CN102451654A - 一种利用超声波浓缩乙醇溶液的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声雾化浓缩乙醇的装置和乙醇浓缩方法。本发明装置包括设有超声雾化器的超声雾化罐、浓缩器和收集器，其中浓缩器包括筒体和在筒体内往复运动的活塞构成，筒体和活塞之间构成处理罐，处理罐的活塞前止点位置之前设置物料入口和物料出口，处理罐的物料入口设置物料流入单向阀，处理罐的物料出口设置物料流出单向阀，处理罐的物料入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，处理罐的物料排放管即收集罐引入管被引入收集器吸收液的液面之下。本发明乙醇浓缩方法采用上述装置。与现有技术相比，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单等优点。

Description

一种利用超声波浓缩乙醇溶液的装置

技术领域

本发明涉及一种超声雾化浓缩乙醇的装置和方法，特别涉及一种回收超声产生雾状物的方法。

背景技术

生物质具有可再生、产量大、可储存、碳循环等优势。开发生物质能源是解决化石能源危机的一种有效途径。生物乙醇是受到较多关注的一种生物质能源。利用农、林业的纤维素废料生产纤维乙醇，具有很好的研究前景。生物质经预处理等步骤转化为葡萄糖，再经微生物发酵获得乙醇。生物质可大体分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素原料。糖质原料、淀粉质原料制取燃料酒精的技术已很成熟。巴西主要用甘蔗直接生产燃料酒精，美国每年用玉米生产燃料酒精的产量也很大。但从总体看，依靠糖蜜、粮食淀粉原料解决用量很大的燃料问题显然是不现实的，特别是对于人口压力较大的国家和地区更是如此。美国《工业酶学》认为：“如果乙醇工业要生存，就必须利用木质纤维素生产”。利用葡萄糖直接发酵制备乙醇是粮食发酵工业一个比较成熟的工艺，而在纤维素发酵制备乙醇过程中，套用该工艺使纤维素发酵乙醇至今未能走出技术经济关。纤维素发酵制备乙醇的主要过程包括预处理、水解、发酵、提浓等步骤，具有生产流程长、能耗高、废水多等不足，影响工业应用的经济性。

微生物发酵直接得到的发酵液中的乙醇溶液普遍浓度较低，要想得到利用，就必须经过提浓。最简单、应用最广泛的浓缩方法是蒸馏，但在乙醇体积浓度低于15％时，采用蒸馏的方法能耗大，经济性差。此外，提浓的方法还有吸附浓缩、渗透浓缩等方法，这些方法都存在提浓效率低、经济性差等不足。

超声提浓是本领域出现的新颖的乙醇浓缩方法。乙醇具有表面浓度过高的物性，超声浓缩正是利用了乙醇的这一性质。超声提浓装置通常由超声波振荡器、鼓风机、冷凝回收装置几部分构成。由于输送给振荡器的能量比待浓缩乙醇溶液的潜热小得多，超声浓缩方法可比蒸馏浓缩方法节约更多的能量。超声雾化产生的雾滴十分微小，采用一般的冷凝方法或捕集法，很难有效地将雾状物凝结为正常状态的乙醇溶液。JP2005066554提出了几种凝集雾状物的方法，其中包括：加大回收单元的体积、冷却凝集、回收单元密闭、喷淋吸收、向雾状物强制吹风搅拌、设置挡板、设置雾状物振动器，这些方法可以配合使用，提高对雾状物的凝集效率。该回收系统设备复杂。在乙醇超声提浓装置中，鼓风设备的作用一般是提供给气体(通常为空气)循环动力，尤其是使超声产生的雾状物随气流到达捕集器中。例如JP2005066526、JP2005066553、JP2005066554、CN200810011464.7中都有带鼓风设备的超声工艺的实例。采用鼓风设备的超声提浓装置中，鼓风设备的动力效率较低，能耗相对较高；同时需要补充适量气体；对载气压力和速率也有潜在的要求，例如对于常见的盘管式冷凝捕集装置，盘绕的冷凝管给气体的流动造成了相当的阻力，要使夹带着雾状物的气体顺利通过，鼓风设备必须提供给气体高于特定值的压力，然而气压过大气流速度过大会使雾状物在捕集设备中的停留时间大大缩短，不利于其被顺利捕集、凝聚，未被捕集的雾状物又随着气流在整个环路中不断循环直至在某次循环中被凝集，这个过程中又消耗了不少的传送能量，因此需进一步提高以鼓风为动力的超声提浓装置的经济性。

发明内容

本发明提供了一种超声雾化浓缩乙醇的装置及浓缩乙醇的装置，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单等优点。

本发明超声雾化浓缩乙醇的装置，包括设有超声雾化器的超声雾化罐、浓缩器和收集器，其中浓缩器包括筒体和在筒体内往复运动的活塞构成，筒体和活塞之间构成处理罐，处理罐的活塞前止点位置之前设置物料入口和物料出口，处理罐的物料入口设置物料流入单向阀，处理罐的物料出口设置物料流出单向阀，处理罐的物料入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，处理罐的物料出口与收集器入口相通，收集器入口管伸入吸收液液面下，管口设置液体分布器。

本发明装置中，超声雾化器及超声雾化罐可采用本领域常规的装置，雾化罐液面下设有超声波振荡器，振荡器设一个或多个。超声雾化器中设有振荡器。用于使待浓缩的乙醇溶液超声雾化。超声雾化罐设有待浓缩的乙醇溶液的入口，还设有稀乙醇溶液的排放口，以及气体引入口和雾状物导出口。气体入口设有单向阀，该阀可以为机械阀，也可以为电磁控制阀，在特定压力下，该阀开启引入气体(一般为空气)，吸入的气体可以使超声产生的液柱向液面水平方向弯曲，这有利于部分抵消超声波因相互间碰撞导致的振幅减小，从而提高雾化效率；该阀还可以起到利于雾状物转移、扩大压力操作范围的作用。

本发明装置中，物料入口设置物料流入单向阀以及物料出口设置物料流出单向阀为机械式单向阀，由活塞往复运动时的压力变化自动控制单向阀的开启和关闭。所述的两个单向阀也可以采用电磁控制阀，由控制器按活塞往复运动相应控制单向阀的开启和关闭。

本发明装置中，浓缩器的筒体可以是各种适宜形状，如圆柱筒或棱柱筒，优选前者，活塞的形状与筒体的截面形状对应。浓缩器可以设置一个，也可以并列设置几个。

本发明装置中，收集器为常规结构的容器，收集器最好上部装有除雾沫器，除雾沫器可以采用多种形式，包括：折流板式除沫器、丝网除沫器、旋流板除沫器以及多孔材料或玻璃纤维除沫器，但不仅限于此；收集器入口管伸入吸收液液面下，管口设置液体分布器，液体分布器可采用多种形式，如莲蓬头式、耙式等。

本发明浓缩乙醇的方法，采用单级浓缩或多级浓缩，其中至少一级浓缩采用本发明上述超声雾化浓缩装置。乙醇溶液的原料为任意发酵过程得到的含乙醇溶液，或其它工业方法得到的含乙醇溶液。超声波振荡器的频率为1～10MHz。

与现有技术相比，本发明取消了通常乙醇超声提浓工艺中作为转移雾状物动力来源的送风设备，采用活塞运动产生负压，将雾状物吸入活塞筒体内，再通过活塞反向运动加压，使雾状物凝集成乙醇溶液，并排入收集罐。收集罐引入管伸入浓缩液液面下，并在管口设置了液体分布器，因压力变化而少量汽化的处理罐排出液和少量未凝集雾化物由此得到吸收。收集罐上部设有除雾沫器，进一步捕集极少量未凝集的雾化物，凝集液回滴到收集罐中。

本发明装置和方法具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单，经济性好等优点。相对于鼓风循环中途捕集的装置，采用本发明的活塞加压捕集装置能够对单位计量雾状物施加更大的促进其凝集的动力，因此，雾状物凝集效果好，回收效率高，同时避免了重复循环输送雾状物的动力消耗，节约能量。在本发明中，活塞运动不仅起到了压缩凝集处理雾状物的作用，同时它也提供了传送动力，该动力包括将雾状物吸入处理罐以及将凝集液压出处理罐进而压入收集罐的动力。而其他装置，处理动力往往和传送动力分立，仍以鼓风冷凝超声提浓装置为例，其传送动力由鼓风设备提供，其处理动力却是冷却介质提供给雾状物的温差，这就引入了冷却介质的花费以及为冷却介质降温的冷却设备成本和冷却操作成本。因此，本发明装置结构简单，经济性好。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

1、待浓缩乙醇溶液的进口阀；2、气体入口单向阀；3、超声雾化罐；4、振荡器；5、稀乙醇溶液排放阀；6、雾状物出口阀；7、雾状物导入口；8、吸气单向阀；9、处理罐；10、活塞；11、排气单向阀；12、浓缩乙醇溶液导出口；13、收集罐入口管；14、液体分布器；15、收集罐；16、压力表；17、除雾沫器；18、产品排放口；19、放空阀。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明一种本发明装置的详细构成和操作方法。

如图1所示，本发明装置的浓缩器包括：处理罐9、活塞10、吸气单向阀8、排气单向阀11。活塞10向上运动时，吸气单向阀8打开，排气单向阀11关闭，超声雾化罐3内的雾状物进入处理罐9；活塞向下运动时，吸气单向阀8关闭，处理罐9内的雾状物压缩液化，排气单向阀11打开并排入收集罐15。吸气单向阀和排气单向阀使用弹簧控制的机械式单向阀，单向阀的打开压力值可以根据需要具体确定。

本发明的浓缩乙醇的方法，采用上述的超声雾化浓缩乙醇的装置。首先可以利用泵将待浓缩的乙醇溶液通过进口1打入超声雾化罐3中，到达一定液位(振荡器必须浸没在溶液中)，启动振荡器4，开始超声雾化。经一定时间，产生的雾状物在雾化罐上部达到一定浓度，开启雾状物导出阀6，这样雾状物导出口就与雾状物导入口7连通。处理罐9中的活塞10向上运动，在处理罐中产生负压，当罐中压力低于导入口处的气体的压力时，吸气单向阀8打开，雾状物被吸入到处理罐中。活塞到达后止点后，向下运动，处理罐中的雾状物被压缩，吸气阀8因受较高压力的作用而关闭，当处理罐中的压力大于导出口12处的压力和排气单向阀11的弹簧弹力之和时，排气单向阀被顶开，经压缩聚集的浓缩乙醇溶液经导出口12排出，在压力和位差的作用下，浓缩乙醇溶液经导入管13和液体分布器14进入收集罐15的吸收液液面下，与吸收液混合。收集罐上部存有少量未凝的雾状物，吸附在除雾沫器上，到达一定量后回滴到收集罐中，混入吸收液。囤积在收集罐中的乙醇到达一定液位后，经收集罐底部的产品排放口排出。

Claims (8)

1.一种超声雾化浓缩乙醇的装置，其特征在于：包括超声雾化器的超声雾化罐、浓缩器和收集器，其中浓缩器包括筒体和在筒体内往复运动的活塞构成，筒体和活塞之间构成处理罐，处理罐的活塞前止点位置之前设置物料入口和物料出口，处理罐的物料入口设置物料流入单向阀，处理罐的物料出口设置物料流出单向阀，处理罐的物料入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，处理罐的物料出口与收集器入口相通，收集器入口管伸入吸收液液面下，管口设置液体分布器。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：超声雾化罐设有待浓缩的乙醇溶液的入口、稀乙醇溶液的排放口、气体引入口、雾状物导出口，雾化罐液面下设有超声波振荡器，振荡器设一个或多个。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：物料流入单向阀和物料流出单向阀为机械式单向阀，由活塞往复运动时的压力变化自动控制单向阀的开启和关闭。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：物料流入单向阀和物料流出单向阀为电磁控制阀，由控制器按活塞往复运动相应控制单向阀的开启和关闭。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：浓缩器的筒体是圆柱筒或棱柱筒，活塞的形状与筒体的截面形状对应。

6.按照权利要求1或5所述的装置，其特征在于：浓缩器设置一个，或者并列设置几个。

7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：收集器上部装有除雾沫器，陈雾沫器为折流板式除沫器、丝网除沫器、旋流板除沫器以及多孔材料或玻璃纤维除沫器。

8.一种浓缩乙醇的方法，采用单级浓缩或多级浓缩，其中至少有一级浓缩采用权利要求1至7任一权利要求所述超声雾化浓缩乙醇的装置。

Images