黄景禄，毕春普，谷玉凤，张翠英，肖冬光

(1.承德避暑山庄企业集团，河北承德 067500；2.天津科技大学生物工程学院，天津 300457)

酒精生产液糖化工艺，加热和冷却都是必不可少的环节，也是酒精生产过程中蒸汽消耗的主要工段之一。一般情况下，经粉碎的淀粉质原料用酒精蒸馏过程的冷却水等拌料，粉浆温度为30～40 ℃，加入液化酶，经蒸汽加热到88～90 ℃进行液化，再进入蒸汽喷射器提温到100 ℃左右或更高进行保温蒸煮熟化；熟化后的液化醪经过冷却换热降温到60 ℃，加入糖化酶进行糖化，转化为糖化醪，60 ℃糖化醪再降温到30 ℃加入酒母进行发酵。在此过程中，粉浆自30～40 ℃升温到100 ℃左右需要输入大量的热能（蒸汽），液化醪由100 ℃左右降温至60 ℃糖化，糖化醪再降温到30 ℃去发酵，需要冷却输出大量热量。如何实现同一淀粉质原料两种不同状态物料之间热量的高效互换，利用液化醪的余热对淀粉质原料进行预煮,从而实现液化醪的余热回收再利用，一直是酒精行业研究的课题[1]。各生产厂家采取的方法不同，传统的换热方式是利用间接换热方式将液化醪与粉浆换热，尽可能回收液化醪的部分热量，减少加热蒸汽用量。然而，间接换热受换热效率低的制约，仍有大部分的热量没有利用，导致冷介质需求量高于热介质的量，形成过多的低温热量损失，增加蒸汽消耗量。

传统换热方式中的间接换热，无论是板式换热器、列管换热器还是螺旋板换热器，都是物料将热量传导到换热面，通过换热面实现高低温度介质之间的热传导，都受到换热器的导热系数和流速、温差等因素影响，换热效率低，往往需要较大换热设备或过量的冷介质来实现高温介质的降温。这是造成传到冷介质的热能低而影响热能再利用的主要原因。

葛德忠[2]报道了在酒精生产液化系统中采用真空闪蒸技术，将二次蒸汽返回用于加热液化前部分的混合料，从而达到降低能源消耗的目的。陈俊英等[3]发明了一种淀粉质原料液化糖化余热回收工艺，在淀粉质原料液化糖化过程中增加了闪蒸过程，闪蒸产生的二次蒸汽作为预液化步骤中第二级换热的换热介质进行加热，冷却的冷凝水作为配料水添加，提高了节能节水效果。由于二次蒸汽与冷介质的换热是间接换热，换热效率的提高仍然有限。孙发喜等[4]发明了淀粉质原料生产酒精的节能喷射液化系统，采用“闪蒸+吸收塔”组合方式，替代传统间接换热方法，有效提高了换热效率。“闪蒸-吸收塔”组合换热的原理是将一定温度的原料引入闪蒸室，由于闪蒸室中的压力低于原料在该温度下所对应的饱和蒸汽压，故原料进入闪蒸室后成为过热溶液而急速部分气化，原料自身的温度降低，所产生的蒸汽与吸收塔冷介质直接接触，热量通过蒸汽转移到冷介质中与冷介质混合，随着设备技术的不断提高，吸收塔内部构件的改进，增加热蒸汽与冷液体介质的接触面，使得设备换热效率几近100%，远大于间接换热器的换热效率，是相同介质间换热的最佳选择。根据物料沸点和压力的对应关系，通过控制闪蒸罐的负压来实现物料温度控制，闪蒸出的高温蒸汽与吸收塔内的冷介质直接接触，加热冷介质，此方法适合于同一物料的高低温物料间的热能交换，用于淀粉质原料液糖化工序的高低温物料热量转换可有效提高热能利用的效率。然而，在此物料换热过程中，冷热介质量是固定的，冷热介质温差达40～60 ℃，对于同一物料，一次降温温差过大，即采取一级“闪蒸-吸收塔”的换热方式，不能达到所需换热量，会出现因所需冷量过多，造成能源再利用受到制约。只有采用多级“闪蒸-吸收塔”组合，实现梯度换热，才能解决此问题，从而大大提升热量回收率。

1 八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工艺流程

1.1 八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工段工艺流程

承德避暑山庄企业集团年产10 万吨玉米酒精生产线，其液糖化工序的主要温度节点为：玉米粉浆温度为39～40 ℃，蒸汽加热到88～90 ℃进行液化，随后进入喷射器再提温到97～98 ℃后熟，熟化后的液化醪换热降温到60 ℃加糖化酶进行糖化，糖化醪再换热降温到30 ℃加入酒母进行发酵。为最大限度节约液糖化工段热能，不仅对高温液化醪热量回收，也对糖化醪余热部分回收，一并采用“闪蒸-吸收塔”组合换热方式实现冷热介质热量互换。经过实际测算，对液化醪采取六级“闪蒸-吸收塔”由98 ℃降温至60 ℃，对糖化醪采取二级“闪蒸-吸收塔”换热，由60 ℃降温至47.4 ℃，合计采用八级“闪蒸-吸收塔”组合梯度换热，基本能实现液糖化热量的全部回收利用。

八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工段工艺流程见图1。玉米原料粉碎后，用酒糟离心清液、精塔冷却水、锅炉浓水等混合拌料，拌料后粉浆温度为39～40 ℃，进入八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序液化糖化。具体工艺流程如图1 所示，粉浆经离心泵送至一级、二级、三级组合吸收塔的顶部，吸收60 ℃的糖化液经两级闪蒸逐级降温至53.5 ℃、47.5 ℃产生的二次蒸汽的热能及液化液六级闪蒸降温至60 ℃产生的二次蒸汽的热能，粉浆温度逐级升温至45.4 ℃、51.7 ℃、58 ℃；粉浆从一级、二级、三级组合吸收塔的底部经泵送至四级、五级组合吸收塔的顶部，吸收79 ℃液化成熟醪经过四级、五级闪蒸罐逐级闪蒸降温至72.7 ℃、66.3 ℃产生的二次蒸汽，粉浆温度逐级升至64.3 ℃、70.6 ℃；粉浆从四级、五级组合吸收塔底部排至料封罐，溢流至第一级预液化液罐，后经泵送至六级、七级、八级组合吸收塔的顶部，吸收98 ℃液化成熟醪经过一级、二级、三级闪蒸罐逐级闪蒸降温至91.7 ℃、85.4 ℃、79 ℃产生的二次蒸汽，温度逐级升温至77 ℃、83.4 ℃、89.7 ℃；粉浆从六级、七级、八级组合吸收塔的底部排至料封罐，溢流至第二级预液化液罐液化，经离心泵送至喷射液化器，升温至98 ℃，进入液化柱液化；液化成熟醪经泵送至液化液一级闪蒸罐，温度从98 ℃降至91.7 ℃，经过液封逐级进入液化液二级、三级、四级、五级、六级闪蒸罐，温度逐级降至85.4 ℃、79 ℃、72.7 ℃、66.3 ℃、60 ℃；降温至60 ℃的液化液进入糖化罐糖化，糖化好的糖化液经泵送至糖化液一级闪蒸罐，降温至53.7 ℃，经液封进入糖化液二级闪蒸罐，温度降至47.5 ℃；降温至47.5 ℃的糖化成熟醪经板式换热器与25 ℃的循环水进行换热，降温至30 ℃后经泵送至发酵工段。

图1 年产10万吨玉米酒精生产线8级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序

1.2 八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序主要工艺参数

年产10 万吨玉米酒精生产线八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序主要工艺参数如下：

（1）液化粉浆流量：124.7 t/h；冷却水按25 ℃设计计算,玉米温度按20 ℃设计计算。

（2）液化最高温度98 ℃。

（3）生蒸汽用量：最大粉浆流量124.7 t/h，酒精度按14.5%vol，酒精产量14.3 t/h，吨酒精粉浆流量为8.7 t，从89.7 ℃升至98 ℃，理论计算（不考虑散热损失）蒸汽消耗量为每吨酒精约0.107 t，考虑热损失，冬季（-16 ℃）实际运行蒸汽消耗量为每吨酒精约0.15 t。

（4）液化醪从98 ℃降至60 ℃，糖化液从60 ℃降至47.5 ℃，全部通过醪-醪换热实现，不需要消耗冷却水（除冷凝不凝气及真空泵工作密封水外）。

2 八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序运行情况

2.1 节能降耗情况

2020 年11 月14—18 日，8 级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序运行情况见表1。

（1）改造前液化工段吨酒精蒸汽消耗为0.53 t。

（2）改造后吨酒精蒸汽消耗为0.16 t（表1），液化工段吨酒精节省蒸汽0.37 t，增加电耗折算每吨酒精为8度。

表1 2020年11月14日至18日液糖化工序运行情况

（3）液化工段每小时节省25 ℃循环冷却水112 t，折算每吨酒精节约7.8 t。

（4）糖化工段每小时节省循环冷却水103 t，循环水进口温度25 ℃，出口温度40 ℃，折算每吨酒精节约7.2 t。

（5）减少去污水处理厂冷却水63.3 t/h，折算每吨酒精节约用水4.4 t。

2.2 经济效益分析

八级“闪蒸-吸收塔”组合液糖化工序吨酒精经济效益计算见表2，从结果看，吨酒精节省蒸汽消耗0.37 t，节省循环用水15 t，减少污水处理量4.4 t，吨酒精综合节省费用为60.2 元。承德避暑山庄企业集团年产玉米酒精10 万吨，液糖化工段年节省蒸汽3.7 万吨，节省循环用水150 万吨，减少污水处理量44万吨，综合经济效益为602万元。

表2 液糖化工序吨酒精经济效益计算

3 小结

由于各生产厂家原料和工艺的差异，粉浆温度及液化温度控制不一定相同，我们需要根据其冷物料与高温物料温度的差值来确定“闪蒸-吸收塔”的级数。粉浆初始温度与预液化醪温度（进入喷射器前），决定了最大回收热量，而选择的闪蒸级数决定了能回收热量的多少。原理上闪蒸级数越多，回收热量越多，但因受到粉浆初始温度和液化醪温度限制，闪蒸级数越多，各级闪蒸温差越小，热量回收增加不明显。另一方面，闪蒸级数越多，需要配套更多的闪蒸罐和吸收塔，在设备投资及安装占地上费用增加，相反闪蒸级数越少，各级温差越大，则负压差也相应增大，需要的冷量越多。