甘蔗糖蜜酒精生产污垢发生机理及污垢控制分析

2015-08-15周丽华

科技视界 2015年15期

周丽华

（渤海大学，辽宁锦州121000）

0 前言

在酒精的生产过程中，甘蔗糖蜜是主要的生产原料，也是其产生污垢的主要研究对象。早在20世纪80年代，许多酒精生产企业的管理和技术人员就已经发现，随着酒精生产工艺的发展，甘蔗糖蜜酒精生产物料中的污垢呈现一个上升的趋势。很多人认为这是由于在甘蔗制糖的过程中，虽然蔗糖的回收率得到了提高，但是废弃物中的蜜糖发酵纯度却下降了，也导致胶体和灰分都得到了增加，并且在这个过程中也掺入了许多化学助剂。鉴于此，糖蜜成分的改变导致了糖蜜酒精生产过程中的污垢增加，使得发酵物料在过罐时很困难，并且在酒精蒸馏废液中存在大量的污垢，这就给清洁生产带来了一个大难题。当前，污垢的处理已经严重影响着酒精工艺的生产，并且受到了管理人员和技术人员的高度重视。但与此同时，由于污垢处理还没有得到专业的解释，这就使得甘蔗糖蜜酒精生产污垢问题在解决的过程中存在着诸多困难，因此加快污垢控制方法的研究势在必行。

1 甘蔗蜜糖酒精生产污垢的概述

从定义的角度来说，污垢是指在工业生产过程中，在固体表面积聚的由于流体相接触留下的固态或是软泥状物质。工业生产的初期，粗放型的生产方式使得污垢大量产生，这也严重威胁锅炉的安全和材料的保存，但是由于污垢具有渐变性和隐蔽性等特性，污垢问题一直困扰着许多工业生产行业，也引起了研究者的大量关注。就甘蔗蜜糖酒精生产污垢的过程来说，在甘蔗蜜糖中存在着大量以钙盐为主的无机灰分、有机物，并且在这个过程中会对蜜糖稀释而加入过量的硫酸根离子，这就导致钙离子和硫酸根离子发生反应而形成不溶于水的硫酸钙，这也就是构成污垢的主要成分。因此，下面本文将对影响污垢产生的蜜糖原料、硫酸过量、用水硬度和工艺管理等多方面因素进行，提出了一系列减少污垢产生的措施。

2 甘蔗糖蜜酒精生产中的污垢问题分析

在现实研究中，虽然对于污垢有了一个初步的认识，但是由于生产的不确定性，研究者在研究污垢的过程中还是遇到了许多问题。首先，甘蔗糖蜜酒精的生产过程是一个比较复杂的物理、化学和生物变化的进程，在不同的阶段会产生不同的污垢，因此通常所研究的甘蔗糖蜜酒精生产污垢并不是唯一的，是一个不精确的研究主体。比如说，甘蔗糖蜜酒精的生产过程主要包含糖蜜稀释、酒精发酵、蒸馏三个阶段，但是由于三个阶段的发生机理不同，所以均有污垢的产生，并且污垢之间存在明显的差异。鉴于此，甘蔗糖蜜酒精生产污垢应该是在这个过程中产生的沉积物。其次，与传统的换热设备所产生的污垢不同，甘蔗糖蜜酒精生产污垢的关键阶段是在蒸馏工段，主要是由于在塔板上发生的汽相与液相之间的传质传热而产生了污垢沉积物，这是一个传质的过程，更加复杂。综上，要想有效的控制污垢的发生，就需要对污垢产生的整个流程加以研究。

3 甘蔗糖蜜酒精生产的污垢发生机理

甘蔗糖蜜酒精生产污垢的过程是由一系列的复杂变化构成的，因此研究污垢的发生机理是解决污垢问题的关键。

3.1 甘蔗糖蜜酒精生产污垢的污垢因子

污垢因子又称污垢前提，主要由无机部分和有机部分组成，一般说来，甘蔗糖蜜酒精生产污垢的污垢因子的无机成分是指以硫酸根、钙为主体形成的无机盐晶体颗粒，而有机成分则是由糖蜜的色素、多糖类、氨基化合物、有机酸及其它水溶性的有机物质构成，这些主要是来自于发酵接种增殖的酵母细胞的代谢产物。首先，无机成分的来源是由糖蜜的钙离子和为了稀释所加入的硫酸根组成，经过一系列的化学变化产生硫酸钙等难溶于水的无机物，这也是构成无机污垢的主要部分。其次，糖蜜的各种有机物在酵母细胞的生物变化下产生的代谢产物是有机污垢的主体。

3.2 甘蔗糖蜜酒精生产流程中污垢因子的变化

在甘蔗糖蜜酒精的生产污垢的发生过程如下：一是糖蜜稀释，在这个过程中发生了以硫酸钙为主的无机物的溶解析出以及电离平衡；二是酒精发酵，这时物料中硫酸钙晶体得到了生长；三是蒸馏过程，也就是有机物与无机物互相作用的过程。首先，在蜜糖稀释的过程中，其产生的污垢的主要成分是硫酸钙，除此之外，还包含复杂的有机物质和微生物细胞等，所以在流体的不同地方，其污垢的组成成分和结构状态是不同的，具有明显的差别。一般，在一次稀释之后，物料中会产生细砂状的微粒污垢，在进行二次稀释后，微粒的数量会有所减少，但是由于物料中加入了大量的硫酸根，使得整个溶液呈现饱和状态，所以大量的硫酸钙洗出。其次，在发酵的过程中，物料产生的污垢呈现淤泥状，部分无机物颗粒逐渐长大，并且随着酒精浓度的增加，硫酸钙的溶解度也不断降低，此时有机物的吸附作用逐渐减弱，最终使得硫酸钙继续沉积，污垢的沉积量逐渐增加。最后，而与此前两个阶段不同的是，在蒸馏塔中形成的污垢则是坚实致密的硬质垢块，主要是由于蒸馏塔中的温度较高，酒度也比较高，物料的蒸发逐渐浓缩，这就导致大量的硫酸钙不断析出形成积垢，最终凝结在塔板上。所以通过分析我们可以看出，在整个酒精生产过程中污垢产生最多的阶段是在蒸馏工段，主要是因为这个时候物料的酒精浓度得到了增加，并且温度也在不断的升高。

4 甘蔗糖蜜酒精生产的污垢处理措施

通过上述分析我们可以得出，污垢已经成为制约甘蔗糖蜜酒精行业进行生产的一个普遍性问题，由于大量的污垢存留在酒精蒸馏废液和蒸馏塔中，给生产机器的清理造成了很大的问题。所以，现阶段加强对污垢控制技术的研究具有重要的实用价值。首先，甘蔗糖蜜酒精生产过程是一个十分复杂的多元混合体系，不仅包括无机物的溶解、结晶平衡的等化学反应，还包含有机物与无机物的相互作用，所以在解决污垢问题的首要阶段是对甘蔗糖蜜酒精生产污垢的发生机理进行进一步的全面研究，从而为控制污垢技术提供一些理论支持。其次，酒精生产的物料中包含大量的无机和有机颗粒，因此必然会导致污垢的产生，并且在不同的阶段，污垢的成分也是不同的，这就需要加强对蜜糖中有机物进行检测分析，通过分析其有机物的种类、含量和化学性质，进行生产流程模拟实验，从而分析各种物质在污垢发生过程中的作用和影响，更好的控制污垢的产生。还有就是可以在研究开发监测甘蔗糖蜜酒精生产污垢的在线装备，通过监测污垢产生的整个过程，分析其发生的规律，根据得到的相关数据，从而当污垢的表征参数达到一定水平之后，可以产生污垢预警，避免安全事故的发生。最后就是要在污垢发生机理的基础上，研究控制污垢技术的方法和档案，通过对工艺的及时调整或改良，有效的减少污垢的产生，最终实现污垢控制技术的优化整合，完成对甘蔗蜜糖酒精生产工艺的改造。