甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)污垢發(fā)生機理及污垢控制分析

周麗華

（渤海大學(xué)，遼寧 錦州121000）

0 前言

在酒精的生產(chǎn)過程中，甘蔗糖蜜是主要的生產(chǎn)原料，也是其產(chǎn)生污垢的主要研究對象。早在20世紀80年代，許多酒精生產(chǎn)企業(yè)的管理和技術(shù)人員就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著酒精生產(chǎn)工藝的發(fā)展，甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)物料中的污垢呈現(xiàn)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(dǎo)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(xué)助劑。鑒于此，糖蜜成分的改變導(dǎo)致了糖蜜酒精生產(chǎn)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(chǎn)帶來了一個大難題。當(dāng)前，污垢的處理已經(jīng)嚴重影響著酒精工藝的生產(chǎn)，并且受到了管理人員和技術(shù)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(chǎn)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(chǎn)污垢的概述

從定義的角度來說，污垢是指在工業(yè)生產(chǎn)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(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)的初期，粗放型的生產(chǎn)方式使得污垢大量產(chǎn)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(chǎn)行業(yè)，也引起了研究者的大量關(guān)注。就甘蔗蜜糖酒精生產(chǎn)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(dǎo)致鈣離子和硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)而形成不溶于水的硫酸鈣，這也就是構(gòu)成污垢的主要成分。因此，下面本文將對影響污垢產(chǎn)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(chǎn)生的措施。

2 甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)中的污垢問題分析

在現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)過程是一個比較復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物變化的進程，在不同的階段會產(chǎn)生不同的污垢，因此通常所研究的甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)污垢應(yīng)該是在這個過程中產(chǎn)生的沉積物。其次，與傳統(tǒng)的換熱設(shè)備所產(chǎn)生的污垢不同，甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)污垢的關(guān)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(zhì)傳熱而產(chǎn)生了污垢沉積物，這是一個傳質(zhì)的過程，更加復(fù)雜。綜上，要想有效的控制污垢的發(fā)生，就需要對污垢產(chǎn)生的整個流程加以研究。

3 甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)的污垢發(fā)生機理

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

3.1 甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)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(chǎn)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(zhì)構(gòu)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(chǎn)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(jīng)過一系列的化學(xué)變化產(chǎn)生硫酸鈣等難溶于水的無機物，這也是構(gòu)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(chǎn)生的代謝產(chǎn)物是有機污垢的主體。

3.2 甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)流程中污垢因子的變化

在甘蔗糖蜜酒精的生產(chǎn)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(chǎn)生的污垢的主要成分是硫酸鈣，除此之外，還包含復(fù)雜的有機物質(zhì)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生細砂狀的微粒污垢，在進行二次稀釋后，微粒的數(shù)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(xiàn)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(chǎn)生的污垢呈現(xiàn)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(zhì)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(dǎo)致大量的硫酸鈣不斷析出形成積垢，最終凝結(jié)在塔板上。所以通過分析我們可以看出，在整個酒精生產(chǎn)過程中污垢產(chǎn)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(chǎn)的污垢處理措施

通過上述分析我們可以得出，污垢已經(jīng)成為制約甘蔗糖蜜酒精行業(yè)進行生產(chǎn)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(chǎn)機器的清理造成了很大的問題。所以，現(xiàn)階段加強對污垢控制技術(shù)的研究具有重要的實用價值。首先，甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)過程是一個十分復(fù)雜的多元混合體系，不僅包括無機物的溶解、結(jié)晶平衡的等化學(xué)反應(yīng)，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(chǎn)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(shù)提供一些理論支持。其次，酒精生產(chǎn)的物料中包含大量的無機和有機顆粒，因此必然會導(dǎo)致污垢的產(chǎn)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(xué)性質(zhì)，進行生產(chǎn)流程模擬實驗，從而分析各種物質(zhì)在污垢發(fā)生過程中的作用和影響，更好的控制污垢的產(chǎn)生。還有就是可以在研究開發(fā)監(jiān)測甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)污垢的在線裝備，通過監(jiān)測污垢產(chǎn)生的整個過程，分析其發(fā)生的規(guī)律，根據(jù)得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而當(dāng)污垢的表征參數(shù)達到一定水平之后，可以產(chǎn)生污垢預(yù)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(chǔ)上，研究控制污垢技術(shù)的方法和檔案，通過對工藝的及時調(diào)整或改良，有效的減少污垢的產(chǎn)生，最終實現(xiàn)污垢控制技術(shù)的優(yōu)化整合，完成對甘蔗蜜糖酒精生產(chǎn)工藝的改造。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，污垢的發(fā)生已經(jīng)成為甘蔗蜜糖酒精生產(chǎn)過程中的重要問題，嚴重影響著其生產(chǎn)發(fā)展。因此加強對于甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)污垢的研究，提出解決甘蔗糖蜜酒精生產(chǎn)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(chǎn)污垢發(fā)生機理的模擬分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2013,38(6).

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