甘蔗糖蜜酒精生产新技术的集成应用及节能效益分析

卢柳忠，陆登俊，梁欣泉

（1.广西凭祥市丰浩酒精有限公司，广西 凭祥 532605；2.广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004）

生产工艺

甘蔗糖蜜酒精生产新技术的集成应用及节能效益分析

卢柳忠1，陆登俊2，梁欣泉2

（1.广西凭祥市丰浩酒精有限公司，广西 凭祥 532605；2.广西大学轻工与食品工程学院，广西 南宁 530004）

介绍了年产5万t甘蔗糖蜜酒精生产线建设项目中集成应用的新技术、新工艺，并对其节能效益进行分析。实践表明，该生产线在保证酒精产品质量的同时，节能降耗，降低成本，经济效益、社会效益和环保效益显著，为甘蔗糖蜜酒精生产提供新方法和新思路。

甘蔗糖蜜；酒精；节能；蒸馏；精馏

乙醇俗称酒精，广泛应用于食品、化工、医药、国防等各个领域。同时，作为一种清洁能源，乙醇被认为是最适合的石油替代能源，正日益得到各国的重视，推广使用车用乙醇汽油将是我国一项长期的重要能源战略性举措[1-2]。2010年，我国燃料乙醇产量达到322万t，继美国和巴西之后，成为全球第三大燃料乙醇生产国。预计到2020年，我国燃料乙醇年产量可达1000万t，乙醇市场面临重大发展机遇[3]。

然而，乙醇以及燃料乙醇的生产，尚存在生产成本过高的问题。目前，制约我国甘蔗糖蜜酒精生产成本主要有两个方面[4-5]：一是发酵水平较低，成熟醪的酒精浓度只有9%~11%（V/V），发酵效率只有理论值的89%~90%，导致生产原料单耗较高，生产每t酒精（95%，W/V）需要消耗甘蔗糖蜜4.5t以上；二是蒸馏能耗高，约占总能耗的60%~70%。因此，集成、应用酒精生产先进技术，改进糖蜜酒精生产工艺，节能降耗，降低生产成本，提高企业经济效益，增强市场竞争力，是甘蔗糖蜜酒精生产企业面临的迫切问题。

本文介绍了广西凭祥市丰浩酒精有限公司在年产5万t甘蔗糖蜜酒精生产线建设项目中集成应用的新技术、新工艺，并对其节能效益进行分析，为甘蔗糖蜜酒精生产提供新方法和新思路。

1 甘蔗糖蜜酒精生产工艺流程

年产5万t甘蔗糖蜜酒精生产线以甘蔗糖蜜为原料，经稀释并添加营养盐，在微生物的作用下进一步发酵生产酒精。工艺流程见图1。

图1 甘蔗糖蜜酒精工艺流程Fig.1 Flow of cane molasses alcohol production process

2 新技术、新工艺及特点

2.1 以甘蔗汁代替水稀释糖蜜的预处理技术

糖蜜浓度高（90°Bx左右）且黏度大，酵母菌难以直接利用糖蜜进行发酵，需在发酵前将糖蜜加以稀释。在甘蔗糖厂生产期中，将糖厂压榨机列的后3座压榨机浓度低（6~8°Bx左右）的甘蔗汁泵送至酒精生产线，代替水稀释糖蜜到一定浓度后进行发酵，流程图如图2所示。

图2 糖蜜预处理流程图Fig.2 Flow of pretreatment of cane molasses

该方案有如下优点[6-8]：1）提升原料中的全糖分、纯度和维生素含量，减少胶体含量，有利于提高酒精产量和品质，促进酵母的生长繁殖；2）甘蔗汁的稀释作用，使得糖蜜发酵产酒精抑制因素的抑制作用相对减轻，发酵醪的酒度和发酵效率有所提高，发酵时间缩短，能耗降低；3）节约用水，节能降耗；4）降低废液中COD含量，减轻废液处理负荷。

2.2 以MF1001为生产菌株的甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵生产工艺

MF1001是一种由广西科学院研发的适用于甘蔗糖蜜高浓度酒精发酵的酿酒酵母生产菌株，具有发酵酒度高、发酵效率高、成熟醪残糖含量低、发酵废水排放量少等优点。酒精生产线采用以MF1001为生产菌株的甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵生产工艺，工艺流程见图3。

图3 甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵工艺流程Fig.3 Flow of fermentation process with High concentrate cane molasses alcohol

该工艺具有发酵时间短、发酵效率高、产酒率高、原料耗用少、生产成本低、节能减排、减少废水处理成本等优点。生产试验结果表明，发酵49.5h的成熟醪酒精，班产浓度最高达到14.1%（V/V），日产平均浓度最高达到13.8%（V/V），发酵效率最高达到理论值的98.89%（按糖蜜可发酵糖含量计），平均为97.72%；醪液可发酵残糖含量为0.64%~1.02%；生产t酒精（95%，m/V）的发酵废液排放量最低为7.57t，平均为8.17t；生产t酒精的标准糖蜜（80°Bx，总糖含量50%，非发酵还原物含量5%）单耗为4.1t。各项工艺指标均显著优于国内目前的发酵水平，生产效益显著[9-10]。

2.3 甘蔗糖蜜酒精蒸馏新工艺

酒精蒸馏过程消耗大量蒸汽，同时排出大量的酒糟废液。20世纪90年代从法国、奥地利等引进的差压蒸馏工艺，主要特点是利用高压塔蒸馏的酒汽作为低压塔的热源，使热源能重复利用，与常压蒸馏工艺相比，具有产品质量稳定、节能降耗、废液排放量少、冷却水用量少等优点[11-12]。

目前，糖蜜酒精厂的差压蒸馏工艺设备主要采用醪塔-精馏塔-杂质塔-水洗塔-脱甲醇塔等五塔系机组。客观来说，该项工艺还存在诸多问题：1）能耗偏高，每t酒精消耗蒸汽在3.0~3.5t，耗电100~200kWh左右；2）醪塔进料温度低，仅为50℃左右；3）塔际采用强制回流，耗电多，投资大；4）水洗塔工作过程能耗大；5）对于糖蜜酒精厂来说，专门设置脱甲醇塔并不必要，可对糖蜜原料进行低沸物预处理即可以解决甲醇问题。

针对以上存在的技术问题，对五塔差压蒸馏工艺进行优化改良，采用“醪-精馏组合塔-二精馏塔-高净化塔处理系统”生产糖蜜酒精，改造措施如下：1）采用顺压差技术，保证工序流程在温度压力上最大程度地自然顺流进行；2）增设低沸物超前分离装置，将发酵液中的低沸物在入塔之前首先进行排除，提高入料液的质量；3）醪液经两次预热，使醪塔进料温度达到90~95℃，使其接近沸点进料，降低蒸馏能耗；4）将水洗塔改造成二精塔，脱甲醇塔改造成高纯化塔，使其更适用于糖蜜酒精醪液蒸馏；5）新系统的各塔底均采用再沸器加热，使得只有醪塔底的再沸器采用锅炉蒸汽加热，其余各塔可利用醪塔再沸器排出的二次蒸汽及凝液加热再沸器加热，各塔的蒸汽凝液可进入热水箱作为锅炉房用水；6）在能耗方面，新系统采用强制回流与自然回流相结合的方式，仅在醪-精馏组合塔采用强制回流，可在回流泵的出口增设回流液加热器，利用再沸器排出的蒸汽凝液加热，使回流液温度达到70~78℃，接近沸点回流，以降低回流造成的热能消耗。

改良后的甘蔗糖蜜酒精蒸馏新工艺流程如图4所示，流程说明如下：

1）利用低沸物超前分离系统，将醪液中的低沸物在入塔之前进行排除，提高入塔醪液的质量；

2）醪液经过第一次加热和第二次加热，使醪塔进料温度达到90~95℃，接近沸点进料。其中第一次加热蒸汽来自锅炉，第二次加热蒸汽来自醪塔再沸器排出的二次蒸汽及凝液加热再沸器加热。醪-精馏组合塔上部为精馏段，下部为醪液段，中部为耦合段，醪液经醪塔处理后强制回流，在回流泵的出口设置回流液加热器，利用再沸器加热到精馏塔部分，选取精馏塔段上巴氏区进入二精塔；

3）精馏塔上巴氏区优选塔板上的第一次巴氏酒精进入二精塔中下部，在该塔中进一步净化。低沸点物质向塔顶聚集，中高沸点物质向塔底运动，不凝物经冷凝系统排入大气。同时，在二精塔的上部设第二巴氏区，将第二次巴氏酒精导入后续的高净化塔中；

4）二精塔上的第二次巴氏酒精进入高净化塔的中下部，在该塔中酒精得以再一次净化精制。在高净化塔加热室上部第3~8板区设有第三巴氏区，在此设有数个成品导出口。在塔的上部设第四巴氏区，作为工艺机动区域，可根据不同原料及酒精中杂质组分的情况调节使用。对成品酒精设有冷凝系统，其冷凝水回到锅炉房；

5）充分利用各塔顺次的位差、压差、温差。各塔底采用再沸器加热，只有醪塔底的再沸器采用锅炉加热，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热再沸器加热。各塔的蒸汽凝液（水温100~105℃）进入热水箱，供锅炉房用水。整个系统仅在醪-精馏组合塔中采用强制回流。

图4 甘蔗糖蜜酒精蒸馏新工艺流程Fig.4 Flow of the new cane molasses alcohol distillation process

3 节能效益分析

3.1 能效指标

年产5万t甘蔗糖蜜酒精生产线的每t酒精产品综合耗能表见表1。

表1 每t酒精产品综合耗能表Tab.1 comprehensive energy consumption of one ton alcohol product

由表1可知，酒精单位产品综合能耗为293.05kg标煤·(t酒精)-1，即234.44 kg标煤·(kL酒精)-1，其综合能耗指标低于《清洁生产标准 酒精制造业》 （HJ 581-2010）中糖蜜酒精一级清洁生产水平单位产量综合能耗的限定值350kg标煤·(kL酒精)-1；同时，与原丰浩酒精厂木薯酒精生产线相比，单位产品综合能耗由原来的365kg标煤·(t酒精)-1下降到293.05kg标煤·(t酒精)-1，节能效益显著。

3.2 节能经济效益分析

3.2.1 节省能耗

与常规酵母相比，采用的甘蔗糖蜜高浓度酒精发酵酿酒酵母MF1001，其发酵时间缩短了10%以上，产酒率提高了30%以上，并减少了酒精废液产生量，污水的排放量和 COD、BOD含量减少了30%以上。

酒精生产的蒸馏能耗成本约为100元·t-1。发酵醪液的酒精含量由10%~11%（平均10.5%）提高到15%以上后，蒸馏能耗节省30%以上，节省成本30元·(t酒精)-1。

3.2.2 原材料利用率的提高

糖蜜的总糖含量为50%（80°Bx），发酵生产酒精残糖含量由2%~5%（平均3.5%）降低至1.5%以下，糖利用率提高（3.5%-1.5%）/50=4%。生产每t酒精的糖蜜消耗由4.3t降低为4.13t。糖蜜成本占总成本的75%，由此可节省生产成本3%。按目前糖蜜酒精的生产成本3500元·t-1计算，节省成本105元·(t酒精)-1。

3.2.3 降低废液处理费用

酒精产率由10%~11%（平均10.5%）增加至15%后，废液排放量减少42.86%，由现在的14t·(t酒精)-1减少为8t·(t酒精)-1。废液处理费用由250元·(t酒精)-1降低为142.85元·(t酒精)-1，可减少107.15元·(t酒精)-1。

3.2.4 生产设备的产能增加

产酒率由10%~11%（平均10.5%）提高至15%后，生产设备的产能提高42.86%；发酵时间由38~42h（平均40h）减少为35h后，设备产能增加12.5%。由此得总产能增加55.36%。

综上，每t酒精节省成本为：30+105+107.15= 242.15元·(t酒精)-1，由设备产能增加所产生的经济效益为：0.5536×242.15=134.05元·(t酒精)-1。

因此，年产5万t酒精生产线的总经济效益为：（242.15+134.05）×50000=1881万元·a-1。

4 结论

广西凭祥市丰浩酒精有限公司在年产5万t甘蔗糖蜜酒精生产线建设项目中，集成应用了以甘蔗汁代替水稀释糖蜜的预处理技术、以MF1001为生产菌株的甘蔗糖蜜酒精高浓度发酵生产工艺、甘蔗糖蜜酒精蒸馏新工艺等新技术、新工艺，生产实践表明，在保证酒精产品质量的同时，节能降耗，降低成本，经济效益、社会效益和环保效益显著，提高了酒精企业的可持续发展能力，并为甘蔗糖蜜酒精企业技术改革、实现清洁生产提供良好的范例。

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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

广西科技开发计划项目（桂科重14122004-2）

卢柳忠（1967-），男，工程师，本科，主要从事酒精生产管理工作

梁欣泉（1966-），男，教授，博士，主要从事可再生资源与环境保护研究工作；E-mail：lxq10713@163.com

2016-02-29