混合原料生产酒精液化新工艺的研究
[摘 要]酒精工业在我国轻工业中占有十分重要的位置。酒精既是食品、化工、医药、染料、国防等工业十分重要的基础原料，又是一种可再生的清洁能源，同时还是一种战略物资。本文探讨了混合原料生产酒精液化的新工艺。
[关键词]混合原料；酒精；液化新工艺
中图分类号：J62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0152-01
在酒精生产中，原料的液化、糖化非常重要，通过对设备、工艺的改进，能提高液化质量，发酵更加彻底，进而提高淀粉的利用率和出酒率，降低粮耗。另外，CIP水回用拌料、液化三级预热工艺的实施，减少了污水、废热的排放，从而节约了水资源及蒸汽，进而使降本增效、节能减排效果显著，实现了酒精的清洁生产，是我国较为先进的生产工艺和技術。
一、酒精的概述
1、性质
酒精，化学名称为乙醇，分子式是C2H5OH，相对分子质量46.07，酒精是无色、透明、易挥发、具有特殊芳香和刺激性气味的易燃液体，可与水任意比例互溶。酒精相对密度0.7893、沸点78.3℃、燃点363℃，其蒸汽与空气混合可形成爆炸性混合物。
2、用途
酒精是工业生产的基础原料，在工业生产中应用广泛。其用途主要分为以下几方面：调制酒精饮料用的食用酒精；化工、农业、医药用酒精；作为可再生能源的燃料酒精。食用酒精方面，酒精是酒精饮料的母体，是配制多种饮料酒的主要原料，合理利用酒精可提高白酒质量。在化学工业上，酒精可作为原料用来生产乙酸、乙醛、乙醚、乙二醇、聚乙烯、氯仿、染料、油漆、树脂等工业产品。在农业方面，酒精可用来配制农药和杀虫剂等。在医药方面，70%体积分数的酒精是理想的消毒、防腐、灭菌试剂，酒精还是配制碘酒及各种药酒的基础溶剂。
二、材料与方法
1、材料与试剂
混合粉浆，公司液糖化车间；酒精酵母，ZT酵母；耐高温α-淀粉酶（酶活力30000U/mL），糖化酶（酶活力100000U/mL）；自来水，换热器E0319冷凝水，乏汽冷凝水，浓缩蒸发冷凝水（CIP水）。
2、实验方法
1）取4份混合粉浆，模拟大生产工艺，在混合粉浆中分别加入2.5%的自来水、2.5%的换热器E0319冷凝水、2.5%乏汽冷凝水、1.25%的换热器E0319冷凝水+1.25%乏汽冷凝水进行液化、糖化，通过对酵母质量、发酵过程CO2失重、发酵终止指标各参数的测定，考察二次蒸汽对酵母发酵的影响程度。2）用CIP水替代自来水拌料，添加比例5%、10%、15%、20%，对应流量12m3/h、24m3/h、36m3/h、48m3/h，比较对酵母培养质量、发酵终止指标的影响。3）混合粉浆在不同的温度下进行液化，通过比较糖化率、总糖损失率确定较适液化温度。
3、测定方法
酵母指标及发酵终止酒精度、酸度、残还原糖、残总糖等采用酒精企业常规方法测定。
三、结果与分析
1、混合粉浆液化三级预热技术
1）二次蒸汽冷凝水对酵母发酵的影响。混合粉浆分别加入不同来源的二次蒸汽冷凝水（即二级闪蒸塔冷凝水、乏汽冷凝水）后，酵母培养和发酵终止
的各项指标差别不大，均能保证正常生产的需要。同时，在相同的发酵时间，测得的各样品的CO2失重基本一样。混合粉浆添加各样品后，发酵过程的CO2失重速率和发酵终止时间也相差不大。
2）原液化一级预热工艺流程。混合粉浆经过预热塔后温度可达60℃左右，经喷射液化器液化（95℃）还需大量的热源，经二级闪蒸塔排出的二次蒸汽温度60℃，大约有8t/h，这部分热量通过冷凝器冷凝后直接排放，造成大量热能的浪费；DDGS（即酒糟蛋白饲料）生产过程中干燥乏汽过剩也可作为热源进行利用。送入液化混合粉浆温度平均不到35℃，经过一级预热后温度在60℃左右，达不到理想的液化温度，在预液化罐内液化效率低，进而影响液化效果。
混合粉浆经过预热塔，预热到60℃即进入预液化罐，泵送至喷射液化器，通入高压蒸汽，喷射液化后进入后液化罐，泵送至连消器，通入蒸汽加热后进入一级、二级闪蒸塔，一级闪蒸塔的二次蒸汽作为预热塔的热源，二级闪蒸塔的二次蒸汽通过冷凝器冷凝后排入污水系统。该工艺耗汽量较大，喷射器进出料温差大，设备易振动等，造成设备易出现故障，能耗大，增加了污水排放量。
酒精行业中的液化技术广泛使用的是粉浆喷射液化至95℃的技术，还有比较先进的是水热器加热技术，这种技术的共同点是高温蒸汽以很快的速度进入喷射器的接受室和料浆混合后将粉浆加热至95℃的工艺，这类加热技术有3个缺点：消耗一次蒸汽；会使部分糖结焦，无法发酵，造成糖分损失；温度高达165℃的饱和蒸汽直接和粉浆接触，从而使部分液化酶失活，能耗高，淀粉出酒率低。
3）液化三级预热技术。通过模拟大生产工艺，在原料混合粉浆中分别加入工艺水、二级闪蒸塔冷凝水、乏汽冷凝水等进行实验，不会对生产造成影响。将液化预热工艺进行了改造（图1），从图中可看出，预热工艺改造后，混合粉浆经过新预热塔A，泵送至预热塔B，预热后进入预液化罐B，泵送至预热塔C，预热后进入预液化罐C，泵送至喷射液化器，进入后液化罐，泵送至连消器，进入一级、二级闪蒸塔。一级闪蒸塔的二次蒸汽作为预热塔B的热源，二级闪蒸塔的二次蒸汽作为预热塔A的热源，DDGS乏汽作为预热塔C的热源，一级预热改为三级预热。粉浆在温度65℃时黏度最高，保持约5min，第二个预液化罐中有足够的时间使粉浆黏度降低至满足生产工艺，在粉浆黏度降低后，用泵送入三级预热塔进行预热。控制每个预热塔的真空度，热量充分利用，经三级预热后温度可达90～96℃，满足了工艺要求。
把混合粉浆的液化温度由传统的95～100℃下降至90℃，打破了人们对只能在95℃下液化的认识，增强了液化酶的活力，促进液化质量，进而能提高发酵质量。
不再使用传统的喷射液化器直接对粉浆进行加热，解决了165℃高温蒸汽直接和粉浆接触液化，使部分液化酶失活及使部分液化醪液产生焦糖化的影响。采用三级预热的新技术，完全改变了传统的工艺思路，在同行业内具有领先水平。该技术实施后，经生产实际验证，提高了粉浆液化、酵母发酵质量，并取得了显著成效。
采用真空抽提的方法使低压的乏汽进入粉浆预热塔内，使乏汽和粉浆在预热塔内进行热量交换，解决了低压乏汽的使用、输送问题。利用乏汽对粉浆进行加热，解决了DDGS干燥产生的低温乏汽无法利用的难题，消除了环境污染，降低了乙醇生产的能源消耗，粉浆的pH值下降0.3，有效抑制了杂菌繁殖，从而提升了液化、酵母、发酵质量。该技术的运用和乙醇行业内采用喷射液化器工艺相比，液化可节约一次蒸汽约12t/h，液化糖化工段基本不再用一次蒸汽，汽耗可下降0.4t/t酒精左右。
2、CIP水对酵母及发酵的影响
混合粉浆添加不同比例的CIP水后，酵母培养的各项指标差别不大，均能保证正常生产的需要。同时，混合粉浆添加不同比例的CIP水后，发酵终止指标均比较理想，相差也不大，达到了酒精生产的要求，对发酵质量未产生影响，可在生产中使用。
四、结语
综上所述，酒精生产是高能耗、高污染的行业，因而节能减排和提高设备利用率对降低生产成本十分重要，而解决能耗问题的关键在于提高发酵浓度、废热充分利用和减少排放等措施。
参考文献
[1]贾树彪.新编酒精工艺学[M].北京：化学工业出版社，2014.
[2]陈光振.DDS干燥尾汽在液化二级预热中应用[J].中国新技术新产品，2016（22）.