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酒精蒸餾塔清洗方法

酒精生產中醪垢形成、預防及清洗
    蒸餾塔(醪塔)結垢堵塞問題，尤其是醪
    塔堵塔問題，是蒸餾系統不能長周期運行的
    主要制約因素。一般的解決辦法是定期或不
    定期進行物理法或化學法

處理，雖然能收到
    一定效果，但短時間又會產生同樣的問題。
    本文試圖對醪垢的成因、預防和清除進行探
    討，希望對業界解決這一問題能有所幫助。
    1醪垢的定義
    醪垢是沉積在設備、管道內表面上由不
    溶性鹽、泥砂、纖維、淀粉、蛋白質、糊精、糖、
    酵母菌體及其它糖酵解代謝副產物等所組
    成的多成分物質。一般附著在成熟醪預熱
    器、塔底再沸器的管壁及蒸餾塔塔盤和塔件
    上，常常造成進料溫度降低，塔底各板間溫
    差加大，塔頂真空度升高，嚴重時會造成塔
    底跑酒，最終導致生產不能正常進行。
    2醪垢的形成
    2.1發酵成熟醪成分
    發酵成熟醪是一個復雜的多組分非均
    相混合液。它由水（75%%-90%%，w/w）、干物
    質（4%%-10%%，w/w）、酒精及其它揮發性物
    質（6%%-15%%，w/w）構成。
    2.2醪垢成分
    醪垢的化學成分受各種條件影響很大。
    分析結果表明，不同的原料產地、不同的前
    處理方法、不同的酒精生產工藝，醪垢的成
    分都不同。即便是同一工廠不同生產時期、
    不同部位醪垢成分也有一定差別。
    醪垢的化學成分為碳酸鈣、碳酸鎂、磷
    酸鈣、硫酸鈣、有機酸鈣、糖、糊精、蛋白質
    等，是由多種無機物、有機物構成的，并以無
    機物為主。
    2.3醪垢的成因
    2.3.1 微溶或可溶物質在蒸餾過程中達
    到過飽和狀態而析出
    發酵成熟醪在蒸餾過程中沿塔板逐層
    而下。相對揮發性大的物質在醪塔內沿塔板
    逐層上升，從頂部排出；干物質和水，還有高
    級醇、酸、酯類等相對揮發性小的物質沿塔
    板逐層向下，微溶或可溶物質濃度不斷增
    加，當其濃度超過其溶解度達到過飽和狀態
    后，便會在塔底再沸器的管壁及蒸餾塔塔盤
    和塔件表面析出。在蒸餾過程中首先析出的
    是溶解度較小的碳酸鈣、碳酸鎂、磷酸鈣等，
    而溶解度稍大一些的也逐漸被濃縮沉積，如
    硫酸鈣、有機酸鈣等。
    發酵成熟醪中的不溶性懸浮物質，如酵
    母菌體、纖維、淀粉及析出的無機鹽形成晶
    核，加速了處于飽和狀態下的無機鹽、有機
    鹽、糖、糊精、可溶性蛋白質等的析出。眾所
    周知，國內大部分酒精廠采用了離心清液回
    配技術。離心清液的回配進一步提高了發酵
    成熟醪中干物質含量，加劇了微溶或可溶物
    質在醪液輸送、換熱、蒸餾過程中的析出和
    結垢概率。
    2.3.2 可溶性鈣鹽轉化成碳酸鈣垢
    在蒸餾過程中，可溶性有機酸鈣鹽與醪
    液中的可溶性碳酸鹽反應生成碳酸鈣垢：
    CaA
    2
    +Na
    2
    CO
    3
    =CaCO
    3
    ↓+2NaA
    CaA
    2
    +K
    2
    CO
    3
    =CaCO
    3
    ↓+2KA
        2.3.3 可溶性鈣鹽受熱分解生成難溶碳
    酸鈣垢
    在蒸餾過程中，可溶性鈣鹽受熱分解生
    成溶解度小的鹽垢：
    Ca（H CO
    3
    ）
    2
     =CaCO
    3
    ↓+H
    2
    O+CO
    2
    ↑
    Mg（H CO
    3
    ）
    2
     = Mg CO
    3
    ↓+H
    2
    O+CO
    2
    ↑
    2.3.4 前處理制漿工藝對醪垢的生成也
    有影響
    在酒精生產中，前處理制漿工藝可分為
    干法、半干法、濕法及改良濕法等，其對醪液
    輸送、換熱、蒸餾等過程中的結垢及積料影
    響程度從小到大，依次為濕法、干法、半干
    法、改良濕法。無論哪種制漿工藝，造成堵塔
    或換熱器效率下降的主要原因均為醪垢的
    積累，物料粒度則是次要原因。
    3醪垢的預防
    3.1化學防垢法
    投加阻垢劑。采取加入阻垢分散劑來抑
    制醪垢析出，這是一種經濟上節約，操作上
    簡便，效果上顯著的方法。實踐證明，阻垢分
    散劑的投入量為mg/L級，即可起到很好的
    阻垢作用。由于酒精行業的特殊性，建議使
    用單寧、木質素等天然有機分散劑。
    3.2物理防垢法
    物理防垢法又稱電磁防垢法，即在醪管
    線相應位置加電磁防垢器，當醪液通過電磁
    防垢器磁場時，鈣、鎂等成垢因子受強磁場
    感應而失去結晶能力，只能生成一種結構疏
    松易碎而不易牢固附著的沉渣，達到防垢的
    目的。
    3.3控制離心清液回配比，確定回配率
    前文已提到，離心清液的回配進一步提
    高了發酵成熟醪中干物質含量，加劇了微溶
    或可溶物質在設備表面的析出，因此，只要
    適當控制回配比，增加新鮮工藝水量就可以
    把成垢因子穩定在一定范圍而不析出。也可
    給出最高上限，依據離心清液回配數學模
    型，確定最佳回配率。
    3.4改善工藝、規范操作
    醪垢形成除與機理有關外，還與溫度、
    流速、漿料粒度、設備結構等因素有關。因
    此，新工廠要從工藝設計、設備選型、材料選
    擇、施工安裝質量抓起。已建成的工廠要從
    改進工藝、規范操作，加強管理抓起。
    實踐證明：當醪液在設備或管道內處于
    湍流狀態下，醪垢形成概率大為減少；在生
    產運行中，合理控制生產負荷，穩定操作，避
    免蒸餾塔溫度、壓力波動過大，會有效降低
    系統醪垢形成速率；深入研究系統運行規
    律，正確確定設備清洗、檢修周期，定期對系
    統進行有計劃地清洗，是防止醪垢形成和積
    累的一個有效途徑。
    4醪垢的清洗
    4.1化學清洗法
    4.1.1 堿煮法
    利用純堿或燒堿與碳酸鈣、硫酸鈣等發
    生化學反應而除掉醪垢的方法。堿煮通常使
    用純堿或燒堿，有時再加入少量磷酸鈉和食
    鹽作輔助除垢劑，以提高煮洗除垢的協同效
    應。主要化學反應如下：
CaCO3 +2NaOH= Ca（OH）2 + Na  2 CO  3
 CaSO 4 +2NaOH= Ca（OH） 2  + Na   2 SO  4
        4.1.2 酸洗法
    利用鹽酸或硫酸與碳酸鈣、磷酸鈣等發
    生化學反應而溶解醪垢的方法。主要化學反
    應如下：
CaCO 3     +2HCl= Ca Cl     2     + +CO     2     ↑+H     2     O
    Ca     3     （PO     4     ）     2      + 6HCl =3Ca Cl     2      +2H     3  PO  4
    4.2CIP清洗法
    4.2.1  CIP清洗是Clean In Place（就地
    清洗）的簡稱，是指不拆解或移動生產設備，
    采用適當的化學清洗配方，在一定溫度、壓
    力下進行清洗、殺菌和除垢。
    4.2.2  CIP清洗技術具有減輕工人勞動
    強度，防止操作失誤，清洗效率高，安全可靠
    等優點。通常分為預洗、堿洗、水洗、漂洗等
    幾個階段，是酒精工廠清潔生產的必備手段
    之一。
    4.3高壓水射流清洗法
    高壓水清洗就是利用高壓泵打出高壓
    水經噴嘴轉化成高流速的射流，沿著正向或
    切向沖擊醪垢，高壓水在醪垢上產生強大的
    沖擊力將其擊碎，從而露出被清洗的設備表
    面。高壓水清洗需專業設備，已廣為酒精廠
    采用。
    5小結
    5.1 通過對酒精生產中醪垢形成原因分
    析，找出了結垢因子、結垢機理、結垢條件，
    為預防與清洗提供了理論依據，對醪垢預防
    和處理具有普遍指導意義。
    5.2 醪垢的預防和清除，有些是從理論
    上給出的方法，如化學防垢法，雖然在其它
    行業已成功應用，但在醪垢處理上尚需實
    踐；有些是從實踐角度給出的方法，為成熟
    經驗，如物理防垢法、CIP清洗法等可直接
    使用。
    5.3 實踐證明，利用離心清液回配數學
    模型，可隨時監測結垢因子濃度，確定最佳
    回配比，使結垢因子濃度控制在允許范圍
    內。

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