食用酒精生产工艺过程及环境影响分析.pdf

科技信息 专题论述 食用酒精生产工艺边程及环境影响分析 帅卿 周斌彬 黄韬 。 ( 1 江西省环境保护科 学研 究院 2 江西省环境监测中心站 3 江西省环境保护厅 ) 摘要 以木薯作为原料生产食用酒精 的工艺介绍 ， 定量地分析 了废 气、 固体废物 、 废 水的产生量 ， 提 出了减缓环境影响的措施 。食 用酒精生产过程产生的各大 气污染物 ， 经处理后可达标排放 ； 生产过程产生的废水 经 I C+ S B R 工艺处理 ， 可达标排放 ； 各设备噪声 采取相 应减震 、 减噪措施 ， 厂界噪声可达标排放 ； 固体废物可综合利 用。 关键 词 木薯 食 用酒精 环境 影响分析 0 前言 酒精是重要 的工业原料 ， 同时又是一种可再生能源 ， 广泛应用 于食 品 、 化工 、 医疗 和交通运输等领域 。可用 于合成橡胶 、 合成树脂 、 聚氯 乙 烯 、 医药 、 农 药 、 人造纤维等产 品生产 中， 还广泛应用于杀菌剂 、 消毒剂 、 防腐剂 ， 又是重要的有机溶剂 ， 酒精在饲料方 面的销量也很大 ， 并不断 增加 ， 酒精的另一应用领域是作为燃料使用 。 燃料酒精是优 良的汽油添 加剂。目前世界上许多国家， 用渗入汽油代替抗爆剂四乙铅使用， 可提 高燃料的辛烷值 、 压缩 比和抗爆性 ， 降低汽油耗量 ， 减轻大气污染 ， 保护 环境 。随着世界范 围内能源短缺 ， 原油价格不断攀升 ， 酒精作 为替代能 源 ， 其战略地位越来越重要 。 目前 ， 有报道从设备 、 工 艺和资源利用方 面对利用木薯生产食用酒 精工艺中的环保节 能问题进行 了论述 ，而系统地从环境影 响的角度来 分析还未见报道 。笔者根据多家 以木薯为原料生产食用酒精企业 的环 境影响评价的实践 ， 以某年产 1 0 0 0 0 0 t 食用酒精企业为例 ， 全 面系统地 分析 了利用 木薯生产食用酒精的工艺过程及其对环境 的影响。 1 木薯生产食用酒精 工艺过程 、 水平衡 1 1原辅材料用量 本丁艺采用 的主要原料为木薯 ，木薯的淀粉含量约为 6 5 ，水分 1 4 ， 杂质 2 8 。 所需辅料主要有耐高温 淀粉酶 、 液体高效糖化 酶 、 活性 酒母等。各原辅材料用量见表 l 。 表 1主要原辅材料用量 序号 名称 单耗 年耗 备注 原 、 辅材料消耗 1 木薯 2 8 0 0 k g 2 8 7 t 2 淀粉酶 0 6 k g 0 0 0 6万 t 液体( 耐高温 ) 3 糖化酶 3 9 k g 0 0 3 9万 t 液体 4 活性酒母 0 2 3 k g 0 0 0 2 3万 t 1 煤 0 1 t 1 07 t 山西 2 新鲜水 1 4 4t 1 4 4 37 ft 3 循 环水 1 8 4 5t 1 8 4 5 0万 t 4 电 1 4 0 k w h 1 4 0 07 i k wh 动力车间 5 蒸汽 1 2 t 1 2 7 t 动力车间 1 2工艺流程简述 工艺过程包括原料预处理 、 蒸煮液化糖化 、 发酵 、 粗馏 、 精馏等几道 工序。详 细工艺流程如下 ： ( 1 )原料 预处理 原料 木薯 自投料 口风送 至粉碎机粉碎成 1 5 - 2 mm的颗粒细粉 ， 杂 质风选掉至坑 内 ，再通 过二级粉碎 ，一级 直径小于 1 5 m m，二级小 于 2 5 ra m， 有利于木薯中淀粉的释出， 有利于淀粉大面积地、 均衡地与糖化 水解酶作 用 ， 加速 了蒸煮 、 糖化 、 发酵 的反应速度 ， 缩短 了生产周期 。同 时 ， 节约 大量 蒸气 ， 提高原料 的利用率 ， 并有利 于整个 生产工艺实现连 续化 、 自动化 。颗粒细粉经气流输送到拌浆罐 内。粉碎过程中产生 的含 尘废气通过水膜除尘装置吸收处理后排空， 水膜除尘水( 含有木薯淀粉) 泵入拌浆罐内 ， 与原料细粉 、 热水一起搅拌混合备用 。 ( 2 ) 蒸煮液化糖化 原料 液用泵 送至 蒸煮柱 中 ，用蒸 汽加 热到 1 0 0 1 0 5 ，蒸煮 约 1 0 0 1 5 0分钟 ， 蒸煮柱充 满后 从柱顶 部流 出， 进 入后熟器 中 ， 从后熟器 出来物料进入真空冷却罐中，冷却后的蒸煮醪同糖化酶一齐送人糖化 罐 内， 保 持糖化 温度 5 8 6 0 ， 糖 化时 间 4 5 5 0分钟 ， 再 经螺旋冷却将 糖化醪冷却 到 3 0 ， 送入发酵罐内发酵。 ( 3 ) 发酵 发酵采用大罐室外浓醪法， 将糖化醪均匀加入发酵罐内， 首先加酸 将 p H调节 至 4 00 2， 然 后投加酒母 ， 发 酵罐控制温度在 3 5 进行 发 酵 ， 发酵时 间一般在 7 O7 5小时左右 ， 发酵结束成熟后 ， 即可送去蒸馏 。 发酵过程中有 C O ： 气体溢出 ， 带有淡酒 挥发 。 溢 出的 C O ： 气体收集后用 管道输送至现有 C O 处理 车间经 压缩冷却制成液态 C O 后外 售 ，挥 发 的淡酒由淡酒捕集装置回收， 回收率可达 8 0 ， 其余随 C O ： 带出。一般 传统的工艺 发酵酒精浓度在 7 - 8 ( V V) 发酵罐 的容积大 ， 耗水量 多， 本 工艺使酒精浓度提高到 1 0 1 1 ( v ， v ) ， 可减少发酵罐投资， 水耗减少。 ( 4 ) 粗馏 发酵成熟 醪 自集 中罐均匀放人塔 内， 然后压人 预热器中， 与精塔过 来的酒精汽进行热交换后 ， 再进入粗塔顶部 ， 粗馏 塔底 部用废 醪闪蒸 的 混合汽进行加热 ， 塔顶粗馏酒精经过导汽管直接进 入精馏塔进行精馏 ， 酒精糟液经过二级 闪蒸后 固液分离 ， 全糟液排 至污水处理站处理 ， 糟粕 作为饲料外售处理 。 ( 5 ) 精馏 精馏塔直接用蒸汽加热， 温度控制在 1 0 8 一 l 1 0 ， 从粗塔来粗酒精 经过提纯精馏后， 酒精蒸汽由塔顶进入预热器， 未冷凝下来的酒气再依 次进入冷凝器， 回流到精塔顶部的塔板上， 部分还未冷凝下来的气体从 排醛管外排 。精塔除提取成品外 ， 在进料层 2 - 4塔板上还提取杂醇 油 ， 经分离后 ， 淡酒 回池 ， 杂醇油放入储罐。 主要化学反应见 图 1 、 图 2 ： ( c 6 H 1 0 0 5 ) +aff l 2 0 淀粉 ( c 6 H 10 O 5 ) + h i -1 2 小分子糖精 加热水解 一 ( e 6 H1 0 o s ) +x I -12 O 糖化酶、加热 小分子糖精 糖化酶、加热 x CI 2 t t 2 2 On+x l - I 2 0 麦芽糖 n C1 2 1 - 1 2 2 On+ t ff - 1 2 0 。 一2 n C6 H1 2 06 麦芽糖 葡萄糖 图 1淀粉转化成糖 的方程式 葡萄糖 发酵生成酒精的化学方程见下图。 n c 6 Hl 2 05 2 n C 2 1-1 5 O H十 2 ri CO 2 1 图 2 1 3 各工序产生的污染物 各工序产生 的污染物见图 3 。 龇 托 日 图 3酒精生产工艺流程简图及污染物产 出流程 科技信息 专题论述 1 4水平衡 图 4项 目总用水平衡 图( m d ) 项 目生产用水总量为 6 0 2 8 2 m 3 d ， 其巾生产新鲜水总用量为 4 3 7 1 m ， 项 目循 环用水 5 5 9 1 l m d ，排放 量为 3 8 6 3 m d ，项 目水循 环利用 率为 9 2 8 。项 目总用水平衡 见图 4 。 2 木薯 生产食 用酒精 工艺环境影响分析 2 1大气环 境影 响分析 废气 主要有 锅炉炯气 、 酒精生 产工段产生 的粉尘 、 C O 、 恶臭污染物 等 。 2 1 1 锅炉 炯气 锅炉采 用两种燃料燃烧 ： 煤 和沼气 。根据建设单位估算 ， 锅炉耗煤 量为 1 2 7 t h，沼气用 量为 1 4 2 9 m3 h 。2 0 t 锅炉用煤为 5 6 0 0大 的山西 煤 ， 含硫 1 0 。锅炉型号为 S Z L 2 0 1 2 5 一 A I I 。 项 目锅炉 烟气 中 的主要 污染 物为 烟尘 、 S O ，烟 气通 过一 高度 为 4 5 m、 排 口内径 1 5 m的烟 囱排放 。锅 炉烟气采用 旋流板 脱硫塔 ( 湿钙 法 ) 脱硫 ， 脱硫 效率 可 达 6 0 ； 除尘 采 用多管 旋 风除尘 +旋流 塔板 除 尘， 除尘综合效率达 9 0 。确保废气达到 锅炉大气污染物排放标准 ( G B1 3 2 7 1 2 0 0 1 ) I I 时段二类 区标准 的排放要求 。 根据酒精废 醪产生量和处理 工艺 ： 锅炉每小 时燃烧 沼气约 1 4 2 9 m ， 耗煤量 1 2 7 t h ( 1 0万 t ， a ) 。 ( 1 m 沼气燃烧产生烟气量约 1 0 m ， 考虑 空气 过剩系数 ) 。 燃煤产生烟气量 ： 1 2 7 0 0 Nm T h； 燃烧沼气产生烟气量 ： 1 4 2 9 0 N m T h； 沼气成分 巾硫化氢平均含量 为 O 0 3 4 ， 硫化氢密度 1 5 2 k g r n ； 沼气 燃烧产生 S O 量 ： 1 1 0 t a ； 燃煤 产生 S O 2 量 ： 1 2 7t hx1 1 67 9 2 0 h= 1 6 1 0t a ； 锅炉产生 S O 总量为 ： 1 7 2 0 t a ； 锅炉产生废气经治理后 S O 排放 总量为 ： 7 5 -4 t ， a 。 锅炉污染物产生状况见表 2、 表 3 。 表 2锅炉燃煤废气 产排 污情况 治理前 治理后 允许排放 浓度 废气污染物 治理削减量( t a ) 去除率 ( ) 产生量 ( a ) 初始浓度( mg Nm 3 ) 排 放量( 1 a ) 排放浓度( mg Nm ) ( mg Nm3) 烟尘 1 8 1 1 1 8 0 0 1 8 1 l 8 0 2 0 0 1 6 3 0 9 0 S O2 1 61 0 1 6 O O 6 44 6 4 0 9 O H0 9 6 6 6 0 烟气排放量 l 2 7 0 0 N m l 烟 囱高度 4 5 m 内径 1 5 m 治理措施 湿钙法 出 口烟温 9 5 表 3锅炉燃烧沼气废气排污情况 排放量 排放浓度 允许排放浓度 l 废气污染物 ( t a ) ( mg N ? ) ( m g N m3 烟尘 5 7 5 0 5 0 S O2 1 1 O 9 7 l 0 O 烟气排放量 1 4 2 9 0 N m ：年生产 以 3 3 0天计 。 表4粉尘产生排放情况 废气 产生量 排放情况 类别 ( t a ) 浓度 排 放量 处理措施及排 放去 向 ( mg N m ) f t a ) 采用水 膜除尘装 置 ， 去 除 粉 尘 2 4 O 8 0 9 6 率达 9 6 ， 由 1 5 m高排气 废 气 筒排放 表 5大气污染物排 放情况分析 项 目污染源 污染物 烟( 粉 ) 尘 ( mg m S O 2 ( mg m ) 排放量 ( 万 m a ) 排放浓度 1 8 0 6 4 0 锅炉烟气 排放速率 2 2 9 k g 8 1 3 k g ， h 1 o 0 6 O 年排放量 1 8 1 t 6 4 4 t 排放浓度 8 0 工 艺废气 排放速率 1 0 1 k g h 3 0 1 O 年排放量 9 6t k g ， h 1 2 - 3 9 8 1 3 合计排放量 1 3 0 7 0 t a 27 7 6 44 科技信息 专题论述 表 6废水及污染物产生 、 排放状况 点位 p H S S C O D B O D5 废水量 浓度( mg L ) 4 - 2 3 5 0 0 0 3 8 0 0 0 3 0 0 0 O 2 3 4 8 t ， d 产生量( t a ) 2 7 1 1 9 4 2 9 4 4 3 9 2 3 2 4 5 2 7 7 4 8 4 0 t a 酒精糟液 排放标准( rag L ) 6 - 9 7 0 1 0 0 2 0 排放量( 5 4 2 7 7 5 1 5 5 浓度( mg L ) 6 8 1 2 8 0 2 0 0 0 1 0 o 0 生产 车间设备 产生量( t a ) 1 6 1 2 5 1 l 2 5 3 8 t ， d 冲洗废水 排放标准( mg L ) 6 - 9 7 0 1 0 0 2 0 1 2 5 4 0 t a 排放量f t ， a 0 9 1 3 0 3 浓度( mg C ) 4 8 8 0 3 0 0 1 2 0 产生量( t a ) 8 _ 8 3 3 O 1 3 -2 3 3 3 洲 精馏塔余馏水 排 放标准( mg L ) 6 - 9 7 0 l 0 O 2 0 l 0 9 8 9 0 t a 排放量( 1 a ) 7 7 l 1 O 2 _ 2 浓度( m g 1 0 7 5 2 O 0 3 ( ) 0 1 5 0 产生量( a 1 2 9 4 4 2 - 2 4 4 ff d 生活污水 排放标准( m g L ) 6 - 9 7 0 1 0 0 2 0 l 4 5 2 0 ff a 排放量( t a ) 1 O 1 5 0 3 产生量( t a 1 2 7 1 4 7 2 2 9 5 0 6 4 2 3 2 7 3 1 2 7 6 3 t d 合计 排放量( t ， a ) 6 3 8 9 1 - 3 l 8 - 3 9 1 1 7 9 0 t a 排放标准( mg L ) 6 - 9 7 0 l O 0 2 0 2 1 2工艺废气 本项 目的工艺废气来源为酒精生产 段产生的粉尘 。 粉尘产生主要 来源于原料粉碎除杂工段，本项 目整个过程为负压封 闭过 程 ， 采用水膜除尘 ， 经除尘系统除尘后 ， 粉尘排放量 为 9 6 t a ， 排 放 浓度 为 8 0 m g N m ， 废气量 为 3 8 0 0 m3 h ， 可达 到 大气污染物综合 排放标 准 中的二级标准的要求， 最终通过高度为 1 5 m、 内径 O 5 m左右的排气 简达标排出。 本项 目木薯加1 ： 成粉状 物料 整个过 程为封闭负压过程 ，粉尘产生 点有 ： 术薯粉碎系统 ； 粉料输送系统 ； 粉料搅拌系统。 根据 以上资料 ， 确定其粉尘产生排放情况如表 4所示 。 通过在各产尘点采用 水膜除尘措施 ，可确 保工艺废气中粉尘满足 大气污染物综合排放标 准 ( G B1 6 2 9 7 1 9 9 6 ) 二级标准排放。 表 5是各T序 的废气排放状况 。 2 -2水环境影响分析 本项 目生产用水 6 0 2 8 2 m ，其 中生产 新鲜水总用量 4 3 7 1 m ， 循 环用水 5 5 9 1 l m T d， 废水排放量为 3 8 6 3 d 。 根 据 物 料 平 衡 ， 废 水 中 主 要 污 染 物 C O D 3 8 0 0 0 mg L， B OD 3 0 0 0 0 mg L S S 3 5 0 0 0 mg L， 生产废水污染物浓度 如表 6 ， 并 由此根 据 污 水综合排放标 准 ( G B 8 9 7 8 1 9 9 6 ) 一级要求计算 出项 目污染物 的产生量 及排放量 2 3声环境影响分析 噪声 主要是粉碎机 、 鼓 引风机等 ， 其 声功率级 8 51 1 0 d B ， 在 设计 、 施 丁 、 安装时 ， 对 高噪声 设备采取隔声 降噪措 施 产生噪声 的设 备见表 7 表 7主要设备的声功率 d B ( A ) 设 备 名 称 声 功 率 设 备 名 称 声 功 率 锤 片粉碎机 8 5 螺杆式空压机 9 0 磨粉机 8 8 风力输送机 8 5 鼓风机 8 5 冷却塔 8 6 引风机 8 6 对设备的噪声治理首先是降低声源噪声， 应在设备选型、 操作T艺 方面 考虑 ， 尽量选用低 噪音设备 ； 其 次对 已产生的噪声在传播途径上采 用隔声 、 隔振 、 消声 、 吸声 以及 阻尼等措 施。采取这些措施后 ， 设备噪声 可以降低 l 02 0 d B ( A ) ， 满足相应 的噪声排放标准 ， 对环境影响较小。 2 4固体废物影响分析 固体废物主要是发酵工段产生的酒糟滤渣 ( 蛋 白质 、 维生 素 、 糖 分 、 纤维素等 ) 1 6 8 6万 a ， 可作 为饲料外售 ； 原料 中分拣时产生 的杂 质 O 8 万 ，可外售给相关饲料行业企业再筛选利用 ；锅炉房产生 的煤灰 渣 2 5 7 6 a ， 锅