摘要：随浓醪发酵和纤维素乙醇的发展，现酒精工程设计或生产中，常面对不同发酵成熟醪酒度的控制与选择问题，成熟醪液的酒度高低对工程设计、生产和投资等各方面带来的影响进行分析与总结，显得十分必要和具有参考指导意义。
关键词：醪液酒度；酒精工程；精馏设备；
中图分类号：TQ920.4 文献标识码：A 文章编号：
在酒精工艺中，发酵工艺不断发展，有间歇发酵、半连续发酵、连续发酵[1]等，近年还出现无糖化发酵和纤维素水解液低浓发酵等工艺；不同工艺中成熟醪液浓度高低不一，同一工艺也可以通过控制手段获得差异浓度。成熟醪浓度的高低对设备需求和废醪处理、汽耗等差异极大。因此系统的分析和总结其带来的影响，对工艺设计与现场生产有重大参考与指导意义。
1 醪液浓度简析
间歇或连续发酵通过发酵时间的控制，可实现8%-14%（体积，下同）的酒度，其中间歇发酵通过延长时间可以得到16%以上的高浓酒度。而纤维素水解液发酵由于原料特性，成熟醪酒度一般较低，在4%-8%左右；另一般工艺的发酵，通过控制时长进行深度发酵，可以在原基础浓度上获得1%-2%的提升；为利于系统分析，本文选取酒精生产中较为特征的几个酒度进行分析，以纤维素工艺为代表的4%酒度、以玉米、木薯等原料一般发酵的8%和12%酒度，以高浓发酵工艺的16%酒度等4个代表性酒精浓度进行分析比较，同时统一以10万吨/年酒精产能（12.512吨/h）为基准；
2醪液浓度对精馏设备的影响
2.1 粗塔处理成熟醪量和排放量的区别
10万吨/年酒精产能，对各特征浓度成熟醪液需求量和产生的废醪量见表1.
表1 醪酒度对醪量的变化影响
分析表1可见，对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度对成熟醪需求量变化为减少7.5吨，而8%、12%、16%的分别为1.8吨、0.8吨、0.45吨；减幅依次为75%，56%，44%。
而对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度，的废醪量减少为6.9吨，而8%、12%、16%的分别为1.5吨、0.6吨、0.3吨；减幅依次为77%，60%，49%。
由此可知，在低浓度4%-12%区间，提高成熟醪酒精度能大幅减少其需求量，同时减少废醪的产生量，对对某些改造项目，废水处理能力有限，提高醪浓是重要减负措施；而12%-16%区间，减幅已经平缓，可依据其他更为重要的需求去判断成熟醪的适宜酒度；
2.2粗塔塔径的影响
对于蒸馏系统，粗塔亦称醪塔，其作用主要为将酒精和挥发性杂质及一部分水从发酵成熟醪液中分离出来，并从塔釜排出发酵成熟醪中的酒精糟液[2]；成熟醪酒度的变化引起成熟醪需求量差异，同时会导致粗塔塔径的变化；基准产能下各特征浓度成熟醪需要的粗塔塔径见表2.
表2 醪酒度对粗塔塔径的变化影响
分析表2可见，对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度对塔径需求为减少0.10m，而8%、12%、16%的分别为0.038m、0.022m、0.015m；减幅依次为63%，42%，32%。
对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度对塔径通道面积需求为减少0.42m2，而8%、12%、16%的分别为0.11m2、0.056 m2、0.035 m2；减幅依次为73%，50%，38%。
由此可知，当成熟醪从高浓向低浓转移时，塔径的需求增幅越来越大，其中成熟醪8%酒度时，为一个折点，成熟醪酒度再往下，增幅的斜率越大；成熟醪酒度8%以上，可获得一个较为经济的设备选型，对占用厂房土地，设备加工都有积极意义，当酒度在8%以下时，工程设计应考虑其经济性是否合理。
3 醪液浓度对蒸汽需求量的影响
粗塔为实现酒精沿塔顶方向提浓，需要大量蒸汽对其塔釜加热，成熟醪酒度越低，越难以提浓，因此需求的蒸汽量也越大，基准产能下各特征浓度成熟醪在粗塔提浓至相同酒度所需热负荷和蒸汽量见表3.
表3 醪酒度对蒸汽需求量的变化影响
分析表3可见，对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度对热负荷需求为减少0.57Mkcal，而8%、12%、16%的分别为0.15Mkcal、0.07Mkcal、0.04Mkcal；减幅依次为74%，52%，39%。
对于每吨酒精产品，成熟醪酒度为4%时，每增长1%酒精度对蒸汽需求为减少1.13吨，而8%、12%、16%的分别为0.29吨、0.14吨、0.08吨；减幅与热负荷一致；
一般生产中，蒸汽消耗费用为整个生产能源费用的大额开支，而成熟醪浓度的提高，明显可以降低整体的蒸汽需求量，而其中4%-8%酒度区间尤为明显，每吨产品酒精需求蒸汽的降幅达到70%以上。8%-12%酒度区间开始降幅减缓，至16%逐渐催于平缓；
4 醪液浓度对发酵生产影响
由上面分析虽然可以明显体现成熟醪采用高浓工艺可以有利于设备投资和能源消耗的降低，但同时对发酵的时间有更长的需求，同时面临更高的染菌风险和倒罐周期。另高浓发酵对葡萄糖代谢、酵母活性、乙醇的抑制作用、工艺条件、营养物质等的影响已有研究进行详细分析[3]，其带来的负面作用极易造成生产上的重点损失。因此在设计和生产中应根据地区和企业管理水平进行适度衡量；
5 结论
本文以通过现实生产中几个特征的成熟醪酒度，基于10万吨酒精产能基准下，分析比较成熟醪需求量、废醪排放量、粗塔塔径、蒸汽需求量等设计、生产中较为重要的指标因素，通过具体数据清晰反映各区间段成熟醪酒度变化带来的变化幅度影响，为工程设计和现场生产提供参考和指导作用。
通过分析，成熟醪酒度在低浓度区，会引起设备投资和能源消耗的急剧增加，而高浓区可以降低项目投资的规模，同时减轻废醪量的产生，对废水处理和环保都有积极的意义；
虽然高浓发酵有利投资和减排，但对生产工艺和管理水平提出严峻的考验。一味追求更高浓度，亦为不可取，从数据分析显示，8%-12%区间段成熟醪酒度已有一定的优势，工程设计和生产中可根据本文分析的变化趋势进行权衡，获得适合具体条件的参考作用；
参考文献：
[1]章克昌.酒精工业手册[M].北京：轻工业出版社，1989：133-138.
[2]贾树彪，李盛贤，吴国峰.新编酒精工艺学[M].北京：化工工业出版社，2004：140.
[3]张强，韩德明，李明堂等.乙醇浓醪发酵技术研究进展[J].化工进展，2014，03：724-729.
作者简介：
谭晓东（1985-），男，阳江人，学士，主要从事酒精行业的工程设计与建造工作。
论文作者:谭晓东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：成熟论文; 酒精论文; 浓度论文; 蒸汽论文; 需求量论文; 需求论文; 工艺论文; 《基层建设》2019年第14期论文;