李亞芳，劉麗花，潘新華

（中國輕工業(yè)南寧設(shè)計(jì)工程有限公司，廣西 南寧 530031）

1 引言

酒精生產(chǎn)主要原料為木薯、玉米、糖廠廢糖蜜、纖維素等。酒精廢醪液是酒精生產(chǎn)過程中粗餾塔排出的廢液，主要含有機(jī)物、維生素、氮等。而以糖廠廢糖蜜為原料生產(chǎn)酒精產(chǎn)生的酒精廢醪液色偏深、COD含量高，需進(jìn)一步處理達(dá)標(biāo)后才能外排。

目前工業(yè)化的酒精廢醪液處理工藝主要有：厭氧+好氧處理、氧化塘處理工藝、蒸發(fā)濃縮工藝等。以木薯為原料生產(chǎn)酒精的廢醪液COD值相對(duì)較低，經(jīng)厭氧+好氧處理產(chǎn)生沼氣、沼肥后即可達(dá)標(biāo)排放；而以糖廠廢糖蜜為原料生產(chǎn)酒精產(chǎn)生的廢醪液COD值較高，一般采用氧化塘工藝或蒸發(fā)濃縮工藝處理。氧化塘處理工藝主要是將酒精廢醪液置于氧化塘內(nèi)降解，降解后的酒精廢液用于輪灌蔗田，該工藝系統(tǒng)設(shè)備簡單、生產(chǎn)成本低，但是長期灌溉會(huì)導(dǎo)致蔗田土壤板結(jié)而不利于甘蔗的生長，因而該工藝方法在有些地區(qū)不被接受。糖蜜酒精廢醪液另外一種處理方式即蒸發(fā)濃縮處理工藝，濃縮的酒精廢醪液可作為專制鍋爐的燃料燃燒也可以送入噴霧干燥系統(tǒng)制肥。本文主要就廢糖蜜酒精廢醪液蒸發(fā)濃縮工藝進(jìn)行研究。

2 工藝技術(shù)

2.1 工藝方案

以糖廠廢糖蜜為原料生產(chǎn)酒精時(shí)，每生產(chǎn)一噸酒精大概可排出十二噸酒精廢醪液。廢醪液干物質(zhì)含量約10%～13%，COD含量約130000～150000mg/L，高時(shí)可達(dá)170000mg/L，pH值4～6.5之間。由于酒精廢醪液呈酸性，故先利用石灰乳將其pH調(diào)至6.8～7.2后進(jìn)行加熱濃縮處理。進(jìn)入蒸發(fā)系統(tǒng)之前酒精廢醪液錘度10～13°Bx，濃縮后濃縮物錘度60～65°Bx。本濃縮工藝主要由加熱工段與蒸發(fā)工段組成，采用四級(jí)加熱與六罐五效真空蒸發(fā)工藝。

加熱器工段由5臺(tái)列管式加熱器組成，其中4臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)輪洗備用，為了提高加熱效率、節(jié)約蒸汽消耗量，酒精廢醪液在進(jìn)入蒸發(fā)罐之前，利用不同品質(zhì)的蒸汽對(duì)其進(jìn)行四級(jí)加熱。由于多效蒸發(fā)具有熱效率高、耗汽量少等優(yōu)點(diǎn)，故選用多效蒸發(fā)方案。當(dāng)蒸發(fā)效數(shù)越多，單位蒸汽的消耗量越小，操作費(fèi)用低，但是效數(shù)過多設(shè)備投資大，溫度差損失也大［1］，結(jié)合甘蔗糖廠蒸發(fā)工藝，故選用六罐五效真空蒸發(fā)工藝。蒸發(fā)系統(tǒng)由6臺(tái)Robert式蒸發(fā)罐組成，其中5臺(tái)運(yùn)行1臺(tái)輪洗備用。加熱后的酒精廢醪液從蒸發(fā)罐的底部入料，循環(huán)管出料。根據(jù)五效蒸發(fā)熱力方案，從一效蒸發(fā)罐至五效蒸發(fā)罐罐內(nèi)壓力依次降低，前效蒸發(fā)罐的物料能自動(dòng)流入后效蒸發(fā)罐。前兩效蒸發(fā)罐處于正壓狀態(tài)下運(yùn)行，最后兩效蒸發(fā)罐處于真空狀態(tài)下運(yùn)行。五效蒸發(fā)罐汽室汁汽引入高效噴射式冷凝器，通過向冷凝器中泵入循環(huán)水來產(chǎn)生蒸發(fā)過程中所需要的真空。加熱蒸發(fā)物料流程圖，如圖1所示。

圖1 加熱蒸發(fā)物料流程簡圖

由于酒精廢醪液中含有鈣鹽等，當(dāng)加熱器與蒸發(fā)罐運(yùn)行一段時(shí)間后易使加熱管結(jié)垢，從而導(dǎo)致傳熱效率降低，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗。加熱器與蒸發(fā)罐的輪洗通過物料閥、蒸汽閥、汽凝水閥等閥門的切換來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，利用高壓清洗機(jī)對(duì)加熱器與蒸發(fā)罐的加熱管進(jìn)行沖洗。

2.2 加熱系統(tǒng)熱力方案

酒精廢醪液的加熱分為四級(jí)：利用三效蒸發(fā)罐的汁汽對(duì)其進(jìn)行一級(jí)加熱，將其溫度從約75℃加熱到約85℃；利用二效蒸發(fā)罐的汁汽對(duì)其進(jìn)行二級(jí)加熱，將其溫度從約85℃加熱到約97℃；利用一效蒸發(fā)罐的汁汽對(duì)其進(jìn)行三級(jí)加熱，將其溫度從約97℃加熱到約107℃；利用混合蒸汽對(duì)其進(jìn)行四級(jí)加熱，將其加熱至約117℃。加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的汽凝水排入蒸發(fā)系統(tǒng)的等壓排水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一處理達(dá)標(biāo)后外排。

2.3 蒸發(fā)系統(tǒng)熱力方案

蒸發(fā)系統(tǒng)選用六罐五效真空蒸發(fā)系統(tǒng)。五效蒸發(fā)熱力方案：一效蒸發(fā)罐以混合蒸汽作為熱源，二效蒸發(fā)罐以一效蒸發(fā)罐汁汽為熱源，三效蒸發(fā)罐以二效蒸發(fā)罐汁汽為熱源，四效蒸發(fā)罐以三效蒸發(fā)罐汁汽為熱源，五效蒸發(fā)罐以四效蒸發(fā)罐汁汽為熱源進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，五效蒸發(fā)罐汁汽引入冷凝器。利用高效噴射式冷凝器維持蒸發(fā)系統(tǒng)生產(chǎn)所需要的真空。選用等壓排放系統(tǒng)收集蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的汽凝水。其中，真空蒸發(fā)有如下優(yōu)點(diǎn)［2］。

一是在真空下蒸發(fā)，可以多次利用蒸發(fā)的熱能，同時(shí)減少蒸汽消耗量；二是操作靈活性大，因?yàn)檎舭l(fā)系統(tǒng)配有冷凝器，而冷凝器具有緩沖作用，能適應(yīng)負(fù)荷的變化；三是由于在低溫下運(yùn)行，從而避免溫度過高而導(dǎo)致物料變性。

糖蜜酒精廢液濃縮所采用“六罐五效”真空蒸發(fā)工藝，同甘蔗糖廠澄清蒸發(fā)工段的蒸發(fā)工藝有相似之處，但是也有不同之處。在糖廠蒸發(fā)工段，由于除抽取一部分汁汽供加熱器加熱之外，還需抽取大量的一效、二效和三效的汁汽去成糖工段煮糖，因此前幾效蒸發(fā)罐面積大而后幾效蒸發(fā)罐面積小。而酒精廢醪液蒸發(fā)系統(tǒng)，除抽取一部分汁汽加熱廢醪液及作為下一蒸發(fā)罐的熱源外，無其他用途，故蒸發(fā)罐的面積不用按前效罐大后效罐小來配置，可以按均值選型。

2.4 熱力方案簡圖

本蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)的熱源為飽和蒸汽，熱力方案如圖2所示。

圖2 熱力方案簡圖

無論是在列管式加熱中還是在蒸發(fā)罐中，加熱蒸汽、汁汽與物料不直接接觸，故需對(duì)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的汽凝水進(jìn)行回收和利用。汽凝水的排放選用等壓排放系統(tǒng)，選用8臺(tái)等壓罐，分三組。第一組由3臺(tái)等壓罐串聯(lián)組成，用于混合蒸汽產(chǎn)生汽凝水的回收；第二組由2臺(tái)等壓罐串聯(lián)組成，用于二效汽凝水的回收；第三組由3臺(tái)等壓罐串聯(lián)組成，用于三、四、五效汽凝水回收。四級(jí)加熱器產(chǎn)生的汽凝水排入第一組等壓罐，由于與廢液無接觸可以泵入熱電站系統(tǒng)，作為鍋爐回水用；三級(jí)加熱器產(chǎn)生的汽凝水排入第二組等壓罐，即為二效汽凝水；二級(jí)加熱器與一級(jí)加熱器產(chǎn)生的汽凝水排入第三組等壓罐，即為末效汽凝水。二效與末效汽凝水COD含量偏高，約1000～2000mg/L，一般采用厭氧工藝處理，產(chǎn)生的沼氣達(dá)標(biāo)后才能排放或者回用。

2.5 生產(chǎn)關(guān)鍵控制點(diǎn)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)越來越被各工廠重視。自動(dòng)化水平的提升與應(yīng)用，可穩(wěn)定生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率、降低能耗、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減少人工成本。將自控系統(tǒng)引入本酒精廢醪液濃縮系統(tǒng)有利于工廠智能化的提升。酒精廢液濃縮系統(tǒng)控制點(diǎn)主要有如下。

2.5.1 箱體液位控制

通過與箱體相連的變頻泵的轉(zhuǎn)速來控制。

2.5.2 加熱器出口物料溫度控制

通過加熱器蒸汽進(jìn)口管上的調(diào)節(jié)閥與出口物料溫度進(jìn)行控制，如果檢測到加熱器出口物料溫度偏低，即加大蒸汽閥的開度，反之亦然。

2.5.3 蒸發(fā)罐液位控制

通過蒸發(fā)罐入料調(diào)節(jié)閥與液位進(jìn)行控制，如果檢測到蒸發(fā)罐液位偏低，即加大入料閥的開度，反之亦然。

2.5.4 末效蒸發(fā)罐出口濃縮物錘度控制

方法一般有兩種：方法一，通過末效蒸發(fā)罐物料流量與末效蒸發(fā)罐物料錘度進(jìn)行控制。在末效蒸發(fā)罐物料出口管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，當(dāng)錘度計(jì)檢測到末效蒸發(fā)罐出口物料錘度偏低時(shí)，減小出料閥門的開度，反之亦然。方法二，通過一效蒸發(fā)罐進(jìn)入二效蒸發(fā)罐汁汽量與末效蒸發(fā)罐物料錘度進(jìn)行控制。在二效蒸發(fā)罐入汽管上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，當(dāng)錘度計(jì)檢測到末效蒸發(fā)罐出口物料錘度偏低時(shí)，即加大調(diào)節(jié)閥的開度，反之亦然。由于方法二不影響物料進(jìn)料量，效率較高，因此優(yōu)先選用方法二。

2.5.5 蒸發(fā)罐真空系統(tǒng)控制

在冷凝器循環(huán)水進(jìn)口管上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，根據(jù)蒸發(fā)罐汽室真空控制調(diào)節(jié)閥開度，同時(shí)加入冷凝器出水溫度作為串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。真空度偏低時(shí)加大調(diào)節(jié)閥的開度，反之亦然。

3 結(jié)論與討論

蒸發(fā)濃縮后的酒精廢醪液既可以送入專制鍋爐燃燒也可以送入噴霧干燥系統(tǒng)進(jìn)行制肥，各企業(yè)可根據(jù)生產(chǎn)需求選擇下一步路線，從而可解決糖蜜酒精生產(chǎn)中的環(huán)保問題。

蒸發(fā)濃縮處理是酒精廢醪液處理方式之一，但并不是非常理想的處理方式，需行業(yè)工作者去研究新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，開發(fā)出能耗低、投資省的工藝技術(shù)。