。

2.1.2.2 噴霧干燥工藝描述

采用噴霧干燥技術將濃度60°Bx的濃縮液干燥成含水率小于5%、粒徑在200～300目的干粉。利用由燃煤熱風爐提供的300℃的熱煙氣與物料在干燥塔內直接接觸交換熱量，以進一步降低物料中的水份。

濃縮液經調節罐進行pH值調節及濃度調節，使pH值為6.0左右、錘度為55°Bx左右；由輸送泵送至霧化干燥塔霧化器進行霧化，將料液霧化成細小霧粒滴。經過霧化的料液與旋轉進入烘干塔的300℃熱風混合換熱進行干燥；干燥后的干粉成品從干燥塔的下部排出，同時與從干燥塔內壁掉落的結塊干粉經干燥塔底部干粉破碎機破碎后也從干燥塔的下部排出進入集中收料風送系統。

自然空氣經燃煤熱風爐加熱到設定溫度，為干燥塔提供溫度為300℃左右熱風，熱風流經蝸殼熱風分配器，均勻進入干燥塔內，與被霧化的料液混合進行換熱；煙氣與料液混合物沿烘干塔筒體旋轉往下流動，換熱后的125℃煙氣由引風機從烘干塔筒體底部抽出；帶有少量細粉的煙氣在煙氣旋風分離器中進行分離，干凈的煙氣由引風機送至煙氣水洗塔中除塵，最后由煙囪排向大氣。

干燥塔下部排出的大部分成品進入集中收料風送系統，尾氣經旋風分離器分離后的少量細粉，落在旋風分離器下部的旋轉閥后也進入集中收料風送系統。進入除濕風送系統的產品，經冷卻降溫后輸送到小旋風分離器進行分離進入料倉，干粉在料倉底進行包裝；小旋風分離器出來的冷卻風在回流引風機的作用下進入煙氣旋風分離器前的煙道，冷卻尾氣。

旋風分離器分離排出的尾氣經引風機進入水膜除塵器，含有的少量干粉被濕捕集；當達到一定濃度后經水膜除塵器循環泵輸送到調節罐內，經調節好后又可返回到干燥塔進行烘干。

2.1.3 應用案例分析

如果我走了，他們在這個城市里可怎么活？老家的房子已經處理，就算他們可以回去，他們也不懂如何去中介掛上我的房，他們不了解房地產的行情，不會簽合同，就算不被人騙，一下子面對幾十萬的房款，他們也會束手無策。在這個陌生的城市里，他們僅是兩個連走路都顫顫巍巍的農村老人。

從以上現有企業運行情況來看，蒸發濃縮系統均為采用四效蒸發，配套濃縮液干粉生產線每條產能為50噸/日，已達到正常運行，技術成熟可靠；廢液治理較徹底，排出的汽凝水經生化處理后達標排放或回用。

2.2 蒸發濃縮噴霧干燥法工藝技術路線

2.2.1 廢液蒸發濃縮工藝技術路線

蒸發濃縮系統設計原則如下。

一是采用多效蒸發濃縮處理工藝，提高各效之間的溫度差和壓力差，提高各蒸發罐蒸發效率。

二是增加洗罐、換罐次數，防止因積垢而影響生產的長期穩定運行。

三是設置各效汽凝水余熱回收系統，回收多余熱能，降低生蒸汽消耗量，降低汽凝水排水溫度。

四是低溫低壓操作，降低蒸發罐結垢速率，降低洗罐人員的洗罐難度。

2.2.1.1 蒸發系統效數的確定

第一，節能運行成本分析。

在多效蒸發操作的流程中，第一個蒸發器（稱為第一效）以生蒸汽或汽輪機尾氣作為加熱蒸汽，其余均以其前一效的二次蒸汽作為加熱蒸汽，從而可大幅度減少生蒸汽的用量。糖蜜酒精廢液多效蒸發的流程多為采用并流流程，溶液和二次蒸汽同向依次通過各效。由于前效壓力高于后效，料液可借壓差流動。但末效溶液濃度高而溫度低，溶液黏度大，因此傳熱系數低。

對多效蒸發系統而言，增加效數是改善系統節能的有效途徑，但并非效數越多越好。因為隨著效數的增加，受管路阻力、溶液沸點升高等因數引起的傳熱溫差損失增加，節能率增加比例減小，且系統總有效傳熱溫差減低，傳熱面積不斷增大，設備年折舊費用不斷提升。根據工程經驗，為了使蒸發操作能夠有效進行，各效蒸發罐的有效溫度差不得小于5℃。應根據實際情況綜合考慮因效數增加所節省的生蒸汽費用與設備折舊費用來尋求最佳蒸發效數。史耀振提出的糖蜜酒精廢液多效蒸發系統的模擬分析與改造，對二至五效的蒸發系統模擬，在假設酒精廢液日處理量700噸規模，酒精廢液從15°Bx蒸發濃縮至約70°Bx等條件下，史耀振總結的模擬計算結果是五效蒸發為最優蒸發效數，但從提供的設備年折舊費和運行操作費用隨效數變化圖示可看出交點處于三效和四效之間，同時也看到圖示的主要影響因數是運行操作費用，如果隨著設備投資的增加，最優蒸發效數有可能趨向四效。

第二，生產運行管理分析。

實踐證明，當酒精廢液蒸發濃縮時極容易發生積垢現象，一旦出現這一現象，蒸發罐的傳熱效率將大大降低，據測試當積垢達到0.5mm厚度時，傳熱系數降低約一半。末效溶液濃度高而溫度低，溶液黏度大，因此傳熱系數低，傳熱效率低。因此，從積垢影響傳熱效率來看，四效的傳熱效率要高于五效，清洗積垢強度也相應降低。參照廣西區內運行較好的生產企業，采用并流流程、四效蒸發系統，設備運行效率更高，生產運行更加穩定。

第三，蒸發效數確定。

根據項目的操作條件，廢液濃縮后濃度為60°Bx，綜合運行成本和已有生產企業運行實績、考慮便于生產管理，擬推薦選用四效蒸發濃縮系統。

2.2.1.2 蒸發工藝流程簡圖

四效蒸發工藝流程簡圖，如圖1所示。

2.2.1.3 主要運行參數指標

蒸發濃縮系統生產操作時，為了減緩積垢生成，在考慮一定的溫度差和壓力差的前提下，盡可能采用低溫低壓操作，據此原則并結合運行企業實際運行參數，確定Ⅰ效蒸發罐進罐蒸汽壓力為200kPa，并經熱力衡算確定四效蒸發系統操作參數，如表1所示。

2.2.1.4 主要裝置型號參數

蒸發濃縮系統主要設備選用列管式加熱器和外循環式蒸發罐，采用等壓排水系統，列管式冷凝器抽真空，冷卻塔采用機械通風中空冷卻塔。主要配套設備裝置型號參數，如表2所示。

圖1 四效蒸發工藝流程簡圖

表1 四效蒸發系統操作參數

表2 四效蒸發系統主要裝置型號參數

2.2.2 濃縮液噴霧干燥工藝技術路線

2.2.2.1 噴霧干燥工藝流程簡圖

噴霧干燥工藝流程簡圖，如圖2所示。

2.2.2.2 生產線規模的確定

噴霧干燥工藝用于酒精廢液濃縮液干燥處理近幾年得以發展應用，以上現有企業運行情況表明，單條生產線運行能力50噸/日已經成功應用，且技術日趨成熟。故暫按單條生產線運行能力50噸/日考慮。

2.2.2.3 主要運行參數指標

噴霧干燥系統操作參數，如表3所示。

2.2.2.4 主要裝置型號參數

50噸/日單條生產線主要裝置型號參數，如表4所示。

圖2 噴霧干燥工藝流程簡圖

表3 噴霧干燥系統操作參數

3 技術特點

3.1 蒸發濃縮系統

第一，汽凝水閃蒸回收熱量。我國糖廠多效蒸發系統大多采用閃蒸器從汽凝水中回收蒸汽，各效蒸發罐排出的汽凝水，其溫度都較下一效加熱蒸汽的溫度高，這些汽凝水在低壓之下將產生閃蒸，所得的蒸汽用于下一效蒸發器的熱源。利用較高溫的汽凝水減壓閃蒸，閃蒸器的頂部排汽管與下一效蒸發器汽鼓的進汽管相連，閃蒸產生的蒸汽進入下一效蒸發器的汽鼓，回收的熱量可節省生蒸汽的用量，提高系統的能量利用率。Ⅰ效蒸發罐汽凝水經閃蒸后泵送至鍋爐車間，作為鍋爐入爐水。Ⅱ～Ⅳ效蒸發罐汽凝水經各級閃蒸后泵送至污水處理。

第二，利用汁汽預熱原料的加熱系統。從酒精廠來的廢液溫度一般為80℃左右，經過沉淀處理后溫度有所下降，大約75℃左右。如果直接進入蒸發罐，蒸發室的壓力為150kPa，溫度111℃，進料溫度低于沸點溫度，需要一次蒸汽對酒精廢液進行加熱至進料沸點后，才能進行沸騰蒸發過程，違背了“能級匹配、按質用能”的原則。酒精廢液經加熱器預熱后的溫度接近或達到酒精廢液的沸點進入蒸發罐，可以減少不必要的傳熱損失。抽用蒸發Ⅰ～Ⅱ效部分二次蒸汽對酒精廢液進行加熱，降低末效二次蒸發量，可節省生蒸汽的用量和末效二次蒸汽冷卻水量，減少冷源損失。

第三，末效汁汽冷凝水循環使用。冷凝器采用列管式的結構型式，冷熱流通過加熱管交換熱量，采用兩個冷凝器串聯使用，冷卻水和汁汽逆向流動，冷卻水從1#冷凝器下部側面進入管程，從頂部溢流至2#冷凝器下部入口，再由頂部溢流至冷卻水池，經冷卻塔冷卻后循環使用；末效汁汽流向相反，由1#冷凝器上部側面進入殼程，下部側面流出，經過汽液分離后進入2#冷凝器，最終由下部側面流出經汽液分離后，冷凝水從汽液分離器底部排除進入等壓罐，泵送至污水收集池處理，不凝縮氣體由真空泵抽出排入空氣中。與糖廠蒸發系統不同的是，冷凝器的結構型式為間壁式，避免冷卻水和末效汁汽混合接觸，一方面保證了冷卻水的清潔不受污染，減少超標廢水量，另一方面冷卻水循環系統設備材質可采用碳鋼制造，減少一次投資和延長設備壽命。

第四，蒸發罐采用外循環式。為了提高汽液分離效率，減少霧沫夾帶，在原有通用蒸發罐蒸發室高度的基礎上加高2～3米。

表5 項目主要生產運行指標

3.2 噴霧干燥系統

霧化器選用高速離心式霧化器，其原理是通過高速電機帶動裝在霧化器主軸前端料液噴灑盤高速轉動，料液由進料管導入料液分配盤進入高速旋轉的噴灑盤后，由于噴灑盤的離心力作用，料液在旋轉面上伸展為薄膜，并以不斷增長的速度向盤的邊緣運動，離開噴灑盤邊緣時液體便被霧化。

霧化干燥過程非常迅速，熱煙氣使物料瞬間閃蒸干燥成粉體，干燥時間十秒左右，有效避免物料高溫焦化。干粉從干燥塔的下部排出，干燥尾氣通過旋風和水膜除塵器處理，使整個系統達到環保要求。干燥塔的干燥室有一定負壓，保證了生產中的衛生條件，避免粉塵在車間內飛揚。

4 項目實施效果

項目主要原材料、燃料耗用情況，如表5所示。

采用本方案后，沒有產生新的污染，蒸發濃縮產生的超標廢水有汽凝水和洗罐水，約80 t/h，生化指標為COD2500～3000mg/L，采用厭氧處理達到COD500mg/L以下后排入糖廠的末端處理系統。與原來酒精廢液COD100000～150000mg/L相比，大大減輕了處理負荷；此外，廢液資源化利用，每天可產黃腐酸鉀干粉350噸，獲得一定的經濟效益。

5 小結及展望

本文列舉了目前糖蜜酒精廢液處理的主要方式，提出了資源化利用的必要性，以某酒精廠日處理廢液2200噸為例，論證分析提出了四效蒸發濃縮和噴霧干燥制干粉的實施方案，為其他類似企業的設計規劃提供了參考。

噴霧干燥燃料消耗大，需要消耗原煤，在今后將面臨能源越來越緊張的局面，尋求一種替代的能源，減少一次能源消耗。現行的噴霧干燥單條生產線運行能力50噸/日偏小，配套2200 t/d酒精廢液處理量需配套7條生產線，總體占地面積大，管理成本高，不利于形成規模效應，需要擴大單線能力，但有關設備廠商認為，100噸/日以上產能的單條生產線還存在著風送系統與包裝裝料均衡性的技術問題。