酒精清洁生产工艺

吉林工商学院本科毕业论文

吉林工商学院

毕业论文

题目：燃料酒精实施清洁生产的有效措施作者：学号：

学院(系)：生物工程

专业：生物工程

指导教师：

目录

中文摘要 .......................................................................................... 错误！未定义书签。

ABSTRACT..................................................................................... 错误！未定义书签。

1. 酒精行业存在的问题 (1)

1.1.国外酒精行业现状……… .................................................... 错误！未定义书签。

1.2.国内酒精生产情况……… .................................................... 错误！未定义书签。

1.3.小结 (2)

2. 我国酒精行业存在的问题......................................................... 错误！未定义书签。

2.1.酒精行业环境污染严重……… .......................................... 错误！未定义书签。

2.2.酒精行业存在的问题与对策......... .. (4)

2.2.1.解决生产所排放的酒精糟液对环境的污染问题...... (4)

2.2.2.1全干燥法...... (4)

2.2.2.2培养菌体蛋白法 (4)

2.2.2.3厌氧-好氧方法 (4)

2.2.2.4酒精糟处理液回用 (4)

2.3解决酒精生产原料问题 (5)

2.4解决酒精生产成本偏高的问题 (5)

2.5酒精企业清洁生产方法有待改进 (5)

3. 传统酒精生产方法 (7)

3.1.淀粉质原料酒精生产过程...... . (7)

3.2.糖蜜原料酒精生产过程...... .. (8)

3.2.1.酒精糟液处理...... . (9)

3.2.2.1糖蜜原料酒精糟液的处理...... . (9)

4.酒精企业的清洁生产 (10)

4.1清洁生产的概念及内涵 (10)

4.2清洁生产的审计 (10)

4.3国内酒精企业的清洁生产审计 (11)

4.4清洁生产参考方案 (12)

5 感想 (12)

参考文献 (14)

1.酒精行业现状分析

工业生产中环境问题日益突出的同时，工业环境管理思想也在不断发展，而酒精行业是一种传统产业，在工业进程中占有重要地位，其环境问题也倍受关注。下面就酒精行业现状的初步分析，也是本文研究的前提和背景之一。

1.1国外酒精行业现状

目前为止，从生产方式来看，世界上绝大多数酒精产品(90%以上)为发酵

法生产。其原料来源十分广泛:包括谷物、糖蜜、果汁、葡萄酒、乳清、纤维

素和其它原料。其中，使用糖蜜作原料生产的酒精产量较大，占世界酒精总产

量的45%左右，如巴西、巴基斯坦、澳大利亚、墨西哥等国家全部采用糖蜜作

原料生产酒精。使用淀粉质原料经发酵法生产的酒精比例不大，仅占世界酒精

总产量的16%左右。此外，一些森林资源丰富，造纸工业发达的国家，如瑞典、

挪威、芬兰、奥地利、加拿大等，纸浆废液酒精占很大比例。由于化学合成法

生产的酒精逐渐增多，使发酵酒精的比例下降，例如美国、英国、日本、俄罗

斯、德国、法国等工业化国家，其合成酒精的产量在国内已占很大比重。目前

世界合成酒精的产量占酒精总产量的20%左右，超过了淀粉酒精的产量。但是

由于合成酒精往往夹杂有异构化高级醇类，对于人的高级神经中枢有麻痹作用，

不适于作饮料、食品、医药和香料等用途，所以迄今为止，合成酒精尚不能完

全取代发酵酒精。

1.2国内酒精生产情况

我国酒精生产也以发酵法为主，但80%左右的酒精都用淀粉质原料生产，

其中65~70%的工厂采取薯干为原料，但在广东、广西、福建、四川、台湾等

省主要以甘蔗糖蜜发酵生产酒精;华北、东北、西北地区则以甜菜糖蜜发酵生

产酒精者较多，采用糖蜜为原料生产酒精约有巧%的厂家。其他尚有以亚硫酸

盐纸浆废液和木屑酸水解液为原料生产酒精，产量约占酒精总产量的1.5%;我

国合成酒精的生产才开始起步，产量还较小，约占酒精总产量的3.5%。近年来，

随着引进设备及工艺的应用及农作物结构的变化，用谷物(主要是玉米)原料

制酒精的工厂发展速度较快，特别在东北地区最为明。

.1.3 小结

从以上介绍的内容我们可以看出，尽管目前世界的酒精产业以发酵法为生

产工艺占了绝大多数比例，然而由于发酵法的原料不同，在这方面我国酒精生

产方式与国外存在较大差异。因此我们需要研究适合国内情况的酒精行业清洁

生产模式。本文的研究工作即是以此为背景之一开展的。

2.我国酒精行业存在的问题

2.1环境污染严重

我国酒精行业年排放废水总量超过3X10SM3，其中酒精糟废液的年排放超过4XLO7M，，年排BOD5约L.15XLO6T，COD约2.2XLO6T，分别占全国工业废水BOB5;总量的18%和COD排放总量的12.5%，是我国有机污染物排放量高、造成环境污染严重的行业之一[1]。

表 1.1[2]列出了我国酒精行业主要污染物的排放浓度与国内外排放标准的对比。从中可以看出，我国酒精行业各项污染物排放浓度均大大超过国家《污水综合排放标准(GB8978一1996)》1998年1月1日后建企业的二级排放标准，其中薯类酒精企业COD、BOD5、SS的平均排放浓度分别是二级排放标准的17倍、16倍和6.5倍，玉米酒精企业COD、BOD5、SS的平均排放浓度分别是二级排放标准的12倍、13倍和4.8倍，污染之严重可谓触目惊心。

2.2 酒精生产存在问题与对策

我国酒精生产以生物发酵法为主，原料以淀粉质原料为主。淀粉质原料生产酒精虽有逾百年的历史，但时至今日尚有3大问题必须解决。这3大问题分别是:1生产所排放的酒精糟液对环境的污染问题；2酒精生产的原料问题；3酒精生产成本偏高的问题。一旦这些问题得到解决，淀粉质原料生产酒精的前途将十分光明。现将有关对策归纳如下。

2.2.1解决生产所排放的酒精糟液对环境的污染问题

淀粉质原料每生产1t酒精排放12到15t酒精糟液。酒精糟液色泽深、酸度高，其直接排放不仅导致接纳水体富营养化，造成水体缺氧，引起水生动植物死亡，还促使沉积于水底的有机物进行厌氧发酵，产生臭气污染环境，严重破坏生态平衡，污染生活、生产用水资源。历经几十年的研究探索，酒精糟液的智力取得了可喜的进步。归纳起来，目前酒精糟液治理技术有：全干燥法（DDGS的法)、培养菌体蛋白法（SCP法）、厌氧-好氧法和酒精清洁生产法（酒精糟液处理回用）。

2.2.1.1全干燥法（DDGS)

处理以玉米为原料的酒精糟液可制得良好的饲料，治理糟液也较为彻底。但该方法投资大、能耗高，且仅适用于以玉米为原料的酒精糟液的处理，对国内大多数酒精厂来说难以推广，从已引进应用此处理方法的工厂运行实际来看，经济效益也不够理想。2.2.1.2培养菌体蛋白法（SCP法）

国内外研究取得了一定的成果，但此法工业化尚存在投资大、运行费用高、产品收得率低、二次废液对环境污染仍很严重等问题。国内外应用此方法的工厂基本上全都下马。

2.2.1.3 厌氧-好氧方法

该方法优点是能部分回收生物能——甲烷。但在对废水进一步处理的好氧过程中所支出的费用近乎厌氧过程所得到的甲烷的价值，加上污泥处理的支出，综合经济效益不够理想。另一方面，有雨厌氧-好氧速度慢，受季节影响波动大，因此投资大。占地面积大、处理效果不稳定。此方法国内虽有应用，但经济效益和环境效益都不理想。

2.2.1.4酒精糟液处理液回用

该方法是将酒精糟液固液分离，虑渣做饲料，滤液经处理后回用于酒精生产过程，做到生产无废糟液排放。该方法国内首先由江南大学提出，在工业化过程中，江苏省如皋市净化工业发酵与污染防治研究所的工程技术人员积极探索实践，攻克了糟液分离、滤液处理、水量平衡等诸多难题，提高完善了滤液回用技术，从理论和实践上解决了滤液回用可能发生的诸多困难，现已在全国以木薯、薯干、红高粱、玉米等为原料的数十家酒精工厂应用获得成功，做到了生产无废糟液排放，通过了所在地环境主管部门的检测验收。该方法投资较少、上马快、处理效果好、运行费用低，应用此方法可取的经济效益和环境效益的同步提高。

可以说，解决酒精生产所排糟液对环境污染问题的首选方案理应为酒精糟液处

理液回用技术。

2.3解决酒精生产原料问题

发酵法生产酒精原料主要为淀粉质原料——薯干、玉米、木薯等。我国人多地少，大量淀粉质原料用于酒精生产，势必造成酒精工业与食品工业、酒精工业与饲料工业争粮争地的矛盾。根本解决酒精生产原料的出路是以纤维素原料生产酒精。但是由于纤维素原料生产酒精技术上还存在纤维素酶活力不高、纤维素转化率低、转化成本高等问题，因此目前纤维素原料生产酒精仅能是纸上谈兵。

从国情出发，我国究竟工业应走酒精联产饲料之路。所谓的酒精联产饲料是将酒精生产与饲料生产结合起来，充分利用原料资源。每年我国用于生产饲料的玉米多达30 000kt，锦衣其中的30%用于酒精联产饲料，就可得到2700kt，饲料3240kt。应用这种方法可协调酒精工业与饲料工业争粮的矛盾，提高原料的利用率。

2.4解决酒精生产成本偏高的问题

发酵法酒精生产由于耗能多、发酵强度低等原因造成生产成本偏高。为降低生产消耗、节能方面正在研究实践无蒸煮技术和技能蒸馏技术；菌种方面正在选育优良的酒精生产微生物；发酵强度方面高强度酒精发酵工业化也取得了突破性的进展。上述诸方面工业化进程的加快，必将大大降低酒精生产成本，提高和增强发酵法酒精的竞争力，促进酒精工业的快速发展。

2.5酒精企业清洁生产方法有待改进

酒精生产作为一种传统工业，从环境保护的角度来说，其发展也经历了如前所述的三种污染治理模式，即自由排放一末端治理一污染预防。我国的酒精工业也不例外。污染预防，即清洁生产理念，是一种污染的源头控制方法，是将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类健康及环境的风险[3]。实施清洁生产，是企业环境管理的一大成功，是20世纪80年代以来全球环境污染物排放量增速减缓的重要手段[4]。清洁生产审计是清洁生产理论的核心，清洁生产方案的制定和实施也都是建立在清洁生产审计对于企业管理和生产工艺分析的基础上;同时，清洁生产审计也是目前清洁生产的主要工具。因此，目前国内很多酒精企业己经进行了清洁生产审计的工作，这为清洁工艺的采用，进一步实施企业清洁生产打下了很好的基础。

然而，随着企业环境管理实践的丰富和理论的深入，清洁生产理论及方法

有待进一步改进。主要表现在:

(l)清洁生产主要是针对企业内部的活动。企业主要采用内部管理、原材料

替代等简便、直接的方法实现“源头控制”和减少环境影响，一般的方法包括防止跑冒滴漏、节能和改进包装等。有研究表明，清洁生产要取得一定成效，通常需要经历一到两年的时间[5]。很多企业更多关注的只是那些无费/低费的清洁生产方案，因此很少对产品和过程技术进行重大变革，而只是优化其生产过程。目前企业是在没有政府管理机构和消费者强制的情况下实施清洁生产，主要是考虑到污染预防具有经济回报，同时又是好的生产实践，其次才是减少环境污染。然而，在人们日益重视企业社会责任的今天，企业的清洁生产应该更多的关注环境影响。因此，目前清洁生产审计对企业外部的环境压力考虑不够，不能确切的知道污染排放或能源或物质的利用对环境的影响程度。另外，从技术上来讲，清洁生产审计没有建立起企业内部生产与外部环境影响的定量化关系。因此，从这个角度看，对环境影响程度的定量化便是企业清洁生产在技术环节上的挑战，同时也是新的机会。

(2)清洁生产的发展趋势，便是越来越注重将全生命周期的思想运用到实际

操作中来。清洁生产审计的大体思路，即是通过建立企业生产的流程图，利用物料平衡分析相应物质的输入、输出和物料流失的具体位置，通过对废物、能源进行评估，判明废弃物的产生部位、分析废弃物的产生原因、提出方案减少或消除废弃物。在企业内部，任何减少原材料、减少能源消耗、减排污染物的活动都是清洁生产的行为。而根据清洁生产的原则，整体预防的发展战略需要更全面地分析企业生产过程及其上游(原料供给方)和下游(产品及废物的接

受方)产品全过程的资源消耗和环境状况。因此，清洁生产审计，作为一种评

价的工具，不是从产品全生命周期或者企业生产的全过程角度进行分析、评估。综合以上两点，为了使传统的清洁生产评价方法更好的满足可持续发展的

工业模式的要求，清洁生产审计需要进一步改进其技术方法

3 传统酒精生产方法

原料，传统酒精生产方法有发酵法和化学合成法两种。发酵法是将淀粉质、糖质

在微生物作用下经发酵生产酒精。化学合成法是利用炼焦碳裂解石油的

废气为原料，在高温高压作用下合成。

(l)淀粉质原料发酵酒精是我国当前生产酒精的主要方法，它是利用玉米、

薯干、木薯等含有淀粉的农副产品为主要原料，经蒸煮、糖化工艺将淀粉转化

为葡萄糖，并进一步发酵生产酒精。

(2)糖蜜原料发酵生产酒精是以制糖生产工艺排出的废糖蜜为原料，经稀释

并添加营养盐，在微生物的作用下进一步发酵生产酒精。

(3)亚硫酸盐纸浆废液发酵生产酒精是在造纸原料经亚硫酸盐液蒸煮后，废

液中含有六碳糖，这部分糖在酵母作用下可以发酵生产酒精，主要是工业酒精。

(4)化学合成法生产酒精是利用炼焦碳裂解石油的废气为原料，经化学合成

反应而制成酒精，其化学反应式如下:

CHZ=CHZ+HZO~C玩CHZOH

化学合成法又分为间接水合法和直接水合法，间接水合法对设备腐蚀严重，

酸消耗较多;直接水合法是乙烯和水蒸气在磷酸催化下，温度285一305℃，70

个大气压下合成，对设备和材料的要求较高。

下面将详细介绍淀粉质原料和糖蜜原料的酒精生产过程

3.1淀粉质原料酒精生产过程

淀粉质原料生产酒精时，投产前必须先把快状或粒状的原料，磨碎成粉末

状态后，经过高压蒸煮和糖化作用，然后在进行发酵，最后经蒸馏得到成品酒

精，具体工艺如下:

1.原料粉碎连续蒸煮的酒精工厂，原料出库后，先经过粉碎，然后在投入

生产。几乎大多数工厂都采用了锤式粉碎机，把原料磨成粉。很多工厂都采用

二次粉碎法，在进入锤碎机前先经过粗碎，把大快原料初步打碎成小快原料，再经过锤碎机，将小块原料打碎成较细的粉末原料，这样便于连续蒸煮。

2.蒸煮糊化把磨碎后的粉末原料，先行拌水预热，使原料升温，为连续蒸

煮作好预煮准备。原料内的淀粉颗粒，经高压蒸煮后逐步破裂，趋于溶解状态，

蒸煮醒液成糊状。

3.曲霉糖化经蒸煮糊化后的醒液，通过曲霉菌的淀粉酶进行糖化作用。曲

霉菌生成的淀粉酶，能把原料内含有的淀粉转变为可发酵性糖，供酵母菌利用。曲霉菌是属于好气性的微生物，故在繁殖和生长过程中要给以充分得空气，同时，淀粉酶的形成也取决于所供给的空气量。

4.酵母发酵酒精发酵是属于厌气性发酵，在发酵过程中进行无氧呼吸，在

此过程中，发生着复杂的生物化学变化，既有糖化醒中淀粉和糊精继续被淀粉酶水解生成糖，也有蛋白质在曲霉蛋白酶水解下生成肤和氨基酸。这些物质一部分被酵母吸收合成菌体细胞，另一部分则被发酵，生成酒精和COZ。

5.蒸馏提纯经酵母菌把糖转变成酒精后，在成熟发酵醒内，除含有酒精和

大量水分外，还含有固形物和许多杂质。蒸馏是把发酵醒液中含有的酒精提纯出来，通过粗馏和精馏，最后取得合乎规格的酒精，同时得到副产物杂醇油，还有大量的酒糟(也称废醒液)排除。有的工厂把酒糟内的余热，设法取出，

充分利用。

2.1淀粉质原料制酒精工艺流程图

3.2糖蜜原料酒精生产过程

糖蜜原料生产酒精，直接利用糖蜜中的糖分，经过稀释并添加部分营养盐，

借酒母的作用发酵生成酒精。大致生产流程如下:

糖蜜一稀糖液制备一稀糖液一发酵一蒸馏一成品酒精

从糖蜜酒精发酵的特点，可清楚看到糖蜜干物质浓度很大，糖分高，产酸

细菌多，灰分与胶体物质很多，如不预先进行处理，酵母是无法直接进行发酵

的。因此必须进行预处理，糖蜜的处理程序包括稀释、酸化、灭菌、澄清和添

加营养盐等过程。

发酵过程以及成熟醒蒸馏的机理，设备和要求与淀粉质原料酒精生产相同，

本节不作叙述。

2.2糖蜜原料生产酒精的工艺流程图

3.2.1 酒精糟液的处理

酒精糟液处理液回用技术是将酒精糟液经处理后，去除对酒精生产有害的物质后得到处理液，处理液代替清水用于酒精生产的处理方法。此方法的优点是投资较省、上马较快、运行费用较少，处理酒精糟液彻底。被应用工厂称为“目前国内为酒精糟液治理的首选技术”。

3.2.1.1 糖蜜原料酒精糟处理液回用技术

糖蜜原料酒精糟处理液回用技术是将糖蜜原料酒精生产所排放的酒精糟液进行一系列

的物化处理，得到稳定水质的处理液，回用于酒精生产糖蜜稀释工序，做到酒精糟液不排放。糖蜜原料酒精糟处理液回用技术包括酒精糟处理、糖蜜原料预处理、酒精发酵和蒸馏等工序。

流程叙述：酒精糟液经粗馏塔排出进入糟液贮存箱经泵送至冷却系统冷却，冷却后的糟液进入斜板沉降器沉淀，去除部分灰分后进入气浮池去除胶体等浮渣后，进入中间贮池。中间贮池的处理液按糟液量的（5~ 10)×10-6 加入糟液处理专用剂，加药后的糟液泵入综合处理装置进行处理，处理后的处理液放入回水池内，用泵送至列管冷却器冷却，冷

却后送至高位箱备用。处理液代替清水兑释糖蜜进行酒精发酵。

4.酒精企业的清洁生产

4.1清洁生产的概念及内涵

4.1.1.清洁生产的概念

1989年，联合国环境规划署首次为“清洁生产”概念下了定义[6]:

“清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。一对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃物的数量和毒性;一对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期对环境的不利影响;一对服务，要求将环境因素纳入设计和提供的服务中。”

4.1.2清洁生产的涵义

清洁生产的定义中包含了四层涵义:

一是清洁生产的目标是节省能源、降低原材料消耗、减少污染物的产生和

排放量;

二是清洁生产的基本手段是改进工艺、强化企业管理，最大限度地提高资

源、能源的利用水平和改善产品体系，更新设计观念，争取废物最少排放及将

环境因素纳入到服务中去;

三是清洁生产的方法是排污审计，即通过审计发现排污部位、排污原因，

并筛选消除或减少污染物的措施;

四是清洁生产的终极目标是保护人类和环境，提高企业自身的经济效益。

4.2清洁生产审计

企业清洁生产工作程序包括准备、审计、制定方案和实施方案4个基本阶段。其中审计阶段是清洁生产的重要阶段。酒精企业在推行清洁生产之前应做好清洁生产审计工作。清洁生产审计，也称“污染预防审计”或“污染预防评价”，是企业对现在的和计划进行的工业生产进行的预防污染的分析和评估，即企业对目前的生产流程进行全面的评估和分析，找出高物耗、高能耗、高污染的原因，确定废弃物的来源、数量及削减目标，

然后有的放矢地制定有效的废物控制对策、制定方案，减少和防止污染物的产生，提高企业环境管理的效率。因此，清洁生产审计是企业推行清洁生产的重要前提。

清洁生产审计的一般流程表明，其重点和前提在于确定审计重点，即通过调研和现场考察，分析企业生产中存在的问题或薄弱环节，找出“废物产生的原因”。企业在做审计重点的选择时，一般采用权重总和法、打分法和投票法等。以上几种方法均为依靠生产经验确定不同生产工艺或阶段的权重值，从而确定审计重点。一般而言，审计的重点都是显而易见的工艺或流程。当生产环节的环境影响比较明显的时候，这样的方法具有很强的实用性。然而，以上确定审计重点的方法，是基于资源消耗、能源使用和污染物排放量的判断，并没有完全与企业的生产的环境压力建立定量的联系，即各生产工艺流程所造成的具体的环境压力大小。因此，清洁生产审计可以在定量分析方面做出进一步改进。

5酒精清洁生产参考方案

通过实施酒精清洁生产方案，工厂对清洁生产必要性的认识更进一步，工厂应组建长期的清洁生产审计和工作小组，制定长期的工作计划，组建技术创新小组，研究开发切合实际的酒精生产实用技术，推动酒精工业环境保护工作。