（化学工程专业论文）酒精生产过程扩产与节能优化.pdf

捅要 随着能源价格的不断上涨和市场竞争的日趋激烈，如何有效降低酒精产品成本、减 少生产过程能源消耗是酒精生产企业。特别是一些老酒精企业面临的难题。因此，探索 适合企业生产现状的节能降耗工艺流程方案对于降低企业生产成本，增强产品市场竞争 力，以及提高企业经济效益均具有十分重要的理论与现实意义。 顺冠气体溶剂有限公司酒精车间最近完成的扩产节能技术改造取得了较好的物料 与节能经济效益，本论文研究以此改造项目为背景，探讨适合酒精老厂的扩产节能优化 措施和方案。 酒精生产工艺主要包括两个部分：发酵工序和蒸馏工序，发酵工序的成熟醪即为蒸 馏工序的原料。老厂酒精生产成本居高不下的原因通常涉及以下两方面：一是发酵率低， 成熟醪含酒率低，残糖高，造成原料损耗大；二是蒸馏工序能源浪费严重，大量废水废 液的热能没有得到回收利用，以致蒸汽、水和电的耗用量高，生产成本难以下降，经济 效益低下。本次技术改造针对企业生产现状，通过产能核算找出生产瓶颈所在，综合分 析车间能量利用状况，考虑到旧生产车阎平面布置及框架承重限制，新增设备的空间有 限，改造方案以少投资、多产出为原则，充分挖掘原有设备的生产潜力，依靠新技术， 新工艺，采取一切行之有效的措施，合理综合利用酒精生产过程中可利用的废热资源， 减少能源浪费，提高装置的的能量利用效率及经济效益，实现扩大产能、节能降耗的目 标。技术改造重点涉及能量利用和能量回收两个环节的用能改进，主要内容包括：发酵 工艺优化，应用固化酵母发酵代替游离酵母发酵，加大糖蜜原料的处理量，稳定成熟醪 的产量与质量；采用高效蒸馏塔板，提高汽液传质效率以及粗酒精的处理能力，消除生 产瓶颈，降低蒸汽消耗；回收酒精发酵副产物二氧化碳，增加瓶装液体二氧化碳产量， 为企业谋求最大科润空间；采用气相过塔工艺，节省醛塔蒸汽耗用量和粗馏塔冷凝用水； 回流比优化，通过核算与试验，确定最佳回流比，降低操作费用；设备保温改进，减少 过程能量损失；综合利用生产过程中的废热资源，节约蒸汽耗用量；车间内用水实现一 水三用，减少一次水的使用；分析车间耗酸问题，降低价格较高的磷酸使用量。 本次酒精生产过程技术改造总投资1 2 0 万元，实施后酒精日产量由原来的4 0 吨天 提高到6 0 吨天，产能增加5 0 ，吨酒精产品蒸汽消耗由原来的4 5 吨降到3 0 6 吨，每 年为企业实现节能经济效益3 1 1 万元，同时水电消耗量也有较大幅度的下降，投资回收 期小于半年。 关键词：酒精；扩产；节能；用能优化 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s eo fe n e r g yp r i c ea n dt h es e v e r i t yo fm a r k e tc o m p e t i t i o n , t h em a i n p r o b l e mf a c e db ya l c o h o le n t e r p r i s e s , e s p e c i a l l yf o rt h eo l da l c o h o le n t e r p r i s e si sh o wt o e f f e c t i v e l yr e d u c et h ec o s to fa l c o h o lp r o d u c t sa n dd e c r e a s et h ef f l l e r g yc o n s u m p t i o no f a l c o h o lp r o d u c t i o n t h e r e f o r e ，i ti sv e r yn e c e s s a r yt oe x p l o r e8 0 m er e t r o f i t t e dp r o c e s s f l o w s h e e t sf o rb e t t e re n e r g ya n dm a t e r i a lu t i l i z a t i o n , w h i c hw i l lh a v ep o s i t i v et h e o r e t i c a la n d p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ef o ra l c o h o le n t e r p r i s e st od g g r e a s et h ep r o d u c t i o nc o s t s , e n h a n c et h e p r o d u c tc o m p e t i t i v ea b i l i t ya n dm a x i m i z et h ee c o n o m i cp r o f i t s a p r o c e s sr e t r o f i tc o m p l e t e dr e c e n t l yf o rc a p a c i t ye x p a n s i o na n de n e r g ys a v i n go ft h e a l c o h o lw o r k s h o pi ns h u n g u a ng a sa n ds o l v e n tc o m p a n yl i m i t e dh a sa c h i e v e dag o o d e c o n o m i cp r o f i t t h i st h e s i st a k e st h i sr e t r o f i t t e dp r o j e c ta sar e s e a r c hb a c k g r o u n d a n d e x p l o r e st h ei m p r o v i n gm e a s i l r e sa n dc o r r e s p o n d i n go p t i m a ls c h e m e sf o rc a p a c i t ye x p a n s i o n a n de n e r g ye f f i c i e n tu t i l i z a t i o nf o rt h eo l da l c o h o lf a c t o r i e s ag e n e r a lp r o c e s sf o ra l c o h o lp r o d u c t i o ni s m a i n l yc o m p o s e do ft w op a r t s ，i e f e r m e n t a t i o na n dd i s t i l l a t i o n t h em a t u r eu n c l e a rw i n ef r o mt h ef e r m e n t a t i o np r o g e s si st h e l a wm a t e r i a lt ot h ed i s t i l l a t i o np r o c e s s t h er e a s o n sf o rh i g hp r o d u c t i o nc o s ti ns o m eo l d a l c o h o lf a c t o r i e sg e n e r a l l yr e l a t et ot h ef o l l o w i n gt w oa s p e c t s f i r s t l y , l o wf e r m e n t a t i o n e f f i c i e n c y , l o wr a t i oo fa l c o h o la n dh i g hr e m a i n i n gs u g a ri nt h em a t u r eu n c l e a rw i n e ，w h i c h m a k e sah i g hm a t e r i a lw a s t a g ew i t h i nt h ep r o c e s s s e c o n d l y , t h eh i g he n e r g yl o s si nt h e d i s t i l l a t i o np r o c e s s ，a n dt h et h e r m a le n e r g yo ft h ew a s t es t r e a m si sn o tr e c o v e r e df o rr e - u s e , w h i c hr e s u l t si nal a r g em o u n to fs t e a ma n de l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o n t h er e t r o f i ts t u d i e di n t h i st h e s i sf o ra l c o h o lp r o d u c t i o ni m p r o v e m e n ti n v e s t i g a t e st h ep r e s e n te n e r g y - u s ec o n d i t i o n s o fs h u n g u a ng a sa n ds o l v e n tc o m p a n yl i m i t e d , b a l a n c e st h ep r o d u c t i o nc a p a c i t yw i t h i nt h e w h o l ef a c t o r yt oi d e n t i f yt h ep r o c e s sb o t t l e n e c k s ，a n da n a l y z e st h ee n e r g y - u s es i t u a t i o no f t h e w h o l ew o r k s h o p t h ep r i n c i p l ef o rt h i sr e t r o f i ti st om a k em o r ep r o f i t so nt h ep r e m i s eo fl e s s i n v e s t m e n tb e c a u s et h ea l c o h o lw o r k s h o ps t u d i e di sh a r dt op r o v i d et h ep l a c er e q u i r e df o r i n s t a l l i n gt h en e w l y - a d d e df a c i l i t i e s t h em a i nm c a s u 佗a d o p t e di st oa p p l yt h en o v e l t e c h n o l o g i e sa n dp r o c e s s e st od e v e l o pt h ep o t e n t i a lc a p a c i t yo ft h ee x i s t i n ge q u i p m e n t , i m p r o v et h ee n e r g yu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c yo fp r o c e s su n i t s , a n dr e c o v e re f f e c t i v e l yt h e a v a i l a b l ew a s t ee n e r g ys oa st oe x p a n dt h ec a p a c i t ya n di m p r o v et h ee n e r g yu t i l i z a t i o n e f f i c i e n c yw i t h i nt h ew h o l ea l c o h o lw o r k s h o p t h er e t r o f i t e m p h a s i z e st h ee n e r g y - u s ei m p r o v e m e n ti nb o t l le n e r g y - u s ea n d e n e r g y - r e c o v e r ys u b s y s t e m s t h ei m p r o v i n gm e a s u r e si n c l u d ef o l l o w i n gp o i n t s ：f i r s t l y , t o o p t i m i z et h ef e r m e n t a t i o np r o c e s sb yu s i n gt h ef o s s i l i z a t i o ny e a s ti n s t e a do f t h e 舶ey e a s tf o r e i l l a r g i n gt h ep r o c e s s t h r o u g h p u to f t h em o l a s s e sm a t e r i 吐a n ds t a b l i n gt h eo u t p u ta n dq u a l i t y o fm a t u r ew i n e s e c o n d l y , t od e c r e a s et h es t e a mc o n s u m p t i o nb yu s i n gt h eh i g h - e f f i c i e n c y c o l u m nt r a yt o 既t h a l r l c et h em a s st r a n s f e rb e t w e e nv a p o r p h a s ea n dl i q u i dp h a s e ，a n dd i m i n a t e t h ep r o c e s sb o t t l e n e c k ss oa st oi n c r e a s et h ep r o d u c t i o na b i l i t y t h i r d l y , t oi n c r e a s et h eo u t p u t o fl i q u e f i e dc a r b o nd i o x i d eb yt h eb y p r o d u c tr e c o v e r yo fa l c o h o l i cf e r m e n t a t i o n f o u r t h l y , t o r e d u c et h ec o n s u m p t i o no fs t e a ma n dc i r c u l a t i n ge o o l m gw a t e ri na l d e h y d ec o l u m nt h r o u g h t h ev a p o r - s t a t ef e e d st e c h n o l o g y f i f t h l y , t ol o w e rt h eo p e r a t i n gc o s t sb yo p t i m i z i n gt h er e f l u x r a t i o s i x t h l y , t or e d u c et h ee n e r g yl o s sb yi m p r o v i n gt h ee q u i p m e n ti n s u l a t i o ms e v c n t h l y , t o d e c r e a s es t e a mc o n s u m p t i o nb yr e c o v e r i n gt h ew a s t eh e a t e i g h t h l y , t or e d u c et h e 舶s hw a t e r c o n s u m p t i o nb ym u l t i - s t a g eu s eo fw a t e r f i n a l l y , t ol o w e rt h eu s a g eo ft h ee x p e n s i v e p h o s p h o r i ca c i db ya n a l y z i n ga n do p t i m i z i n gt h ea c i du t i l i z a t i o np r o c e s s t h et o t a li n v e s t m e n tf o rt h ea l c o h o lp r o c e s sr e t r o f i ti s1 2m i l l i o ny r m b i ti sp r o v e d t h a tt h ec a p a c i t yo ft h ea l c o h o lp r o d u c t i o ni n c r e a s e df r o mt h eo r i g i n m4 0t o n so fa l c o h o lp e r d a yt o6 0t o n so fa l c o h o lp e rd a ya f t e rt h ep r o c e s sr e t r o f i t ，a n dt h ec a p a c i t ye x p a n s i o ni su pt 0 5 0 t h es t e a mc o n s u m p t i o nd e c r e a s e df r o mt h eo r i g i n a l4 5t o n st o3 0 6t o n sp e rt o no f a l c o h o lp r o d u 眈t h ea n n u a le c o n o m i cp r o f i ta t t a i n e di su pt o3 1 1m i l l i o n ￥r m b m e a n w h i l e ，t h ew a t e ra n de l e c t r i c i t yc o n s u m p t i o nd e c r e a s e dg r e a t l y t h ei n v e s t m e n tp a y b a e k p e r i o di sl e s st h a ns i xm o n t h s k e y w o r d s ：a l c o h o l ；c a p a c n ye x p a n s i o n ；e n e r g ys a v i n g ；e n e r g y - u s eo p t i m i z a t i o n l l t 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得 的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承 担。 作者签名：f 司撕 日期：磷明泪 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权 保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被 查阅( 除在保密期内的保密论文外) ；学校可以公布学位论文的全部或部分 内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 本学位论文属于： 口保密，在年解密后适用本授权书。 曰不保密。 学位论文全文电子版提交后： 臣侗意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览。 ( 请在以上相应方框内打“”) 本人签名：l 鱼纽 日期： 导师签名： 皇盗矗查 日期： h 一。72 莎 砂晒否f 1 扩 第一章绪论 第一章绪论 1 1 概况 酒精作为基础原料和溶莉，广泛应用于国民经济许多部l , - j 。在食品工业中，酒精 是配制各类白酒、果酒、葡萄酒、露酒、药酒和生产食用醋酸及食用香精的主要原料； 在化学工业中，利用酒精可以制造合成橡胶、聚氯乙烯、聚苯乙烯、乙二醇、冰醋酸、 苯胺、乙醚、脂类、环氧乙烷和乙基苯等大量化工产品；酒精也是生产油漆和化妆品不 可缺少的溶剂；在医药工业和医疗事业中，酒精用来配制、提取医药制剂和作为消毒剂； 染料生产、国防工业及其它工业部门也需要大量酒精。酒精工作与农业也有密切关系， 酒精生产是农产品深加工和综合利用的重要途径。1 9 7 3 年，世界上接连发生了两次石油 禁运( 西方称石油危机) ，严重影响西方国家石油供应，使得代用燃料的研究得到广泛重 视，而酒精作为一种潜在能源身价百倍，在汽油中加入5 2 0 无水酒精而得到汽油 醇 2 1 。另外，酒精还可以作为抗爆莉加入汽油中，代替四乙基铅，以减轻汽油燃烧废气 对空气的污染。 酒精工业在我国已有近百年的发展历史 3 1 。解放前，我国酒精工业基础十分薄弱， 只有沿海、东北、四川等地的小生产厂家，新中国成立后，随着国民经济发展和白酒液 态生产法的推广，酒精工业得到快速发展，到目前为止，我国年生产酒精能力约5 0 0 万 吨，其中商品酒精约2 0 0 万吨，自产自用酒精约3 0 0 万吨，图1 1 为国内酒精产量及需 求变化 3 1 ，采用不同原料生产酒精的产量比例如图1 2 所示。我国酒精工业通过数十年 的努力，在生产技术和管理水平上均有很大提高，但是，在生产节能、资源综合利用、 自动化等方面与国际先进水平还有一定距离。随着经济的发展，酒精工业在我国国民经 济发展中占有重要地位，酒精工业在轻工业中所占比例逐渐增大，从而为国民经济发展 做出突出贡献。 华南理工大学硕士学位论文 图l l 中国酒精产量及需求走势图 f i g 1 1 t h et r a c ko f a l c o h o lq u a n t i t ya n dd e m a n di nc h i n a 图l 一22 0 0 5 年不同原料酒精产量比例图 f i g 1 2 t h ep r o p o r t i o no f d i f f e r e n tm a t e r i a li na l c o h o lp r o d u c t i o ni n2 0 0 5 1 2 我国酒精工业的现状 4 1 由于历史原因，我国酒精厂家星罗棋布，遍及全国隶属十多个省份，规模大小参差 不齐，行业管理混乱。特别是酶剂工业和酵母工业的发展，促进中小酒精厂的兴起。而 中小酒精厂一般都是地方经济的支柱企业，所以在税收上给予一定优惠政策。目前一些 国家酒精厂多实行包税制，使国税流失已超过现征收的消费税。酒精工业以前多以国营 企业为主，而现在合资、兼并、股份、集体和私营企业不断扩大，随着国企改革深入， 2 第一章绪论 私营企业将会在国民经济发展中占主导地位。 近几年来，随着国家的深化改革，酒精行业也出现了前所未有的市场危机：酒精生 产严重过剩，产需不平衡。一方面，国家粮食和谷物的增产，酒精工业原料充足，另一 方面，酒精和白酒的高税收已成为地方财政收入的重要来源，一些地区盲目的扩建和新 建酒精生产项目，使得实际市场需求量不足酒精总产量的一半酒精厂盲目建设，给国 家、企业带来严重损失。由于酒精成本高，作为有机化工原料在化工行业的应用量渐渐 下降，而冰醋酸成本低于酒精，以甲醇为原料合成冰醋酸的技术项目，国内已有几家投 产，冰醋酸等在化工行业的变原料生产，减少了酒精的使用。加上合成酒精，糖酒精的 低价冲击，使本来形势严峻的酒精市场，竞争更加激烈，企业效率相对偏低，大多数只 能维持生产状态，企业效益大幅度下滑。 我国酒精生产过程中成本高，能耗大，与国外先进技术水平相比存在一定的差距。 我国许多酒精企业至今还沿用传统的生产工艺。虽然经过多次技术改造，但与国外先进 技术相比仍有较大差距。国外酒精生产企业的节能考虑系统性较强，例如热电联产、低 温蒸煮、连续发酵、差压蒸馏、多效蒸发、热泵利用、自调自控等工艺技术广为采用。 在国外玉米原料酒精生产倾向于推广使用耐高温a 一淀粉酶进行中温蒸煮的方法，它有 节能和提高酒精糟质量的优点。大中型企业推广热电联产节能法，远近结合、以汽定电、 留有余汽用备用炉调峰和保证必需背压等。而我国酒精生产的技术更新、节能改造和资 源综合利用方面则投资少、效益差，比如c 0 2 回收，每吨可增收5 0 0 元。酒精糟液的利 用更有多方面的效益，发展下游产品，例如白酒、供食品和医药用的冰醋酸等都能收到 好的效果，而我国在这些方面较为欠缺。 酒精糟液环境污染严重，对其治理追在眉睫。每生产1 吨酒精副产酒精糟1 2 1 5 吨，其中c o d 达4 x 1 0 4 m g l 7 x 1 0 4 r a g i - , ，b o d 达3 x 1 0 4 5 x 1 0 4 m g l ，造成严重污染 源。我国酒精工厂多，且大多数设在城市，副产品酒精糟总量达3 0 0 多万吨年，大多数 没有得到很好的利用，污染十分严重，很多新建、扩建企业没有对酒糟的合理处理进行 规划，增大了污染源。由于酒糟废液量大，加之处理技术不够，目前已经成轻工业中第 二个大污染源。为此，对酒糟的合理处理是酒精工业的大事。 1 3 酒精行业的对策及发展思路【5 】 1 国家应加强调控 目前我国酒精工业正处于困难时期，国家有必要加强宏观调控，如要严格审批新、 3 华南理工大学硕士学位论文 扩建工厂，防止重复建设；严格作好对生产许可证的审发工作，健全质量保证体系，监 督酒精质量；严格执行新、扩建企业的环保标准，防止新污染源增加，并对老企业的污 染问题进行限期治理；要重点扶持有较高管理水平和技术水平的大中型企业的改革和发 展，对综合利用、环境治理、节能降耗的投资优先提供低息贷款，对其产品进行减免税： 要消除地方保护主义，统一税收政策，加强税收监督，严肃征管纪律；对某些企业，必 要时应派驻厂员，使所有企业都有同样税收的条件下进行竞争，防止“优厂减产，劣厂 发展”；酒精属工业原料，不同于一般商品，应停征消费税；还需建立和加强酒精工业 协会，国家为加强宏观调控，行业为组织、团结、协调行业成员都需要建立行业协会。 如山东、安徽、江苏等几个酒精大省都建立了酒精工业协会。 2 酒精企业需要自强 市场经济竞争激烈是必然的，酒精工业只有创造优势、不断前进才可免被淘汰。改 革开放以来，企业已经实现了机制转换、机构调整，今后需要继续做好各项基础工作。 企业应千方百计地降低成本创造竞争优势。针对市场经济，企业应研究市场变化，重视 市场信息，优化经营机制，采用灵活多样的促销和售后服务来扩大市场份额，努力发展 国外市场。企业应通过发展规模经济、调整产品结构、提高产品质量、创造名牌产品、 加强科技投入、编制远近规划、进行技术改造、发展综合利用、开拓下游产品和多种产 品、进行多种经营，进行集团联合等措施来增强活力。企业还应着手提高职工素质，并 加强厂、学、研、设、制的结合。 3 应用新技术 积极引进、研究和发展新菌种、新工艺、新设备和新技术，并尽快用于企业生产。 在菌种选育方面，常规的诱变育种技术加上遗传工程技术，将有可能获得能直接发酵成 淀粉、纤维素、半纤维素的菌株；纤维素酶高产菌株、耐高温酵母和其它优良的酒精发 酵微生物、抗杂菌酒精发酵菌也将有得到的可能。任何上述一个菌株的获得都将从根本 上改变目前酒精生产的面貌。关于新工艺，高发酵强度酒精发酵新工艺也将会有突破性 的进展。现在实验结果，发酵强度已超过1 0 0g ( l ”，也就是说比间歇发酵提高了5 0 倍以上。为此在工业生产上争取达到5 0g ( l h ) 是完全有可能的。自2 0 世纪8 0 年代末 期，安徽特级酒精厂引进玉米酒精d d g s 生产线投产后，又有北京、上海、天津、哈尔 滨、山东等厂家引进国外技术设备投入运行，从而使我国酒精生产技术进入一个新时期、 新工艺，新技术、新设备、新材料普通地推广应用，提高了酒精质量，降低了生产成本， 扩大了生产规模。可见引进新设备，新技术能大大加快我国酒精行业的发展。 4 第一章绪论 4 提高自控与微机控制水平 除了应用传统自动化仪表作为酒精生产的自动控制手段外，由于计算机技术的发展 及其在多领域的应用，在未来的酒精生产装置中，微机控制系统应作为首选对象，它可 以解决传统自动化仪表不能达到控制质量要求的问题，提高自动控制质量，为保证酒精 生产过程和产品质量的稳定奠定基础。 5 搞好酒糟处理工作 酒糟处理的指导思想应当是将酒糟作为一个有用的原料来处理，要将生产s c p 、燃 料，饲料、肥料或其它生物制剂与酒糟的处理结合起来进行或在工艺中消除污染源，最 终达到无污染排放。不同原料的酒糟有着不同的利用方法，工厂首先需要确定今后使用 什么原料，然后才确定可利用的工程设计。 6 酒精工业的前景 随着世界石油资源的日益枯竭，人们又把酒精作为可以再生的生物能源，成为未来 能源构成中的重要组成部分。目前，我国酒精生产已发酵法为主，主要原料有薯干、玉 米、糖蜜等。近年来，新工艺、新技术的不断涌现以及农作物的结构变化，为酒精生产 展示了更加广阔的前景。 1 4 企业生产现状 1 4 1 酒精车间发展情况 顺冠气体溶剂有限公司是顺糖集团下属全资子公司，公司酒精车间始建于1 9 5 1 年， 当时的设计产量为3 0 0 0 吨g ，于1 9 8 2 年进行了第一次技术改造，产量扩大到7 5 0 0 吨， 年，随后在原有设备基础上不断加以改进，2 0 0 4 年产能达到1 2 0 0 0 吨，年。 1 4 2 生产原料及其特点 酒精车间所用的生产原料是糖蜜。糖蜜是糖厂生产糖后的一种副产物，含有能被酵 母吸收利用的可发酵性糖，生产原理如下： c 1 2 如o l l + b o 查壁- 2 c 6 h 1 ：, 0 6 蔗糖葡萄糖 伽1 2 0 6 骂2 c i - b c i - h o + 2 c 0 2 葡萄糖 3 0 3 2 乙醇 糖蜜原料生产酒精时，不需要对原料进行蒸煮糖化，而是对糖蜜进行稀释、酸化、 澄清、添加营养盐等处理后就可进行酒精发酵。糖蜜原料生产酒精的工艺过程较简单， 5 华南理工大学硕士学位论文 发酵周期短，生产成本也较低。糖蜜原料中主要含蔗糖和还原糖类，可被酵母直接发酵 生产酒精，它的主要特点有： 1 糖蜜的干物质浓度大约在8 0 9 0 0 bx 之间，总糖分在5 0 以上。在这一浓度下， 酵母的生长、繁殖、合成酶系以及通过细胞质膜均难以进行，所以糖蜜必须首先经过稀 释才能进行酒精发酵，稀释后的糖液浓度随生产工艺流程和流加工艺条件的不同而异。 在采用双浓度流程中，酵母培养用稀糖液，含干物质1 2 1 4 ，而酒精发酵用的稀糖液 浓度，需根据成熟醪中酒精含量及酵母醪与所用稀糖液浓度的配合比例计算，体积分数 一般为3 3 3 5 。 2 糖蜜一般都被很多杂菌污染，特别是产酸细菌，为了保证酒精发酵的正常进行， 糖蜜需要经过灭菌或酸化处理。 3 甜菜糖蜜多为碱性，p h 值为7 4 ，不适宜酵母的发育与发酵，需要先用硫酸中和 调整至微酸性p h 值为4 4 5 时才能进行酒精发酵。甘蔗糖蜜一般呈微酸性，仅需添加 少量硫酸调整其p h 值为4 4 5 。 4 糖蜜中含有5 1 2 的胶体物质、焦糖和黑色素等。糖蜜在制糖煮炼过程中常 因局部过热，使部分可发酵性糖焦化变为焦糖和黑色素，其中黑色素的产生是由于局部 过熟，葡萄糖脱水生成a - 羟甲基糠醛。n - 羟甲基糠醛与糖蜜中的氨基酸化合生成的，颜 色呈深褐色。这不仅仅损失一部分可发酵性糖，而且对酵母的酒精发酵作用抑制较大， 使发酵进一步降低，也是酒精发酵时产生大量泡沫的主要原因，导致发酵罐的利用率降 低。同时胶体物质会吸附在酵母的表面，使酵母新陈代谢作用发生困难，特别是焦糖与 黑色素对酵母的酒精发酵作用抑制较大。广东省一些糖厂曾做过糖蜜焦化对糖蜜酒精发 酵影响的试验，糖蜜经加热至1 4 0 后，一部分可发酵性糖已被破坏，变成焦糖，使非 发酵性糖显著增加，从4 7 增至8 7 6 ，可发酵性糖从5 5 6 降至4 2 2 7 ，即有1 3 的可发酵性糖损失了。如果在糖蜜中稍添加一点焦糖液，非发酵性糖对糖分比率明显增 加，发酵过程通过检检，发现酵母明显受抑制，酵母衰老，成熟醪酒精含量下降，残糖 上升，发酵率明显下降。焦糖越多，发酵率越差，残糖率越高。添加至2 0 e 焦糖液的糖 蜜，酒精发酵后，残糖率增加0 5 2 ，发酵率下降3 5 3 ；添加3 0 焦糖液的糖蜜，酒 精发酵后，残糖率增加0 7 9 8 ，发酵率下降4 3 4 。因此，发酵前将糖蜜中的焦糖、黑 色素与果胶质等物质等除去，不仅可以提高发酵设备的有效容量和设备利用率，同时可 大大提高发酵率。 5 糖蜜中的灰分含量大，由于原料种类、产地、制糖方法以及工艺条件的不同，一 6 第一章绪论 般糖蜜的灰分为5 1 6 ，通常炼糖的糖蜜灰分较少，纯度较高。近年来由于制糖提 炼技术的提高，糖蜜中的灰分比过去明显增加。糖蜜中的灰分杂质多，纯度低，不仅使 发酵率下降，同时也会使发酵罐、冷却器、蒸馏塔等设备容易积垢，因此，发酵前糖蜜 的灰分杂质也应尽量除去。 6 糖蜜中的重金属离子，例如铜离子( c u ”) 、铅离子( p 旷) 等，尽管一般含量不 是很大，但是，糖蜜中具有相当微量的重金属离子，特别是铜离子( c u ”) 只有0 0 0 0 5 0 0 0 1 时，就能使酵母菌受抑制。c 矿对酵母生长抑制程度的试验表明，c 矿含量达 0 0 0 5 ，酵母则停止生长。由此可见，糖蜜酒精发酵过程中，对糖蜜中含量虽微的重金 属离子，要引起足够的重视。 7 糖蜜中灰分胶体物质等非糖杂质多，杂菌也多，因此，在生产实践中选育和驯养 强壮且能耐高温、耐高酸、耐高浓度的酵母菌种，显得特别重要。 8 糖蜜所含的氮和磷，按其种类、产地、时间、制糖方法不同而异，因此，糖蜜酒 精发酵中应适当添加营养成分。 9 糖蜜酒精发酵代谢生成的酯醛等头级杂质和杂醇油较多，对成品酒精质量影响较 大，通常采用通气培养酵母的工艺。代谢产物含醛类特别多，同时蒸馏过程中泡沫较多， 容易积垢。 1 4 3 酒精生产工艺流程 酒精生产工艺流程主要由两个生产工序组成，分别是发酵工序和蒸馏工序，其中发 酵工序采用双浓度流加连续发酵法，蒸馏工序采用三塔系蒸馏机组连续蒸馏法。图l - - 3 为酒精生产的工艺流程框图。 7 华南理工大学硕士学位论文 1 发酵工序 图1 - - 3 酒精车间生产流程 本厂酒精车间原选用a s 2 1 1 8 9 ( 古巴i ) 酵母菌，细胞星球形或腊肠形，菌落呈 白色，有光泽，中心部凸起，边缘有皱折，最适合发育的温度为2 5 2 8 c ，最适合发酵 温度为3 1 3 8 ，发酵p h 值3 0 5 0 ，耐酒能力较强。该菌种的培养方法是间歇式酒 母培养，扩大培养流程见图1 4 。该方法是将每次接种培养的新鲜酵母菌种接入小酒母 罐，小酒母培养成熟后接入大酒母罐继续扩大培养。大酒母成熟后接入发酵罐进行酒精 发酵。由于该方法接种次数多，操作麻烦，菌种对环境适应能力较差，所以采用循环接 种法，即将第一次培养成熟的种子流下1 3 左右，再加入新鲜稀糖液进行培养，如此反 复进行。如能保证无菌条件，一般可以连续生产几个月或更长时间不换种。培养酒母用 8 第一章绪论 的稀糖液体积分数为1 2 1 4 ，酸度为6 7 ，培养温度2 8 3 0 。当酒母培养至其 发酵度为6 5 时，开始通入无菌空气，通风量一般为2 3 m vm i n 酒母醪。以这种方法 培养酒母，一般经1 2 1 4 h 即可成熟。成熟酒母醪含酒精3 4 ，酵母细胞数为1 o 1 2 亿- n d 。 2 8 3 0 ( 2 5 0 l 2 8 3 0 5 0 0 l 2 8 3 0 c 百j i f 第一纯粹培养罐面= i i 萄再尹第二纯粹培养罐1 万面i 酒母罐 1 2 0 b x 稀糖液 降5 0 1 2 0 b x 稀糖液 图l 一4 酒母扩大培养流程 f i g 1 4s e e d i n gy e a s te x p a n s i o nr a i s ef l o w 发酵工序采用双浓度流加连续发酵法，把浓糖蜜稀释成两种不同浓度，一种供给酒 母培养用，另一种作为发酵的基本糖液。双浓度糖蜜酒精发酵流程如图l 一5 所示。从 贮罐出来的糖液经过配制成为酸化液和浓糖液，再经过两个稀释器进行稀释，分别连续 均匀地同时流加入l 号罐，接种量为5 左右。为了使l 号种子罐的酵母保持足够旺盛 的生命力和较快的生长速度，对1 号罐进行连续通气搅拌。从流加罐出来的醪液顺次流 入后面的发酵罐，直到末罐时发酵结束，成熟醪送去蒸馏工序。 该流程的发酵周期约为4 0 小时，成熟醪含酒精体积分数约8 9 。 9 蒙 扔 薹i 妖 华南理工大学硕士学位论文 图l 一5 双浓度糖蜜酒精发酵流程图 f 培1 5 d o u b l ed e n s i t ym o l a s s e sf e r m e n t a t i o nf l o w 2 蒸馏工序 蒸馏工序采用三塔系蒸馏机组连续蒸馏法，三塔系由粗馏塔( 也称醪塔) 、醛塔、 精馏塔组成，工艺流程见图1 6 。 成 粗馏塔精馏塔 图1 6 三塔系蒸馏机组工艺流程 f i g 1 - - 6 t h ef l o wo f t h r e ed i s t i l l a t i o nc o l u ms y s t e m l o 不凝气体 工业酒精 第一章绪论 图中发酵成熟醪经高位箱流入粗馏塔顶上的醪液预热器，利用酒精蒸汽将醪液预热 至6 0 c ，通过二氧化碳分离器进入粗馏塔，在粗馏塔的底部送入蒸汽，加热各塔板上的 物料。废糟液则从塔底流入糟池，粗酒精经塔顶冷凝器冷凝成液体流入醛塔进料层。醛 塔由底部送入蒸汽，加热各塔板物料，顶部酒精蒸汽进入醛塔冷凝器冷凝，绝大部分冷 凝液返回醛塔顶部，从最后一个冷凝器中抽出部分做工业酒精，以提高最终产品质量。 脱醛酒精在塔底借助一定的液位差流入精馏塔中下部进料层进行最后提纯。 1 4 4 产品执行标准 酒精车间产品质量执行标准为g b l 0 3 4 3 - - - 2 0 0 2 食用酒精普级，详见表l l 、 表1 2 。 表1 - - 1g b l 0 3 4 3 - - 2 0 0 2 食用酒精 t a b 1 一lg b l 0 3 4 3 _ 2 0 0 2 ( e d i b l ea l c o h 0 1 ) ) 表l 一2g b l 0 3 4 3 - - - 2 0 0 2 食用酒精感官要求 旦坠：! 二! 要塑! q ! 兰! 二兰q 丝! 鲤塑! 型1 2 些! ! ! 竺苎竺业塑 项目特级优级 普通级 华南理工大学硕士学位论文 1 4 5 酒精生产主要能耗指标 原生产线能耗( 生产每吨普级食用酒精计) ： 蒸汽：4 5 吨 电：1 0 0 k w h 水：6 0m 3 硫酸：1 9 5 】( g 磷酸：8 6 4 】【g 1 5 酒精车间扩产与节能优化 1 5 1 酒精车间扩产与节能优化的意义 随着市场竞争日益激烈，酒精车间面临能耗高，产量低的难题，在生产过程中，能 源消耗约占酒精生产成本的1 0 左右，水、电、蒸汽的年平均消耗量较一般生产企业高。 有关资料显示，我国酒精行业中一级企业每吨酒精产品能源消耗中水为4 0 7 一，蒸汽 为3 吨，电为4 5k w h 。指标比较可知，本厂酒精生产在产品能耗方面相差甚远，节能 潜力较大。特别是生产工艺较落后，产量低，各项指标高居不下，能源浪费严重，造成 经济效益低下。因此，探索适合企业生产现状的节能降耗措施和工艺方案是十分必要的， 这对于降低企业生产成本，增强产品竞争能力，提高企业经济效益具有积极的现实意义。 1 5 2 酒精车间扩产与节能优化的内容 本次酒精车间技术改造的目标是扩产和节能优化，即要解决两个问题：第一，在现 有车间、老设备基础上依靠技术更新，消除瓶颈，扩大生产能力，提高设备利用率；第 二，依据核算结果，采取一切行之有效的措施，合理综合利用酒精生产过程中可利用的 废热资源，减少能源浪费，实现节能降耗，降低酒精生产成本。考虑到平面布置，以及 原有厂房结构不适宜作大的改动，所以技术改造方案要注意发挥现有企业和现有生产装 置的潜力，走内涵发展路线，力求少投资、多产出，提高装置的经济效益与产品竞争力。 内容主要包括： 1 优化发酵生产工艺； 2 回收酒精发酵副产物二氧化碳； 3 减少蒸馏过程本身对能量的需求； 4 热能的回收利用； 5 酒精生产用水耗酸问题的探讨。 第二章优化酒精发酵工序 第二章优化酒精发酵工序 2 1 优化发酵生产工艺 2 1 1 选用固化酵母发酵工艺 传统的酒精发酵工艺，采用游离细胞发酵，不但酵母培养过程繁杂，容易受到环境、 材料与人工操作等多种因素影响。如果把酵母细胞固定起来，使其不易流走，这样在发 酵罐内的酵母细胞浓度就很大，发酵速度比游离细胞发酵快得多。因为在酵母细胞中有 一套完整的酶系统，它能将葡萄糖经一系列的酶促反应生成酒精，所以，将酵母细胞固 定，实际上就固定了一套酒精发酵的酶系统，而且这种酶系统受细胞壁的保护，不易流 失和损坏。当采用连续发酵时，可将酵母细胞固定在一个发酵罐中，一边进糖液一边排 出发酵成熟醪，换言之，利用一个发酵罐就可代替原来数个发酵罐的作用，设备利用率 较高，并且减少了设备投资。游离细胞和固定化细胞的酒精生产能力比较见表2 - - 1 ，固 定化酵母细胞连续发酵与分批发酵工艺比较见表2 2