甘蔗糖蜜酒精生產新技術的集成應用及節(jié)能效益分析

盧柳忠，陸登俊，梁欣泉

（1.廣西憑祥市豐浩酒精有限公司，廣西 憑祥 532605；2.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

生產工藝

甘蔗糖蜜酒精生產新技術的集成應用及節(jié)能效益分析

盧柳忠1，陸登俊2，梁欣泉2

（1.廣西憑祥市豐浩酒精有限公司，廣西 憑祥 532605；2.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530004）

介紹了年產5萬t甘蔗糖蜜酒精生產線建設項目中集成應用的新技術、新工藝，并對其節(jié)能效益進行分析。實踐表明，該生產線在保證酒精產品質量的同時，節(jié)能降耗，降低成本，經濟效益、社會效益和環(huán)保效益顯著，為甘蔗糖蜜酒精生產提供新方法和新思路。

甘蔗糖蜜；酒精；節(jié)能；蒸餾；精餾

乙醇俗稱酒精，廣泛應用于食品、化工、醫(yī)藥、國防等各個領域。同時，作為一種清潔能源，乙醇被認為是最適合的石油替代能源，正日益得到各國的重視，推廣使用車用乙醇汽油將是我國一項長期的重要能源戰(zhàn)略性舉措[1-2]。2010年，我國燃料乙醇產量達到322萬t，繼美國和巴西之后，成為全球第三大燃料乙醇生產國。預計到2020年，我國燃料乙醇年產量可達1000萬t，乙醇市場面臨重大發(fā)展機遇[3]。

然而，乙醇以及燃料乙醇的生產，尚存在生產成本過高的問題。目前，制約我國甘蔗糖蜜酒精生產成本主要有兩個方面[4-5]：一是發(fā)酵水平較低，成熟醪的酒精濃度只有9%~11%（V/V），發(fā)酵效率只有理論值的89%~90%，導致生產原料單耗較高，生產每t酒精（95%，W/V）需要消耗甘蔗糖蜜4.5t以上；二是蒸餾能耗高，約占總能耗的60%~70%。因此，集成、應用酒精生產先進技術，改進糖蜜酒精生產工藝，節(jié)能降耗，降低生產成本，提高企業(yè)經濟效益，增強市場競爭力，是甘蔗糖蜜酒精生產企業(yè)面臨的迫切問題。

本文介紹了廣西憑祥市豐浩酒精有限公司在年產5萬t甘蔗糖蜜酒精生產線建設項目中集成應用的新技術、新工藝，并對其節(jié)能效益進行分析，為甘蔗糖蜜酒精生產提供新方法和新思路。

1 甘蔗糖蜜酒精生產工藝流程

年產5萬t甘蔗糖蜜酒精生產線以甘蔗糖蜜為原料，經稀釋并添加營養(yǎng)鹽，在微生物的作用下進一步發(fā)酵生產酒精。工藝流程見圖1。

圖1 甘蔗糖蜜酒精工藝流程Fig.1 Flow of cane molasses alcohol production process

2 新技術、新工藝及特點

2.1 以甘蔗汁代替水稀釋糖蜜的預處理技術

糖蜜濃度高（90°Bx左右）且黏度大，酵母菌難以直接利用糖蜜進行發(fā)酵，需在發(fā)酵前將糖蜜加以稀釋。在甘蔗糖廠生產期中，將糖廠壓榨機列的后3座壓榨機濃度低（6~8°Bx左右）的甘蔗汁泵送至酒精生產線，代替水稀釋糖蜜到一定濃度后進行發(fā)酵，流程圖如圖2所示。

圖2 糖蜜預處理流程圖Fig.2 Flow of pretreatment of cane molasses

該方案有如下優(yōu)點[6-8]：1）提升原料中的全糖分、純度和維生素含量，減少膠體含量，有利于提高酒精產量和品質，促進酵母的生長繁殖；2）甘蔗汁的稀釋作用，使得糖蜜發(fā)酵產酒精抑制因素的抑制作用相對減輕，發(fā)酵醪的酒度和發(fā)酵效率有所提高，發(fā)酵時間縮短，能耗降低；3）節(jié)約用水，節(jié)能降耗；4）降低廢液中COD含量，減輕廢液處理負荷。

2.2 以MF1001為生產菌株的甘蔗糖蜜酒精高濃度發(fā)酵生產工藝

MF1001是一種由廣西科學院研發(fā)的適用于甘蔗糖蜜高濃度酒精發(fā)酵的釀酒酵母生產菌株，具有發(fā)酵酒度高、發(fā)酵效率高、成熟醪殘?zhí)呛康?、發(fā)酵廢水排放量少等優(yōu)點。酒精生產線采用以MF1001為生產菌株的甘蔗糖蜜酒精高濃度發(fā)酵生產工藝，工藝流程見圖3。

圖3 甘蔗糖蜜酒精高濃度發(fā)酵工藝流程Fig.3 Flow of fermentation process with High concentrate cane molasses alcohol

該工藝具有發(fā)酵時間短、發(fā)酵效率高、產酒率高、原料耗用少、生產成本低、節(jié)能減排、減少廢水處理成本等優(yōu)點。生產試驗結果表明，發(fā)酵49.5h的成熟醪酒精，班產濃度最高達到14.1%（V/V），日產平均濃度最高達到13.8%（V/V），發(fā)酵效率最高達到理論值的98.89%（按糖蜜可發(fā)酵糖含量計），平均為97.72%；醪液可發(fā)酵殘?zhí)呛繛?.64%~1.02%；生產t酒精（95%，m/V）的發(fā)酵廢液排放量最低為7.57t，平均為8.17t；生產t酒精的標準糖蜜（80°Bx，總糖含量50%，非發(fā)酵還原物含量5%）單耗為4.1t。各項工藝指標均顯著優(yōu)于國內目前的發(fā)酵水平，生產效益顯著[9-10]。

2.3 甘蔗糖蜜酒精蒸餾新工藝

酒精蒸餾過程消耗大量蒸汽，同時排出大量的酒糟廢液。20世紀90年代從法國、奧地利等引進的差壓蒸餾工藝，主要特點是利用高壓塔蒸餾的酒汽作為低壓塔的熱源，使熱源能重復利用，與常壓蒸餾工藝相比，具有產品質量穩(wěn)定、節(jié)能降耗、廢液排放量少、冷卻水用量少等優(yōu)點[11-12]。

目前，糖蜜酒精廠的差壓蒸餾工藝設備主要采用醪塔-精餾塔-雜質塔-水洗塔-脫甲醇塔等五塔系機組。客觀來說，該項工藝還存在諸多問題：1）能耗偏高，每t酒精消耗蒸汽在3.0~3.5t，耗電100~200kWh左右；2）醪塔進料溫度低，僅為50℃左右；3）塔際采用強制回流，耗電多，投資大；4）水洗塔工作過程能耗大；5）對于糖蜜酒精廠來說，專門設置脫甲醇塔并不必要，可對糖蜜原料進行低沸物預處理即可以解決甲醇問題。

針對以上存在的技術問題，對五塔差壓蒸餾工藝進行優(yōu)化改良，采用“醪-精餾組合塔-二精餾塔-高凈化塔處理系統(tǒng)”生產糖蜜酒精，改造措施如下：1）采用順壓差技術，保證工序流程在溫度壓力上最大程度地自然順流進行；2）增設低沸物超前分離裝置，將發(fā)酵液中的低沸物在入塔之前首先進行排除，提高入料液的質量；3）醪液經兩次預熱，使醪塔進料溫度達到90~95℃，使其接近沸點進料，降低蒸餾能耗；4）將水洗塔改造成二精塔，脫甲醇塔改造成高純化塔，使其更適用于糖蜜酒精醪液蒸餾；5）新系統(tǒng)的各塔底均采用再沸器加熱，使得只有醪塔底的再沸器采用鍋爐蒸汽加熱，其余各塔可利用醪塔再沸器排出的二次蒸汽及凝液加熱再沸器加熱，各塔的蒸汽凝液可進入熱水箱作為鍋爐房用水；6）在能耗方面，新系統(tǒng)采用強制回流與自然回流相結合的方式，僅在醪-精餾組合塔采用強制回流，可在回流泵的出口增設回流液加熱器，利用再沸器排出的蒸汽凝液加熱，使回流液溫度達到70~78℃，接近沸點回流，以降低回流造成的熱能消耗。

改良后的甘蔗糖蜜酒精蒸餾新工藝流程如圖4所示，流程說明如下：

1）利用低沸物超前分離系統(tǒng)，將醪液中的低沸物在入塔之前進行排除，提高入塔醪液的質量；

2）醪液經過第一次加熱和第二次加熱，使醪塔進料溫度達到90~95℃，接近沸點進料。其中第一次加熱蒸汽來自鍋爐，第二次加熱蒸汽來自醪塔再沸器排出的二次蒸汽及凝液加熱再沸器加熱。醪-精餾組合塔上部為精餾段，下部為醪液段，中部為耦合段，醪液經醪塔處理后強制回流，在回流泵的出口設置回流液加熱器，利用再沸器加熱到精餾塔部分，選取精餾塔段上巴氏區(qū)進入二精塔；

3）精餾塔上巴氏區(qū)優(yōu)選塔板上的第一次巴氏酒精進入二精塔中下部，在該塔中進一步凈化。低沸點物質向塔頂聚集，中高沸點物質向塔底運動，不凝物經冷凝系統(tǒng)排入大氣。同時，在二精塔的上部設第二巴氏區(qū)，將第二次巴氏酒精導入后續(xù)的高凈化塔中；

4）二精塔上的第二次巴氏酒精進入高凈化塔的中下部，在該塔中酒精得以再一次凈化精制。在高凈化塔加熱室上部第3~8板區(qū)設有第三巴氏區(qū)，在此設有數(shù)個成品導出口。在塔的上部設第四巴氏區(qū)，作為工藝機動區(qū)域，可根據不同原料及酒精中雜質組分的情況調節(jié)使用。對成品酒精設有冷凝系統(tǒng)，其冷凝水回到鍋爐房；

5）充分利用各塔順次的位差、壓差、溫差。各塔底采用再沸器加熱，只有醪塔底的再沸器采用鍋爐加熱，其余各塔都可以利用自醪塔再沸器排出的二次蒸汽及凝液加熱再沸器加熱。各塔的蒸汽凝液（水溫100~105℃）進入熱水箱，供鍋爐房用水。整個系統(tǒng)僅在醪-精餾組合塔中采用強制回流。

圖4 甘蔗糖蜜酒精蒸餾新工藝流程Fig.4 Flow of the new cane molasses alcohol distillation process

3 節(jié)能效益分析

3.1 能效指標

年產5萬t甘蔗糖蜜酒精生產線的每t酒精產品綜合耗能表見表1。

表1 每t酒精產品綜合耗能表Tab.1 comprehensive energy consumption of one ton alcohol product

由表1可知，酒精單位產品綜合能耗為293.05kg標煤·(t酒精)-1，即234.44 kg標煤·(kL酒精)-1，其綜合能耗指標低于《清潔生產標準 酒精制造業(yè)》 （HJ 581-2010）中糖蜜酒精一級清潔生產水平單位產量綜合能耗的限定值350kg標煤·(kL酒精)-1；同時，與原豐浩酒精廠木薯酒精生產線相比，單位產品綜合能耗由原來的365kg標煤·(t酒精)-1下降到293.05kg標煤·(t酒精)-1，節(jié)能效益顯著。

3.2 節(jié)能經濟效益分析

3.2.1 節(jié)省能耗

與常規(guī)酵母相比，采用的甘蔗糖蜜高濃度酒精發(fā)酵釀酒酵母MF1001，其發(fā)酵時間縮短了10%以上，產酒率提高了30%以上，并減少了酒精廢液產生量，污水的排放量和 COD、BOD含量減少了30%以上。

酒精生產的蒸餾能耗成本約為100元·t-1。發(fā)酵醪液的酒精含量由10%~11%（平均10.5%）提高到15%以上后，蒸餾能耗節(jié)省30%以上，節(jié)省成本30元·(t酒精)-1。

3.2.2 原材料利用率的提高

糖蜜的總糖含量為50%（80°Bx），發(fā)酵生產酒精殘?zhí)呛坑?%~5%（平均3.5%）降低至1.5%以下，糖利用率提高（3.5%-1.5%）/50=4%。生產每t酒精的糖蜜消耗由4.3t降低為4.13t。糖蜜成本占總成本的75%，由此可節(jié)省生產成本3%。按目前糖蜜酒精的生產成本3500元·t-1計算，節(jié)省成本105元·(t酒精)-1。

3.2.3 降低廢液處理費用

酒精產率由10%~11%（平均10.5%）增加至15%后，廢液排放量減少42.86%，由現(xiàn)在的14t·(t酒精)-1減少為8t·(t酒精)-1。廢液處理費用由250元·(t酒精)-1降低為142.85元·(t酒精)-1，可減少107.15元·(t酒精)-1。

3.2.4 生產設備的產能增加

產酒率由10%~11%（平均10.5%）提高至15%后，生產設備的產能提高42.86%；發(fā)酵時間由38~42h（平均40h）減少為35h后，設備產能增加12.5%。由此得總產能增加55.36%。

綜上，每t酒精節(jié)省成本為：30+105+107.15= 242.15元·(t酒精)-1，由設備產能增加所產生的經濟效益為：0.5536×242.15=134.05元·(t酒精)-1。

因此，年產5萬t酒精生產線的總經濟效益為：（242.15+134.05）×50000=1881萬元·a-1。

4 結論

廣西憑祥市豐浩酒精有限公司在年產5萬t甘蔗糖蜜酒精生產線建設項目中，集成應用了以甘蔗汁代替水稀釋糖蜜的預處理技術、以MF1001為生產菌株的甘蔗糖蜜酒精高濃度發(fā)酵生產工藝、甘蔗糖蜜酒精蒸餾新工藝等新技術、新工藝，生產實踐表明，在保證酒精產品質量的同時，節(jié)能降耗，降低成本，經濟效益、社會效益和環(huán)保效益顯著，提高了酒精企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，并為甘蔗糖蜜酒精企業(yè)技術改革、實現(xiàn)清潔生產提供良好的范例。

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New Technology Integrated Application & Energy Saving Analysis of Cane Molasses Alcohol Production

LU Liu-zhong1, LU Deng-jun2, LIANG Xin-quan2
(1. Guangxi Pingxiang Fenghao Alcohol Co. Ltd., Pingxiang 532605, China; 2. Institute of Light Industry and Food Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China.)

The new technology integrated application in the 50kt/d cane molasses alcohol production line construction project of Guangxi Pingxiang Fenghao alcohol Co. Ltd was introduced in this paper. And the energy-saving beneft was analyzed. The fact showed that the alcohol production line could ensure the products quality, save energy and reduce consumption and cost. The project’s economic beneft, social beneft and environmental beneft was remarkable, and it provided a new way and new idea for sugar cane molasses alcohol production.

cane molasses; alcohol; energy saving; distillation; rectifcation

TQ 920.9

A

1671-9905(2016)04-0053-04

廣西科技開發(fā)計劃項目（桂科重14122004-2）

盧柳忠（1967-），男，工程師，本科，主要從事酒精生產管理工作

梁欣泉（1966-），男，教授，博士，主要從事可再生資源與環(huán)境保護研究工作；E-mail：lxq10713@163.com

2016-02-29