CN113813626A - 一种蒸馏进料系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸馏进料系统及方法，属于工业尾气制备乙醇技术领域，解决了以工业尾气为原料的生物发酵法制备的发酵液易使传热装置结垢的技术问题。系统包括依次连接的储液罐、离心泵、换热器和蒸馏塔，蒸馏进料系统还包括第一管道和第二管道；第一管道的一端换热器的出液口连接，第一管道的另一端与离心泵的进液口连接；第二管道的一端离心泵的出液口连接，第二管道的另一端与储液罐的进液口连接。本发明能使储液罐和换热器中物料的浓度变得均匀，且由于物料在换热器内的流速较快，可降低物料在换热器内部结垢的概率，减少清理次数，从而提高乙醇的生产效率。

Description

一种蒸馏进料系统及方法

技术领域

本发明属于工业尾气制备乙醇技术领域，尤其涉及一种蒸馏进料系统及方法。

背景技术

燃料乙醇使用粮食、纤维素及其它非粮食原料通过发酵-蒸馏技术制备，工业尾气也可作为燃料乙醇的原料，用工业尾气发酵技术生产的发酵成熟液酒精浓度较低(约4.5％(v/v)，发酵成熟液中的菌体浓度高且不均一，如果使用传统的进料系统装置和进料方法，换热器容易结垢，必须频繁碱洗进料换热器，影响精馏塔进料温度和流量的稳定性，并且发酵液黏度大和不稳定会使蒸馏过程工艺参数波动影响蒸馏操作控制。

发明内容

本申请旨在至少能够在一定程度上解决了以工业尾气为原料的生物发酵法制备的发酵液乙醇浓度相对偏低、粘度大，后续工序尤其是乙醇蒸馏脱水工艺中传热装置易结垢的技术问题，为此，本申请提供了一种蒸馏进料系统及方法。

本申请的技术方案如下：

一种蒸馏进料系统，包括依次连接的储液罐、离心泵、换热器和蒸馏塔，所述蒸馏进料系统还包括第一管道和第二管道；

所述第一管道的一端所述换热器的出液口连接，所述第一管道的另一端与所述离心泵的进液口连接；

所述第二管道的一端所述离心泵的出液口连接，所述第二管道的另一端与所述储液罐的进液口连接。

在一些实施方式中，所述蒸馏进料系统还包括第四管道，所述第四管道的一端与所述换热器的出液口连接，所述第四管道的另一端与所述蒸馏塔的进液口连接，所述第一管道的管径大于所述第四管道的管径。

在一些实施方式中，所述第一管道的管径为所述第四管道的管径的三倍。

在一些实施方式中，所述第一管道上设有进碱液管，所述进碱液管的一端与所述第一管道连通，所述进碱液管的另一端连接有碱液源。

在一些实施方式中，所述换热器上还设有排渣管。

在一些实施方式中，所述蒸馏进料系统还包括第三管道，所述第三管道的一端与第一管道进液的一端连接，所述第三管道的另一端连接有水源。

在一些实施方式中，所述第一管道上设有第一阀门，所述第二管道上设有第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门均为气动调节阀。

一种蒸馏进料方法，应用于所述蒸馏进料系统，包括以下步骤：

在蒸馏进料系统进行进料作业时，使所有物料在所述离心泵和所述储液罐之间循环；

在蒸馏进料系统进行蒸馏作业时，使物料由所述储液罐依次进入所述离心泵和所述换热器，使所述换热器流出的部分物料在所述离心泵和所述换热器之间循环，使所述换热器流出的另一部分物料进入所述蒸馏塔进行蒸馏。

在一些实施方式中，还包括以下步骤：

判断所述蒸馏塔进液口处的实时温度，若所述蒸馏塔进液口处的实时温度低于第一温度，则关停系统并排出物料，排出物料后，对换热器进行清垢作业；

其中第一温度为换热器设定温度的85％。

在一些实施方式中，所述清垢作业包括：

第一清洗步骤，向所述换热器内通入清水，使清水在离心泵和换热器中循环后，将清洗后的水排出；

第二清洗步骤，向所述换热器内通入碱液，使碱液在离心泵和换热器中循环后，将碱液排出；

第三清洗步骤，向所述换热器内通入清水，使清水在离心泵和换热器中循环后，将清洗后的水排出。

本申请实施例至少具有如下有益效果：

由上述技术方案可知，本发明公开的蒸馏进料系统及方法中，物料通过第一管道，使由换热器流出的部分物料经过第一管道和离心泵再次进入换热器中，在换热器容量和单位时间内进入蒸馏塔的物料量不变的情况下，离心泵和换热器之间容纳的物料增多，这使得物料在通过换热器时的流速也相应提升，有利于物料内的菌体的均匀分布，使物料的浓度变得均匀，且由于物料在换热器内的流速较快，可降低物料在换热器内部结垢的概率，进而起到减少结垢的作用，进一步减少清理或更换换热器而停机的次数，从而提高乙醇的生产效率；且，通过物料在换热器内的循环，在蒸馏塔进料流量不变的情况下，通过换热器出口至离心泵进口回流或循环，与换热器中的物料直接进入蒸馏塔相比，本申请相当于大幅度提高了经过换热器的流量或者相当是提高了经过换热器的流速，根据传热速率基本方程式，流速增加相当于管壳式换热器内流体湍流程度加大，传热系数提高，相同传热量前提下等于减少了换热器换热面积降低投资成本；同时换热器管内流速增加也抑制了原料液中不溶物在换热器管内的沉降和结垢，会大幅度降低清洗换热器的周期，提高了蒸馏系统的稳定性和运行成本；

通过第二管道还可实现储液罐里的物料循环，物料通过循环流动，可避免物料在储液罐内分层，使物料能保持均匀的状态，有利于后续的换热和蒸馏工序。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例1中蒸馏进料系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例2中蒸馏进料方法的流程示意图；

图中标记：1-储液罐，2-离心泵，3-换热器，4-蒸馏塔，5-第一管道，6-第二管道，7-第三管道，8-第四管道，9-第五管道，10-第六管道，11-进碱液管。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

在发酵蒸馏制备乙醇的系统中，通过管道将物料通入换热器中对物料进行加热，而管道的截面积小于换热器的截面积，流体从管道进入换热器内后物料流速急速降低，流体以层流状态通过换热器，同时，由于工业尾气发酵技术生产的发酵成熟液乙醇浓度较低(约4.5％(v/v))远低于以粮食发酵液为主的发酵成熟液乙醇浓度(约10％(v/v))，工业尾气发酵技术发酵成熟液中的菌体浓度高且不均匀，在使用现有换热器的基础上，换热器更容易发生结垢和堵管的情况，进而导致换热器的传热系数下降，使物料达不到蒸馏塔进料温度的要求。

图1示出了本申请实施例1中蒸馏进料系统的结构示意图；图2示出了本申请实施例2中蒸馏进料方法的流程示意图.

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种蒸馏进料系统，包括依次连接的储液罐1、离心泵2、换热器3、蒸馏塔4、第一管道5和第二管道6。具体地，储液罐1和离心泵2之间的管道为第五管道9，离心泵2和换热器3之间的管道为第六管道10，换热器3与蒸馏塔4之间的管道为第四管道8。

第一管道5的一端换热器3的出液口连接，第一管道5的另一端与离心泵2的进液口连接，具体的，换热器3和离心泵2可设有两个进液口和两个出液口，以满足各个管道的布置，但考虑到增设装置的成本，本实施例中，第一管道5进液的一端与第四管道8连接，以使第一管道5通过第四管道8实现与换热器3的出液口连接；第一管道5出液的一端与第五管道9连接，以使第一管道5通过第五管道9与离心泵2的进液口连接。

第二管道6的一端离心泵2的出液口连接，第二管道6的另一端与储液罐1的进液口连接，同样的，第二管道6进液的一端与第六管道10连接，以使第二管道6通过第六管道10与离心泵2的出液口连接，第二管道6出液的一端则延伸至储液罐1内。可以理解的，每个管道中均设置阀门，通过阀门控制各个管道的开合。

本实施例的用于工业尾气生产乙醇的系统中，物料即为工业尾气发酵技术发酵成熟液，物料通过第一管道5，使由换热器3流出的部分物料经过第一管道5和离心泵2再次进入换热器3中，在换热器3容量和单位时间内进入蒸馏塔4的物料量不变的情况下，离心泵2和换热器3之间容纳的物料增多，这使得物料在通过换热器3时的流速也相应提升，有利于物料内的菌体的均匀分布，使物料的浓度变得均匀，且由于物料在换热器3内的流速较快，可降低物料在换热器3内部结垢的概率，进而起到减少结垢的作用，进一步减少清理或更换换热器3而停机的次数，从而提高乙醇的生产效率；且，通过物料在换热器3内的循环，增长了物料在换热器3内的时间，提高传热系数，相同换热量前提下等于减少了换热器3换热面积降低投资成本。

本实施例通过第二管道6还可实现储液罐1里的物料循环，物料通过循环流动，可避免物料在储液罐1内分层，使物料能保持均匀的状态，有利于后续的换热和蒸馏工序，同时降低物料结垢的速率，减少换热器3的清洗次数。

具体的，参考图1，第四管道8的一端与换热器3的出液口连接，第四管道8的另一端与蒸馏塔4的进液口连接，第一管道5的管径大于第四管道8的管径，以使通过第一管道5参与循环的物料的量大于通过第四管道8进入蒸馏塔4的量，使参与循环的物料以较快的流速流经换热器3，以提高物料的均匀度和换热效率。进一步的，本实施例中，第一管道5的管径为第四管道8的管径的三倍，即第一管道5的截面面积为第四管道8的截面面积的9倍，此时换热器3流出的物料中的90％返回至离心泵2的进料口参与循环，大幅度提高传热系数，且物料通过离心泵2的进液口参与循环，而非通过储液罐1参与循环，避免了循环中的物料对蒸馏塔4内的物料和储液罐1内的物料的热污染。

为了降低更换换热器3的次数，对换热器3进行有效的除垢处理工序十分必要，参照图1，第一管道5上设有进碱液管11，进碱液管11的一端与第一管道5连通，进碱液管11的另一端连接有碱液源。将离心泵2、换热器3和第六管道10中的物料排出后，使离心泵2、第六管道10、换热器3和第一管道5形成清洗回路，关闭其它管道的阀门后，将一定量的碱液通过进碱液管11输入至清洗回路后，关闭进碱液管11的阀门，通过离心泵2使清洗回路内的碱液循环，以清洗换热器3和管道内的积垢或粘附的物料。清理完毕后，将夹杂杂质的碱液排出即可，可通过进碱液管11将夹杂杂质的碱液排出系统，但考虑到生产作业中需要多次对换热器3进行清洗，为了避免污染碱液源，进一步的，换热器3上还设有排渣管(附图未示出)，通过排渣管将夹杂杂质的碱液排出，即可完成。

为了避免残留的碱液对后续蒸馏脱水工序产品造成影响，蒸馏进料系统还包括第三管道7，第三管道7的一端与第一管道5进液的一端连接，第三管道7的另一端连接水源，在除垢处理工序完成后，再次通过第三管道7向清洗回路通入清水，以冲刷掉清洗回路中可能残余的碱液。而在进行除垢处理工序前，也可通过第三管道7将清水通入清洗回路中，将残余的物料冲刷掉并由排渣管排出，以提高碱液的除垢效率，可以理解的，第三管道7可连接有水泵，水泵抽水进入清洗回路，水泵在抽水时，可周期性地提高功率，以使进入清洗回路的水流具有间歇性的冲刷力，有利于冲刷清洗回路中的残留物和粘附物。

进一步的，为了便于控制第一管道5和第二管道6中的流量，第一管道5上设有第一阀门，第二管道6上设有第二阀门，第一阀门和第二阀门均为气动调节阀。第一阀门和第二阀门均连接有同一控制器，通过控制器可实现第一阀门和第二阀门的开闭以及流量调节。

实施例2

本实施例公开了一种蒸馏进料方法，应用于实施例1中的蒸馏进料系统，参照图2，包括以下步骤：

步骤1：在系统进行进料作业时，使所有物料在离心泵2和储液罐1之间循环。

乙醇蒸馏生产中，会连续通入多个批次的物料至储液罐1中，以保证系统的运行，不同批次的物料的浓度存在差别，由此，存在进入换热器3和蒸馏塔4后的物料的浓度和性质不均一，物料浓度和性质不均一造成后蒸馏工序操作参数不稳定和不易控制，而通过步骤1，将新增的物料和储液罐1中剩余的物料进行循环，通过离心泵2对物料的做功拌匀不同批次的物料，使得物料均一，且浓度变化小，有利于蒸馏工序的稳定。操作者根据经验判断所有物料在离心泵2和储液罐1之间循环的时间，循环时间足够后，即可通过第二阀门关闭第二管道6，并使离心泵2和换热器3相通，以为蒸馏工序提供物料。

步骤2：在系统进行蒸馏作业时，物料由储液罐1依次进入离心泵2和换热器3，使换热器3流出的部分物料在离心泵2和换热器3之间循环，使换热器3流出的另一部分物料进入蒸馏塔4进行蒸馏。

在向蒸馏塔4提供物料的过程中，换热器3流出的部分物料在离心泵2和换热器3之间循环，可使物料的浓度变得均匀，且由于物料在换热器3内的流速较快，可降低物料在换热器3内部结垢的概率，进而起到减少结垢的作用，进一步减少清理或更换换热器3而停机的次数，从而提高乙醇的生产效率；且，通过物料在换热器3内的循环，增长了物料在换热器3内的流速，提高传热系数，相同换热量前提下等于减少了换热器3换热面积降低投资成本。

进一步的，本实施例中的方法还包括步骤3：

判断蒸馏塔4进液口处的实时温度，若蒸馏塔4进液口处的实时温度低于第一温度，则关停系统，排出物料后，对换热器3进行清垢作业；其中第一温度为换热器3设定温度的85％。

换热器3设定温度为物料的理想温度，考虑到物料的出口温度会不断的因为管道壁积垢层增厚和热阻增加的影响，换热器管程出口温度第一温度不高于换热器3的设定温度。当蒸馏塔4进液口处的实时温度降低时，可以理解的，换热器3的热传递效率明显降低，而导致热传递效率降低的主要原因则是换热器3内壁积垢，由此，需要对换热器3进行清垢作业，以使系统正常工作。

具体的，本实施例中，清垢作业包括：

第一清洗步骤，向换热器3内通入清水，使清水在离心泵2和换热器3中循环后，将清洗后的水排出。完成对系统内残留物料的冲洗和排出，以提高碱液的除垢效率。

第二清洗步骤，向换热器3内通入碱液，使碱液在离心泵2和换热器3中循环后，将碱液排出。通过碱液对积垢进行溶解，而循环流动的碱液不仅能够使碱液的浓度较为均匀，还具有动能，能够对换热器3和管道的内壁进行冲刷，进一步提高清垢效率。

第三清洗步骤，向换热器3内通入清水，使清水在离心泵2和换热器3中循环后，将清洗后的水排出。通过清水对系统中残留的碱液进行清理，避免碱液残留过多对蒸馏车间及后工序的生产造成影响，同时，流动的清水可再次对换热器3和管道进行冲刷，进一步提高清垢效果。

第一清洗步骤、第二清洗步骤和第三清洗步骤均在实施例1中离心泵2、第六管道10、换热器3和第一管道5组成的清洗回路中进行，并由进碱液管11完成对碱液的输入，由第三管道7完成清水的输入。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种蒸馏进料系统，其特征在于，包括依次连接的储液罐、离心泵、换热器和蒸馏塔，所述蒸馏进料系统还包括第一管道和第二管道；

所述第一管道的一端所述换热器的出液口连接，所述第一管道的另一端与所述离心泵的进液口连接；

所述第二管道的一端所述离心泵的出液口连接，所述第二管道的另一端与所述储液罐的进液口连接。

2.根据权利要求1所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述蒸馏进料系统还包括第四管道，所述第四管道的一端与所述换热器的出液口连接，所述第四管道的另一端与所述蒸馏塔的进液口连接，所述第一管道的管径大于所述第四管道的管径。

3.根据权利要求2所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述第一管道的管径为所述第四管道的管径的三倍。

4.根据权利要求1所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述第一管道上设有进碱液管，所述进碱液管的一端与所述第一管道连通，所述进碱液管的另一端连接有碱液源。

5.根据权利要求4所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述换热器上还设有排渣管。

6.根据权利要求5所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述蒸馏进料系统还包括第三管道，所述第三管道的一端与第一管道进液的一端连接，所述第三管道的另一端连接有水源。

7.根据权利要求1所述的蒸馏进料系统，其特征在于，所述第一管道上设有第一阀门，所述第二管道上设有第二阀门，所述第一阀门和所述第二阀门均为气动调节阀。

8.一种蒸馏进料方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的蒸馏进料系统，包括以下步骤：

在蒸馏进料系统进行进料作业时，使所有物料在所述离心泵和所述储液罐之间循环；

在蒸馏进料系统进行蒸馏作业时，使物料由所述储液罐依次进入所述离心泵和所述换热器，使所述换热器流出的部分物料在所述离心泵和所述换热器之间循环，使所述换热器流出的另一部分物料进入所述蒸馏塔进行蒸馏。

9.根据权利要求1所述的蒸馏进料方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断所述蒸馏塔进液口处的实时温度，若所述蒸馏塔进液口处的实时温度低于第一温度，则关停系统并排出物料，排出物料后，对换热器进行清垢作业；

其中第一温度为换热器设定温度的85％。

10.根据权利要求1所述的蒸馏进料方法，其特征在于，所述清垢作业包括：

第一清洗步骤，向所述换热器内通入清水，使清水在离心泵和换热器中循环后，将清洗后的水排出；

第二清洗步骤，向所述换热器内通入碱液，使碱液在离心泵和换热器中循环后，将碱液排出；

第三清洗步骤，向所述换热器内通入清水，使清水在离心泵和换热器中循环后，将清洗后的水排出。

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