白酒尾酒回收技術質(zhì)效比較及設備選型研究

馮華芳，趙旭冬，曹曉念，2，劉青青，楊 勇，萬 永，曹天馳，蘭 余

（1.瀘州老窖股份有限公司，四川瀘州 646000；2.國家固態(tài)釀造工程技術研究中心，四川瀘州 646000）

濃香型白酒在蒸餾的中后段，隨著餾分酒精度的降低，一般可將混合樣酒精度為40%vol 以下的餾分稱為酒尾[1]。尾酒其酒精度較低，與原酒對比，醇溶性物質(zhì)如酯類、醇類等含量較低，水溶性組分如乳酸乙酯、部分有機酸等含量較高。由于己乳倒掛等問題導致其味雜、尾不凈、香氣悶、酸澀味重等缺陷[2]，少部分用于白酒調(diào)味、窖池養(yǎng)護及窖泥培養(yǎng)，大多都是將其回底鍋復蒸，在此過程中會造成酒精及香味組分的損耗，如何實現(xiàn)尾酒中有益成分的充分利用，是許多酒企亟待解決的問題。

綠色（清潔）生產(chǎn)是以節(jié)能、降耗、減污為目標，以管理和技術等手段實施生產(chǎn)全過程污染控制，使污染物的產(chǎn)生最少化的一種綜合措施，踐行綠色生產(chǎn)理念，是實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然要求，因此通過技術創(chuàng)新、工藝優(yōu)化等舉措，提高尾酒回收質(zhì)效具有重要的意義：一方面可充分利用資源，提高經(jīng)濟效益，另一方面消除潛在的環(huán)境污染，減少后續(xù)環(huán)保處理壓力，具有重要的環(huán)境和社會效益。目前，國內(nèi)對白酒尾酒回收技術質(zhì)效比較及設備選型研究鮮有相關文獻報道，本研究具有重要的現(xiàn)實意義。

閉環(huán)式低溫蒸餾工藝是一種新型、可實現(xiàn)能量的高效利用的設備，借鑒制冷原理，載能介質(zhì)在封閉循環(huán)下完成氣態(tài)→液態(tài)→氣態(tài)的不斷循環(huán)往復，介質(zhì)在相態(tài)變化過程中實現(xiàn)放熱、吸熱。其中，釋放的熱能用于料液升溫蒸發(fā)，吸收的熱能來自于料液蒸發(fā)產(chǎn)生的二次蒸發(fā)的冷凝熱。通過對能源的冷熱雙側利用，實現(xiàn)料液濃縮、溶劑蒸發(fā)和回收，應用于易燃易爆類的有機溶劑如乙醇、甲醇、乙酸乙酯等溶液的蒸發(fā)濃縮及回收，也可用于水溶液的蒸發(fā)濃縮。

有機物優(yōu)先透過膜過濾是一種新型的滲透除雜工藝，可優(yōu)先透過己酸乙酯等醇溶性組分和乙醇，滲透液被凈化，其他雜質(zhì)被截留。設備原理即將殘尾酒打入原料罐，預熱裝置對原料預熱，達到預定溫度后以液態(tài)形式進入膜上游側，膜下游側用抽真空加冷凝方式在膜的上下游形成組分的蒸汽分壓差，原料中的有效成分經(jīng)膜滲透至下游側。在真空條件下汽化，滲透蒸汽在真空機組抽吸下進入冷凝器。冷凝后以凈化酒進入產(chǎn)品收集罐，膜上游側被截留的滲余液通過換熱器降溫后進入滲余液儲罐[3]。

超重力精餾是一種新型高效的精餾設備（常壓），傳統(tǒng)蒸餾塔的替代者，采用超重力精餾原理進行配置，其原理是采用離心力把液體打散后跟氣體接觸，液相經(jīng)歷了多次分散—聚集的過程，形成了比表面極大而又不斷更新的氣液界面，提高氣液相間接觸比，比液體直接跟其他接觸更加充分。超重力精餾技術廣泛應用于乙醇、甲醇、丙酮、乙酸乙酯等有機溶劑的回收及產(chǎn)品分離提純，在原料藥、醫(yī)藥中間體、精細化工、制酒等行業(yè)中廣泛應用。

雙效蒸餾工藝，本工藝可將一效蒸發(fā)室蒸發(fā)蒸汽送入二效加熱室從而回收利用一效蒸發(fā)室的二次蒸汽，從而達到一定程度節(jié)能的目的。

本研究旨在以白酒尾酒為研究對象比較以上幾種酒液回收裝置的回收效果，以期為行業(yè)尾酒回收設備選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

白酒尾酒：酒精度15.0 %vol，20 ℃標準條件，瀘州老窖股份有限公司。

儀器設備：閉環(huán)蒸餾設備，型號：HCBSE-500（蒸發(fā)量500 L/h），藍旺節(jié)能科技（浙江）有限公司；有機物優(yōu)先透過膜設備，型號JS-LSU-M3，南京九思高科技有限公司；超重力（撬裝式）精餾機，型號：450 型，處理能力450 kg/h，浙江新創(chuàng)興科技有限公司；雙效蒸發(fā)設備，型號：SJN-1000，湖北天遠華芳輕工機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝和方案

根據(jù)物料特性和設備特點，影響酒體蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，設定相應參數(shù)后開展各工藝實驗。

1.2.2 雙效蒸餾

采用雙效設備蒸餾白酒尾酒，白酒尾酒計量后投料，每批次650 kg（酒精度為15.0 %vol），開展3批次實驗，蒸餾時間為50～70 min，蒸餾樣收集完畢后，計算時間、計蒸餾液重及測酒精度，計算乙醇回收率、檢測理化指標及感官評價。

1.2.3 超重力精餾

設定蒸發(fā)溫度為釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），啟動蒸汽裝置和精餾設備，白酒尾酒計量后投料，加熱逐漸升溫至設定溫度，開冷凝水，蒸餾出酒后收集蒸餾液，殘液中無酒精時停止收集，計蒸餾酒重及測酒精度，計算乙醇回收率、檢測理化指標及感官評價。

1.2.4 閉環(huán)式蒸餾

物料按照45～50 ℃、50～55 ℃、55～60 ℃不同蒸發(fā)溫度分別進行實驗，殘液盡量蒸發(fā)濃縮到酒精含量最低。所得物料分別進行計量，測酒精度，計算乙醇回收率、檢測理化指標及感官評價。

1.2.5 膜過濾工藝（有機物優(yōu)先透過膜）

（1）過濾溫度選擇。根據(jù)有機物優(yōu)先透過膜應用于酒體過濾的相關實驗結論分析，影響產(chǎn)物質(zhì)量和過濾速率的主要因素為溫度[4]。合適溫度利于香味組分透過，去除影響口感和穩(wěn)定性的高沸點物質(zhì)（高級脂肪酸酯、雜醇油等），合適的溫度范圍為25～55 ℃，本實驗通過預實驗確定合適的過濾溫度。

（2）效果評估。最佳溫度條件下，開展3 批次實驗，收集蒸餾樣，測酒精度，計算乙醇回收率、檢測理化指標及感官評價。

1.2.6 質(zhì)量指標

（1）理化指標檢測。采用以下國標檢測各工藝處理后酒液的理化指標：GB 2757—2012《食品安全國家標準 蒸餾酒及其配制酒》、GB/T 10345—2007《白酒分析方法》、GB/T 9722—2006《化學試劑 氣相色譜法通則》、GB/T 5009.48—2003《蒸餾酒與配制酒衛(wèi)生標準的分析方法》。

（2）感官指標。各工藝處理后酒的感官評判標準5 項（澄清度、色澤、香氣、口感及異雜味），由酒體評判小組根據(jù)標準進行評價和排序。

2 結果與分析

2.1 各工藝理化結果及分析

2.1.1 雙效蒸餾實驗

雙效蒸餾實驗開展3批次，物料量約650 kg/批，蒸發(fā)溫度55～70 ℃,蒸餾時間50～70 min，后期無酒花時停止收集，所得蒸餾酒平均酒精度為42.0%vol，乙醇平均回收率約85.7%（見表1）。

2.1.2 超重力精餾實驗

根據(jù)物料特性和設備工藝條件，影響蒸餾的主要控制條件為蒸發(fā)溫度，控制釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃），白酒尾酒經(jīng)過超重力精餾后，精餾液酒精度超過了90 %vol，乙醇回收率接近90%，結果如表2。

表1 雙效蒸餾實驗結果

表2 超重力精餾實驗結果

2.1.3 膜過濾工藝（有機物優(yōu)先透過膜）

溫度對有機物優(yōu)先透過膜過濾速度和質(zhì)量有重要影響，合適溫度利于保證酒體質(zhì)量（感官）和過濾速度。根據(jù)預實驗確定合適的實驗溫度為40～45 ℃，根據(jù)預實驗確定的溫度條件，開展了3 個批次的膜過濾實驗，結果如表3。

表3 膜過濾實驗結果

上述工藝條件下，白酒尾酒通過膜過濾設備回收酒體，精餾液酒精度平均可達40%vol，乙醇回收率平均可達82 %，感官質(zhì)量、能耗、回收率等對比見表4、表5、圖1—圖3。

2.1.4 閉環(huán)式蒸餾工藝實驗

按照3 種蒸發(fā)溫度進行蒸發(fā)濃縮實驗，每批蒸發(fā)濃縮時間約0.5 h，結果如表6。

結果分析：白酒尾酒采用閉環(huán)設備蒸餾工藝，各個不同蒸發(fā)溫度下，乙醇平均回收率可達到88.7 %（見圖2）；采用蒸發(fā)溫度45～50 ℃低溫蒸餾，酒體理化指標總酯、己酸乙酯含量較高，酸酯等骨架成分回收率較高。

表4 各工藝（綜合樣）理化指標 (g/L）

表5 各工藝(綜合樣)感官鑒定

按照電：1.6 元/度；燃氣：3.4 元/立方；蒸汽：200.0元/t測算。

2.1.5 各工藝結果對比

各工藝的樣品安全指標檢測合格（甲醇、氰化物及鉛含量均低于國標要求)。從酒體質(zhì)量、乙醇回收率、能耗及回收酒體的酒精度等評價指標，優(yōu)選雙效蒸餾工藝及超重力精餾工藝進行綜合運行成本測算，指導尾酒回收設備的選型研究。

2.2 雙效蒸餾及超重力精餾設備進行綜合運行成本結果對比

圖1 各工藝理化指標對比（g/L，折合15.0%vol）

圖2 各工藝乙醇回收率（%）

圖3 各工藝能耗對比(元/t酒,折合60%vol)

雙效蒸餾及超重力精餾設備根據(jù)不同的尾酒處理量，進行綜合運行成本對比，結果如表7 和表8。

表6 閉環(huán)式蒸餾結果

表7 綜合成本分析(尾酒處理量：1000 t/年)

表8 綜合成本分析(尾酒處理量：5000 t/年)

結果分析：按照設備每天運行20 h 計，雙效蒸餾設備20 t/d，250 工作日/年，年回收量低于1000 t白酒尾酒，采用雙效蒸餾設備綜合運行成本較低。超重力精餾設備資金投入較大，但是綜合運行成本低，年回收量1000 t 的成本為150 元/t 尾酒，一旦年回收量達到5000 t 的規(guī)模，回收成本會降低42 %到86元/t尾酒。

3 結論

本研究通過比較減壓蒸餾（閉環(huán)式蒸餾工藝、雙效蒸餾）、常壓蒸餾（超重力精餾工藝）、膜過濾（有機物優(yōu)先透過膜）等多種酒體回收技術，對比回收質(zhì)效，即以質(zhì)量（感官和理化）和效能（能耗和乙醇回收率）為對比指標，結合整體投入運行成本，結論如下。

3.1 各工藝回收酒體質(zhì)量

通過感官判定，超重力精餾工藝、閉環(huán)式蒸餾工藝、雙效蒸餾3 種工藝處理后酒體異雜程度均降低，超重力精餾工藝處理酒體其改善程度最大，且工藝處理后可使酒體度數(shù)大幅提高，便于后期的調(diào)配或其他用途使用；酒體安全指標甲醇、鉛、氰化物等符合安全標準。

3.2 各工藝效能（乙醇回收率和能耗）

如圖2 所示，超重力精餾工藝乙醇平均回收率達89.8 %，閉環(huán)式蒸餾工藝、雙效蒸餾工藝乙醇平均回收率達85.7 %；如圖3 所示，閉環(huán)式蒸餾工藝及超重力精餾工藝能耗成本在230～340 元/t 酒之間，節(jié)能降耗效果明顯。

3.3 雙效蒸餾及超重力精餾設備綜合運行成本分析

根據(jù)尾酒年回收量，進行設備投入和能耗綜合成本核算（見表7 及表8）。年回收量低于1000 t 白酒尾酒，采用雙效蒸餾設備綜合成本較低（按照設備每天運行20 h 計，雙效蒸餾設備20 t/d，250 工作日/年），適合生產(chǎn)規(guī)模較小的廠家。

雖然超重力精餾設備資金投入較大，但是綜合處理成本最低，年回收量1000 t 的成本為150 元/t尾酒，一旦年回收量達到5000 t，回收成本會降低42 %到86 元/t 尾酒。規(guī)模較大的白酒企業(yè)尾酒生產(chǎn)量一般都能達到5000 t，適宜使用超重力精餾設備，控制釜溫（95～115 ℃），頂溫（80～90 ℃）進行常溫蒸餾，酒體感官、質(zhì)量有較大改善，平均乙醇回收率達89.8%，酒精度可達90%vol，方便后期調(diào)配或其他用途使用。本設備及工藝可使白酒尾酒回收質(zhì)效有較大提升，盤活公司資源，加快白酒尾酒消耗，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

白酒尾酒采用常溫或低溫減壓蒸餾工藝回收后的酒體，可在以下三個途徑做進一步的探索及研究：處理后酒體異雜味降低，酸度下降，酒精度較高（超過40 %vol），可用于回甑蒸餾質(zhì)量糟或者底糟富集糟醅中呈香呈味的風味成分，增加優(yōu)質(zhì)基酒產(chǎn)量；處理后酒體用于釀酒工藝中翻沙工序-回窖發(fā)酵，降低酒源成本；處理后酒體也可用于低端酒。根據(jù)目前濃香型白酒產(chǎn)業(yè)測算，年產(chǎn)濃香型白酒尾酒超過100 萬t，可年轉化回收超過20 萬t（酒精度60 %vol）基酒，產(chǎn)生經(jīng)濟效益可以億計，具有顯著的經(jīng)濟效益。