五效降膜蒸發和微波真空干燥技術在酒精廢液處理中的應用*

陳 龍，張國玉，柴 娟，徐 皓*

（1.新疆冠農果茸股份有限公司，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆冠農檢測科技有限公司；3.新疆石河子職業技術學院）

酒精廢液中含有豐富的色素、果膠、甘油等有機質，此類廢水COD（化學需氧量）高達7萬～10萬mg/L，且呈酸性色度高。廢液含固體物約10%，若不經過處理直接排放會嚴重污染水質與環境，使土壤酸化板結，造成環境污染。目前國內酒精廢液經濃縮、干燥可以生產優質有機肥，其作為基肥或追肥返施于農田中，除了提高農產品的單產和品質以外，還有助于保持地力和改良土壤作用，在建設可持續發展循環經濟體系中具有巨大的潛力[1]。但傳統濃縮和干燥工藝存在能源消耗高、空氣污染等問題，廢液無法妥善處理是當前制糖和發酵行業面臨的一個嚴峻的問題，因此對酒精廢液進行處理，合理循環利用是十分必要的。

1 五效降膜蒸發和微波真空干燥技術介紹

1.1 五效降膜蒸發

五效降膜蒸發是由加熱器、分離器、冷凝器、凝水罐等組成的液體濃縮系統，料液自加熱室上部分布器的分布，呈膜狀向下流動，加熱汽化的汁汽與液相進入分離室，汽液經充分分離，汁汽進入下一效或進入冷凝器冷凝，液相則由分離器下部的轉移泵送至下一效加熱器或排出系統。其結構緊湊，布局合理，蒸發量大，具有生產效率高、適用于高粘度和熱敏性的物料。溫州某公司自主研發的三效降膜蒸發器已成功應用于葡萄糖漿、麥芽糖漿、酒精糟濾液等食品蒸發濃縮工藝中，并在味精、酒精、魚粉等行業的廢液處理中得到應用[2]。

1.2 微波真空干燥

微波真空干燥把低溫微波干燥和負壓真空兩項技術結合起來，充分發揮了微波干燥和負壓真空的優點，在真空環境下，水或溶劑分子的傳熱相對比較容易，因而大大縮短了干燥時間，提高了生產效率[3]。楊偉紅[4]研究中采用四效蒸發濃縮，再通過管道輸送到干燥塔進行噴霧干燥。但噴霧干燥燃料消耗大，需要消耗原煤，應尋求一種清潔能源，減少一次能源消耗。孫寧[5]認為，傳統的干燥工藝操作時間長，溫度高，使得產品中的有效成分回收率不高。而微波真空干燥有別于傳統的干燥工藝，是一種快速、有效的干燥水分的方法，它有利于節省生產時間、提高效率。所以采用微波真空干燥工藝，不僅解決酒精廢液處理難題的同時，還避免了傳統噴霧干燥需要消耗大量煤炭污染環境的問題，進而降低了企業的生產成本，為企業帶來更大的經濟效益。

2 五效降膜蒸發工作原理

效體數量的多少要看蒸發物料的屬性，對于沸點升高速度快的物料采用二效或者三效，而沸點升高較慢的物料，則需要采取四效到六效之間[6]。考慮酒精廢液濃縮后期，沸點升高速度較慢，本方案選擇五效降膜蒸發系統作為濃縮裝置。

原料從緩沖罐由泵送至五效加熱器頂部的進料布膜裝置，原料依次經五效加熱器、五效分離器、四效加熱器、四效分離器、三效加熱器、三效分離器、二效加熱器、二效分離器、一效加熱器和一效分離器的加熱與分離，濃縮液由一效分離器下部出料家輸出，在后效分離器下部輸出口與前效加熱器頂部的進料口之間均設置有加壓泵；分離器上設置有除沫器、壓力感應器、溫度感應器；各效除沫器均位于各效分離器的上部，在一效分離器上還設置有液位感應器，在一效分離器下部輸出口與濃縮液出口之間設置有錘度檢測儀器和濃縮液輸出泵，其一效液位感應器與濃縮液輸出泵彼此相關聯，保證系統穩定運行。

加熱蒸汽流向與濃縮物料流向為逆流操作，即一次蒸汽以及蒸發汁汽先后通過一效加熱器、一效分離器、二效加熱器、二效分離器、三效加熱器、三效分離器、四效加熱器、四效分離器、五效加熱器、五效分離器，最終進入五效分離器的冷凝裝置，真空冷凝后排出不凝氣體和冷凝液體，此過程中蒸汽與濃縮物料的流向相反。工藝流程如圖1。在此過程中，五效降膜蒸發濃縮系統可對由一效加熱器1和一效分離器2蒸發濃縮分離后輸出的廢液去向加以控制，當濃縮液濃度滿足設定值時，開啟五效降膜蒸發濃縮系統與下一工序之間的管路，關閉加熱器1和分離器2輸出端與緩沖儲罐的之間的管路，濃縮液輸送至下一工序；當濃縮液濃度不滿足設定值時，關閉五效降膜蒸發濃縮系統與下一工序之間的管路，開啟一效加熱器1和一效分離器2輸出端與緩沖儲罐的之間管路，濃縮液輸送回緩沖儲罐繼續蒸發濃縮。

圖1 五效降膜蒸發工藝流程

3 五效降膜蒸發和微波真空干燥技術在酒精廢液處理中的應用

酒精廢液經五效降膜蒸發、薄膜濃縮及微波真空干燥處理，通過粉碎制成黃腐酸干粉，后經稱重、包裝成為有機肥原料，其具體處理步驟見圖2：

圖2 酒精廢液處理流程

3.1 五效降膜蒸發濃縮處理酒精廢液

先將錘度為7～120Bx的酒精廢液泵送至五效加熱器頂部的進料布膜裝置，系統通入0.3 MPa生蒸汽，循環冷卻水量為500～750 t/h，進水溫度32 ℃，出水溫度40 ℃。廢液與蒸汽呈逆流操作，經五效降膜蒸發的廢液錘度不斷提高，當一效加熱器底部錘度儀表檢測濃縮液濃度達到600Bx的工藝要求，濃縮液經泵排至微波真空干燥系統，反之則進入一緩沖儲罐繼續蒸發濃縮。蒸汽經過每效加熱室殼程后，其溫度和壓力不斷降低，通過冷凝器冷凝后，其中不凝氣由真空機組抽取排出系統，冷凝液經汽水分離排出系統。五效降膜蒸發過程中廢液呈膜狀形態流動，進一步提高蒸發濃縮系統的傳熱系數，降低蒸汽的使用量，其蒸汽耗量可達到蒸發每噸水≤200 kg，進行系統優化后可降低至蒸發每噸水≤180 kg。

3.2 薄膜濃縮及微波真空干燥處理酒精廢液

將錘度為60°Bx酒精廢液泵送至中空螺旋薄膜濃縮器，經濃縮至錘度為80°Bx以上，此時由于廢液錘度高，流動性降低。由漿料泵送至密閉的干燥機，須經布料器均勻分布在運動皮帶上，皮帶上的酒精廢液借助微波發生器產生的能量使其中的水分蒸發，蒸發過程處于30～50 ℃的環境下，同時利用真空泵將干燥機內部降為負壓環境，有利于廢液中水分蒸發，還可將蒸發出水蒸氣抽出干燥機，最終物料水分含量降至6%以內，經出料口送至兩級粉碎機，通過兩次粉碎后制成黃腐酸干粉，再經稱重、包裝成為有機肥原料，其工藝流程如圖3。

圖3 薄膜濃縮和微波真空干燥工藝流程

干燥前物料采用中空螺旋薄膜濃縮，主要考慮此時物料粘度較大，普通降膜蒸發工藝無法滿足生產要求，而薄膜濃縮系統安裝有強制攪拌和出料裝置，可以避免物料堵塞現象。由于真空干燥技術，可實現低溫、負壓條件蒸發水分，保證物料不經歷高溫而糊化，其中的多數組分不被破壞，使得黃腐酸中的有效成分被全部保留下來，產品中營養成分豐富。

4 結論

經五效降膜蒸發后，酒精廢液中80%的水分被去除，再通過中空螺旋薄膜濃縮，水分被進一步去除，在30～50 ℃、真空條件下，經微波干燥，得到含水率為4%～6%的黃腐酸顆粒，粉碎、包裝后成為有機肥料。處理1 t酒精廢液消耗0.2 t蒸汽，電力消耗350 kW·h，循環冷卻水量為150～300 t/h。與傳統的酒精廢液處理方式相比，本方案不僅保留廢液中大部分有機質營養成分，而且產品生產消耗更低，同時也解決了環境污染的問題。

5 前景與分析

五效降膜蒸發與微波真空干燥的處理方式，使糖蜜制酒精后產生的酒精廢液得到有效處理，不僅解決污水排放使土壤酸化板結造成的污染問題，還構建起生產中可再生資源的循環利用通道，達到資源的高效利用，為制糖和發酵行業污染治理方面開辟了一條新道路，有效降低企業生產成本，提升產品附加值，增強企業核心競爭力。