CN103387480A - 回收汽化乙醇的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种回收汽化乙醇的装置，包括冷却器和气液分离器，气液分离器上设置气液分离入口和排出口；其特征是：所述冷却器的上部为汽化乙醇进口，冷却器的下部为乙醇出口和气体出口，汽化乙醇进口和乙醇出口、气体出口之间由冷却盘管连通；所述乙醇出口、气体出口和气液分离器的气液分离入口通过管道连通；所述气液分离器分隔成上部的气液腔和下部的液体腔，气液腔和液体腔由气液分离器外部的连接管连通，连接管的上端与气液腔的下部连接，连接管的下端与液体腔连接，在连接管上设置第一阀门；在所述液体腔的侧壁上设置排放管，在排放管上设置第二阀门。本发明可以回收含酒精液体在负压罐装过程中产生的汽化乙醇，降低空气中的乙醇浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收汽化乙醇的装置及方法，尤其是一种在黄酒及其他含酒精的液体产品在负压热罐装过程中，回收因物料加温和真空负压抽提所产生的汽化乙醇的装置和方法。
背景技术
黄酒及含酒精的液体产品在进行定量包装时，通常采用负压热灌装设备。这种灌装设备的工作原理是：储料箱处于常压状态，灌装时，带密封垫的灌装头伸入包装物内，依靠抽真空先对包装容器抽气形成负压，然后利用储料箱与包装容器之间的压差，通过灌装头将待包装的液体注入到包装容器内。在黄酒等行业，大生产灌装设备基本都采用多头灌装机，多个灌装头处于同一水平位置，可以根据产品包装规格和包装物形态预设定灌装液位高度，这样就可以忽略包装容器的制造误差，获得很好的充填液位外观一致性。负压灌装最适合玻璃瓶灌装，因玻璃瓶在烧制过程中不可避免的会出现内容积误差；同时，自动输送机会把破损的瓶子送入灌装机，而破损泄漏的瓶子不能形成负压，所以物料不会充填到包装物内，减少了产品的浪费。
由于黄酒及部分含低浓度酒精的液体产品还含有其他成分，如微生物、蛋白质、氨基酸、糖等，灌装前要采用加热方式杀灭其中的微生物统称高温灭菌或巴氏灭菌，以防止产品质变。在加温灭菌的同时，乙醇因为沸点较低而产生汽化现象。这部分汽化的乙醇，其数量可能占到产品中乙醇质量的0.1~0.5%甚至更多。在采用负压灌装设备时，这部分汽化乙 醇将由于真空泵的抽提而排出灌装体系，在工作场所和空气中形成一定浓度的乙醇，既浪费了产品，又造成环保、安全、劳动保护等方面的问题。
针对这一问题，一些黄酒生产企业也曾经使用各种冷凝器试图收集汽化乙醇，但均因为普通冷凝器的水阻现象导致真空度降低使得灌装生产无法顺利和连续进行。因无法解决回收乙醇和真空效果之间的矛盾，为确保灌装速度和生产正常进行而无奈放弃汽化乙醇的回收。
对国内目前已经公开的专利检索，没有查到相关负压热灌装汽化乙醇回收装置的授权专利，也无此类专利申请和公开的资料。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种回收汽化乙醇的装置及方法，可以尽可能地回收黄酒及含酒精液体在负压罐装过程中产生的汽化乙醇，降低了生产场所空气中的乙醇浓度，有利于工人的身体健康，提高了安全生产保证程度。
按照本发明提供的技术方案，所述回收汽化乙醇的装置，包括冷却器和气液分离器，冷却器的顶部为冷媒进口，冷却器的底部为冷媒出口，气液分离器的上部设置气液分离入口，气液分离器的底部设置排出口；其特征是：所述冷却器的上部为用于与负压热罐生产线的真空管道连接的汽化乙醇进口，冷却器的下部为乙醇出口和气体出口，汽化乙醇进口和乙醇出口、气体出口之间由冷却盘管连通；所述冷却器的乙醇出口和气体出口分别通过管道与气液分离器的气液分离入口连通；所述气液分离器分隔成上部的气液腔和下部的液体腔，气液腔和液体腔由气液分离器外部的连接管连通，连接管的上端与气液腔的下部连接，连接管的下端与液体腔连接，在连接管上设置第一阀门；在所述液体腔的侧壁上设置排放管，在排放管上设置第二阀门。
作为本发明的进一步改进，在所述液体腔中安装液位传感器。
作为本发明的进一步改进，所述冷却器中的冷却盘管的截面积为负压热罐生产线抽真空管道截面积的1.5～5倍。
作为本发明的进一步改进，所述冷却器中的冷却盘管的截面积为负压热罐生产线抽真空管道截面积的2～3.5倍。
作为本发明的进一步改进，所述连接管的上端与气液腔的下部三分之一处连接。
作为本发明的进一步改进，所述气液腔与气液分离器的外部空气连通。
所述回收汽化乙醇的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）通过管道将负压热罐生产线抽提出的汽化乙醇和空气通过汽化乙醇进口输入冷却器中，汽化乙醇和水蒸汽在冷却器中冷却形成乙醇溶液，冷却器的冷媒温度为1～32℃；
（2）冷却器的乙醇出口和气体出口分别与气液分离器的气液分离入口连接，气液分离器将空气排出，得到乙醇溶液。
所述冷却器的冷媒进口与进入负压热罐前的液体产品连接，或者与冷却水连接。
本发明具有以下优点：（1）适用性强：本发明以回收汽化乙醇为目标，可与国内外目前含乙醇产品生产领域中广泛使用的负压热灌装工艺的灌装设备配套使用；（2）使用本发明回收得到的汽化乙醇，其回收率可以达到95%以上，可帮助使用者提高原料利用率0.1%~0.5%；（3）如果使用待加温产品为冷却媒介，本发明可以帮助用户降低能耗；（4）使用本发明后，减少了汽化乙醇的排放量，洁净了生产场所的空气，保护了操作人员的身体健康，大大降低了因为空气中乙醇含量太高导致的安全事故发生的几率。
附图说明
图1为本发明所述回收汽化乙醇的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所述回收汽化乙醇的装置包括冷却器1和气液分离器2，冷却器1的顶部为冷媒进口1-1，冷却器1的底部为冷媒出口1-2，冷却器1的上部为汽化乙醇进口1-3，冷却器1的下部为乙醇出口1-4和气体出口1-5，汽化乙醇进口1-3和乙醇出口1-4、气体出口1-5之间由冷却盘管1-6连通；所述气液分离器2的上部设置气液分离入口2-1，气液分离器2的底部设置排出口2-2；所述冷却器1的乙醇出口1-4和气体出口1-5分别通过管道与气液分离器2的气液分离入口2-1连通；所述气液分离器2分隔成上部的气液腔3和下部的液体腔4，气液腔3与空气连通，气液腔3和液体腔4由气液分离器2外部的连接管5连通，连接管5的上端与气液腔3下部三分之一处连接，连接管5的下端与液体腔4连接，在连接管5上设置第一阀门7；为了便于将液体腔4内的液体通过真空泵排出，在液体腔4的侧壁上设置排放管6，在排放管6上设置第二阀门8；
在所述液体腔4中可以安装液位传感器，当液体腔4中的存料达到设定位置时，液位传感器能输出信号关闭第一阀门7、打开第二阀门8，将液体腔4中的存料通过排出口2-2移送至气液分离器2外部的物料储罐中；这种转移动作是自动进行的，不会影响到灌装生产线和回收汽化乙醇的正常连续进行；
所述冷却器1和气液分离器2采用符合食品生产要求的不锈钢材质制造，保证了食品安全和设备的长久耐用；
所述冷却器1中的冷却盘管1-6的截面积为负压热罐生产线抽真空管道截面积的1.5～5倍，优选为2～3.5倍。
负压灌装生产线的真空泵为水环式真空泵，其负压值的范围为-0.01~-0.095MPa，如果兼顾灌装生产的效率和灌装质量，其负压值的范围为-0.03~-0.09MPa时更好；从使用效果看，当物料加温温度较高时，在不影响灌装速度的前提下，真空负压值取较小值；当物料加温温度较低时，真空负压值取较高值；实际操作中选择较低温度和较高真空度可以降低乙醇的汽化数量，综合经济效果更好。负压热灌装工艺一般用于含乙醇产品的灌装，灌装产品本身所含乙醇的体积百分比一般为1~50%（大于50%时，产品中较高的乙醇含量可保证产品质量的稳定性而不需要加热杀菌，如高度白酒）。从回收投资成本回报角度考虑，罐装产品本身所含乙醇的体积百分比大于3%时，所回收的乙醇浓度一般可达到30%以上，回收系统的投入产出比较好。在实际使用时，通过管道将负压热罐生产线抽提出的汽化乙醇和空气一起通过汽化乙醇进口1-3输入冷却器1中，汽化乙醇和水蒸汽在冷却器1中冷却形成乙醇溶液，冷却器1的冷媒进口1-1与进入负压热罐前的液体产品连接，或者通过管道与冷却水连接，冷媒的温度为1～32℃，这是基于黄酒等含蛋白产品在灌装前部分采用冷却储存沉淀工艺，灌装前的产品温度一般低于5℃，也有部分产品未经冷却储存的，其灌装前的产品温度一般为室温，温度范围为1～32℃；使用待加温罐装的产品本身作为冷却媒介时，可以为乙醇回收系统提供冷量且不需要增加额外的制冷成本，能帮助此类产品生产企业降低冷媒制造的能耗；如果待灌装产品事先未进行冷却沉淀且温度超过32℃时，则采用冷却水或冷冻水为冷媒，冷媒的冷却方式如玻璃钢冷却塔、冷冻机组冷却等，保证冷却水最高温度低于32°C。
冷却器1的乙醇出口1-4和气体出口号-5与气液分离器2的气液分离入口2-1连接，冷却器1排出的乙醇溶液与空气的混合物进入气液分离器2的气液腔3中，当气液腔3中的液体达到一定量时，液体由连接管5进入气液分离器2下部的液体腔4中。
当需要将液体腔4中回收的乙醇排出时，打开气液分离器2底部的排出口2-2和排放管6上的第二阀门8，关闭连接管5上的第一阀门7，通过离心泵等将液体腔4中回收的乙醇排出。
对回收得到的乙醇溶液进行酒精度检测和标准化处理后，可以作为糟白酒销售，或作为原料经进一步蒸馏后得到高浓度乙醇。具体来讲，需要根据灌装产品的特点来选择后处理方式，如黄酒生产回收得到的乙醇溶液，一般酒精度达到40vol以上，经酒精度测定和标准化处理后就可以直接作为糟白酒销售，目前这一产品深受部分特定消费者的喜爱，有着广阔的市场；而非食品类产品或低酒精度回收溶液，则可以通过进一步蒸馏提纯后作为酒精原料回用或销售。
实施例1：
江苏无锡某著名酒业有限公司。
该酒业公司创建于上世纪五十年代，后因扩大规模迁移至无锡近郊地区。2011年9月公司进行每小时万瓶黄酒自动灌装线扩建，该自动灌装线有上海某著名轻工设计院设计施工，选用负压热灌装工艺设备。设计产量规模为10000瓶/小时（调试时按照8000瓶/小时组织生产），真空系统选用3m3/min水环式真空泵，电机功率7.5KW。试生产期间，发现汽化乙醇排放现象十分严重，据生产统计，酒度损失率高达0.47%。为此，配套安装了本发明所述的负压罐装过程中回收汽化乙醇的装置。
该项目配套的汽化乙醇的装置由冷却器、气液分离器、乙醇溶液转移泵等部分组成。装置安装于灌装车间一楼紧靠自动灌装机主机工作室的东侧。安装时，将原真空管道截断，接入回收装置。
本装置在进行汽化乙醇回收时，负压灌装生产线的真空泵为水环式真空泵。其负压值控制在-0.06~-0.08MPa。小于-0.06MPa时，灌装产量会受到影响；超过-0.08MPa时，真空度太高，乙醇汽化现象加剧。根据杀菌工艺，待灌装黄酒加温至95℃，依次经过保温缓冲、精密过滤等工序进入灌装机储料箱。储料箱内料液温度在80~85℃，产品中乙醇体积百分浓度为11~13%。
回收装置配套的冷却器为圆管式冷凝器，冷凝器盘管的形式为平行横置形式。盘管通径的截面积按照真空管道截面积的2.5倍设计制作，交换面积为2.5 m2。用于回收过程使用的冷却媒介的温度为待灌装黄酒，进入冷却器前的温度为3~5℃，冷媒进料量与灌装量相同。回收装置全部采用304不锈钢材质制造，与物料接触表面均做抛光处理。容器安装了必要的检测仪表和清洗管道阀门，每批产品灌装结束后用灌装线配套的CIP（Clean In Place的缩写，原位清洗）系统进行彻底清洗，无积料死角和盲肠。
回收装置投运后，回收得到的乙醇溶液中乙醇体积百分浓度为40~45%。每8小时回收含糟白酒坯料40~45千克，对照安装回收装置前统计的酒度损耗4.42%，回收率达到95.58%。同时，因为基本无汽化乙醇的排放，该生产区域不再作为公司安全生产防火重点区域进行管理。
实施例2：
福建某黄酒有限公司。
该公司为福建省著名黄酒兼药酒生产企业，生产黄酒和以黄酒浸泡的中药补酒等产品。
该公司的灌装线由该企业自行技改建设，采用负压热灌装工艺和设备。设计产量规模为3000瓶/小时，真空系统选用1.5m3/min水环式真空泵，电机功率4KW。
该项目配套的汽化乙醇的专用装置由冷却器、气液分离器、乙醇溶液转移泵等部分组成。装置安装时，对原真空管道进行了重组优化，接入回收装置。
本装置在进行汽化乙醇回收时，水环式真空泵的负压值控制在-0.05~-0.07MPa。小于-0.05MPa时，灌装产量会受到影响；若想超过-0.07MPa时，受真空泵系统能力限制。根据杀菌工艺，物料采用板式换热器加温至90°C，加温媒介为锅炉蒸汽。物料加温后进入灌装机储料箱。储料箱内料液温度在80~85℃，产品乙醇的体积百分浓度为28~30%。
回收装置配套的冷却器为圆管式冷凝器，冷凝器盘管的形式为平行横置形式。盘管通径的截面积按照真空管道截面积的3倍设计制作，交换面积为1m2。用于回收过程使用的冷却媒介的温度为待灌装黄酒，进入冷却器前的温度为15℃，冷媒进料量与灌装量相同。回收装置全部采用304不锈钢材质制造，与物料接触表面均做抛光处理。容器安装了必要的检测仪表和清洗管道阀门，每批产品灌装结束后用灌装线配套的CIP（Clean In Place的缩写，原位清洗）系统进行彻底清洗，无积料死角和盲肠
回收装置投运后，回收得到的乙醇溶液中乙醇体积百分浓度为55~65%。每8小时回收含乙醇溶液25~30千克。对照安装回收装置前统计的酒度损耗3.6%，回收率达到96.4%。
实施例3：
无锡某小型黄酒厂。
该小型黄酒厂创建于1999年，为无锡市地区性小型传统手工发酵黄酒生产企业，生产袋包装黄酒和瓶装黄酒。
该公司的灌装机采用负压热灌装工艺设备。产量规模为1000瓶/小时，真空系统选用1.5m3/min水环式真空泵，电机功率4KW。
该项目配套的汽化乙醇的专用装置由冷却器、气液分离器等部分组成。回收得到的乙醇溶液由工人手动开启气液分离器底部阀门移走。
本装置在进行汽化乙醇回收时，水环式真空泵的负压值控制在-0.05~-0.07MP物料采用板式换热器加温至90℃时，加温媒介为商品蒸汽。物料加温后进入灌装机储料箱。储料箱内料液温度在85~88℃，产品乙醇的体积百分浓度为12~13%。
回收装置配套的冷却器为圆管式冷凝器，冷凝器盘管的形式为平行横置形式。盘管通径的截面积按照真空管道截面积的4倍设计制作，交换面积为1 m2。用于回收过程使用的冷却媒介的温度为待灌装黄酒，进入冷却器前的温度为10℃，冷媒进料量与灌装量相同。回收装置全部采用304不锈钢材质制造，与物料接触表面均做抛光处理。容器安装了必要的检测仪表和清洗管道阀门，每批产品灌装结束后用灌装线配套的CIP（Clean In Place的缩写，原位清洗）系统进行彻底清洗，无积料死角和盲肠
回收装置投运后，回收得到的乙醇溶液中乙醇体积百分浓度为35~45%。每8小时回收含糟白酒坯料5~6千克。对照安装回收装置前统计的酒度损耗4.9%，回收率达到95.1%。
Claims (8)
1.一种回收汽化乙醇的装置，包括冷却器（1）和气液分离器（2），冷却器（1）的顶部为冷媒进口（1-1），冷却器（1）的底部为冷媒出口（1-2），气液分离器（2）的上部设置气液分离入口（2-1），气液分离器（2）的底部设置排出口（2-2）；其特征是：所述冷却器（1）的上部为用于与负压热罐生产线的真空管道连接的汽化乙醇进口（1-3），冷却器（1）的下部为乙醇出口（1-4）和气体出口（1-5），汽化乙醇进口（1-3）和乙醇出口（1-4）、气体出口（1-5）之间由冷却盘管（1-6）连通；所述冷却器（1）的乙醇出口（1-4）和气体出口（1-5）分别通过管道与气液分离器（2）的气液分离入口（2-1）连通；所述气液分离器（2）分隔成上部的气液腔（3）和下部的液体腔（4），气液腔（3）和液体腔（4）由气液分离器（2）外部的连接管（5）连通，连接管（5）的上端与气液腔（3）的下部连接，连接管（5）的下端与液体腔（4）连接，在连接管（5）上设置第一阀门（7）；在所述液体腔（4）的侧壁上设置排放管（6），在排放管（6）上设置第二阀门（8）。
2.如权利要求1所述的回收汽化乙醇的装置，其特征是：在所述液体腔（4）中安装液位传感器。
3.如权利要求1所述的回收汽化乙醇的装置，其特征是：所述冷却器（1）中的冷却盘管（1-6）的截面积为负压热罐生产线抽真空管道截面积的1.5～5倍。
4.如权利要求3所述的回收汽化乙醇的装置，其特征是：所述冷却器（1）中的冷却盘管（1-6）的截面积为负压热罐生产线抽真空管道截面积的2～3.5倍。
5.如权利要求1所述的回收汽化乙醇的装置，其特征是：所述连接管（5）的上端与气液腔（3）的下部三分之一处连接。
6.如权利要求1所述的回收汽化乙醇的装置，其特征是：所述气液腔（3）与气液分离器（2）的外部空气连通。
7.一种回收汽化乙醇的方法，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）通过管道将负压热罐生产线抽提出的汽化乙醇和空气通过汽化乙醇进口输入冷却器中，汽化乙醇和水蒸汽在冷却器中冷却形成乙醇溶液，冷却器的冷媒温度为1～32℃；
（2）冷却器的乙醇出口和气体出口分别与气液分离器的气液分离入口连接，气液分离器将空气排出，得到乙醇溶液。
8.如权利要求7所述的回收汽化乙醇的方法，其特征是：所述冷却器的冷媒进口与进入负压热罐前的液体产品连接，或者与冷却水连接。
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