CN115671765A - 一种乙醇精馏装置及其精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乙醇精馏装置，包括渗透蒸发分离器，渗透蒸发分离器的进料端连接进液管，渗透蒸发分离器的出料端连接至再沸器的进料端，再沸器的出料端连接至精馏塔底部的进料端，精馏塔顶部的出料端连接至冷凝器的进料端，冷凝器的出料端连接出液管，冷凝器的出料端通过第一回流泵连接至精馏塔顶部的第一回流端，精馏塔底部的第二回流端通过第二回流泵连接至再沸器的进料端。本发明能够改进现有技术的不足，提高乙醇精馏收得率、降低精馏能耗。

Description

一种乙醇精馏装置及其精馏方法

技术领域

本发明涉及乙醇制备技术领域，尤其是一种乙醇精馏装置及其精馏方法。

背景技术

乙醇是一种用途非常广泛的化工原料，通过生物发酵和精馏是生产乙醇的一种重要途径。传统的乙醇精馏工艺是通过一个或多个精馏塔联用，实现乙醇的精馏提纯，这种工艺的乙醇收得率较低，且能源消耗量高。渗透蒸发是利用渗透蒸发膜两侧的蒸汽压差形成推动力，使组分透过渗透蒸发膜进行提纯。现有技术中，渗透蒸发通常是使用在高浓度乙醇的脱水工艺中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种乙醇精馏装置及其精馏方法，能够解决现有技术的不足，提高乙醇精馏收得率、降低精馏能耗。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

一种乙醇精馏装置，包括渗透蒸发分离器，渗透蒸发分离器的进料端连接进液管，渗透蒸发分离器的出料端连接至再沸器的进料端，再沸器的出料端连接至精馏塔底部的进料端，精馏塔顶部的出料端连接至冷凝器的进料端，冷凝器的出料端连接出液管，冷凝器的出料端通过第一回流泵连接至精馏塔顶部的第一回流端，精馏塔底部的第二回流端通过第二回流泵连接至再沸器的进料端。

作为优选，所述渗透蒸发分离器包括分离器外壳，分离器外壳内安装有硬质衬网，硬质衬网上铺设有渗透蒸发膜，渗透蒸发膜上方为液相室，渗透蒸发膜下方为气相室，液相室上连接有进液管和回流管，气相室上连接有惰性气体输入管和混合气体输出管，混合气体输出管连接至再沸器的进料端。

作为优选，所述进液管内安装有过滤器，硬质衬网上均匀设置有若干个弯折部。

作为优选，所述再沸器包括再沸器外壳，再沸器外壳内安装有加热盘管，再沸器的进料端包括与第二回流泵连接的液相进料端和与混合气体输出管连接的气相进料端，液相进料端和气相进料端位于再沸器外壳的底部，再沸器的出料端位于再沸器外壳的顶部。

作为优选，所述再沸器外壳的底部设置有雾化器，液相进料端与雾化器连接，雾化器的外侧安装有导流筒，导流筒内固定有若干个导流片，气相进料端连接在导流筒的侧壁，加热盘管的底端位于导流筒内。

作为优选，所述精馏塔内固定有若干层塔板，塔板包括孔板和环形导流片，环形导流片位于孔板下方，孔板上均匀设置有若干个通孔，孔板顶面设置有圆锥部，孔板边缘设置有导流孔，环形导流片的厚度从外侧向内侧逐渐减少，环形导流片底面设置有丝网层。

作为优选，所述丝网层包括位于顶面和底面的高密度部，两个高密度层之间设置有低密低层，高密度层的编制密度高于低密度层。

作为优选，所述精馏塔底部的进料端上安装有曝气盘，曝气盘位于精馏塔底部冷凝液面之下，曝气盘底面固定有挡板，挡板上开设有通槽，曝气盘顶面与冷凝液面的距离与冷凝液深度之比为1:5～1:8。

一种上述的乙醇精馏装置的精馏方法，包括以下步骤：

A、发酵醪液通过进液管进入渗透蒸发分离器，发酵醪液中的醇类组分通过渗透蒸发膜与惰性气体形成混合蒸汽，混合蒸汽通过气相进料端进入再沸器；

B、混合蒸汽在再沸器内被加热后通过精馏塔底部的进料端进入精馏塔，混合蒸汽在精馏塔内上升，逐层经过塔板，同时冷凝器通过第一回流泵将部分冷凝液通过第一回流端注入精馏塔，回流的冷凝液在精馏塔内下降，逐层经过塔板，与混合蒸汽在塔板之间进行汽液接触精馏；

C、步骤B中未回流的冷凝液作为乙醇精馏产品收集，步骤B中经过塔板下落至精馏塔底部的冷凝液通过第二回流泵和液相进料端回流至再沸器，冷凝液在再沸器进行重新加热汽化。

采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明改变了现有技术中“先精馏后渗透蒸发”的工艺流程，将渗透蒸发分离器置于精馏塔之前，使发酵醪液先经过渗透蒸发处理，去除水分，然后再使用精馏塔对醇类组分蒸汽进行精馏处理，去除其中的杂醇组分，最终得到无水乙醇。通过这种工艺改进，可以利用渗透蒸发分离器高效的去除水分，降低精馏塔的能耗，提高精馏塔的收得率。由于本发明将渗透蒸发分离器使用在了工艺前端，为了防止渗透蒸发膜被杂质堵塞，专门在过滤器安装有过滤器。针对本发明的工艺流程，使用惰性气体对透过的醇类组分进行收集，并将惰性气体与醇类组分一起输入精馏塔进行精馏处理。由于有了惰性气体的传输，通过对再沸器和精馏塔结构的进一步优化，有效的提高了精馏收得率。再沸器采用气相和液相两个进料端，冷却液经过雾化器雾化后，在导流筒内与含有惰性气体的混合蒸汽实现混合，在惰性气体的高速带动下，雾化液滴和蒸汽充分混合后被加热盘管加热，输入精馏塔。雾化液滴和蒸汽进入精馏塔后，在塔板之间与冷凝液滴充分接触，进行精馏处理，最终在冷凝器中得到无水乙醇。由于本发明具有高速流动的惰性气体带动，混合蒸汽和惰性气体通过曝气盘与精馏塔底部的冷凝回流液进行吸附交换接触后，直接进入塔板进行精馏操作，精馏分离效率高，所以本发明的精馏塔省略了提馏段，减少了精馏塔的耗能区域，降低精馏能耗。同时由于本发明的再沸器采用惰性气体带动雾化颗粒与蒸汽在导流筒进行混合的结构，热交换效率高，再加上精馏塔的高分离率，减少了冷凝液的循环，从而从整体上降低了再沸器的能耗。由于本发明是采用惰性气体带动蒸汽进行精馏循环，所以专门对精馏塔的塔板结构进行了针对性的改进。本发明的塔板包括孔板和环形导流片，惰性气体带动混合蒸汽从孔板底部通过孔板上的通孔和边缘的导流孔向上流动，与此同时冷凝回流液在环形导流片的导流下从环形导流片中心向下流动，，一部分冷凝回流液直接滴落在孔板的圆锥部顶部，然后向孔板的边缘流动，在这一过程中与混合蒸汽进行吸附接触精馏，另一部分冷凝回流液会由于“茶壶效应”沿着环形导流片底面向边缘流动，同时上升的混合蒸汽在遇到环形导流片后会沿着环形导流片的底面向环形导流片的中心空洞方向流动，从而在环形导流片底面形成混合蒸汽和冷凝回流液的逆向流动区域，通过在这一区域安装丝网层，可以有效提高混合蒸汽与冷凝回流液的接触面积，从而提高精馏分离效率。由于混合蒸汽在惰性气体带动下的流速较高，所以对丝网层进行了不同编织密度的分层设计，提高了混合蒸汽在丝网层内的流动效率。曝气盘底面的挡板可以避免冷凝液面附近的气泡向下进入第二回流泵。

附图说明

图1是本发明一个具体实施方式的结构图。

图2是本发明一个具体实施方式中渗透蒸发分离器的结构图。

图3是本发明一个具体实施方式中再沸器中的结构图。

图4是本发明一个具体实施方式中塔板的结构图。

图5是本发明一个具体实施方式中丝网层的结构图。

图中：1、渗透蒸发分离器；2、进液管；3、再沸器；4、精馏塔；5、冷凝器；6、出液管；7、第一回流泵；8、第二回流泵；9、分离器外壳；10、硬质衬网；11、渗透蒸发膜；12、回流管；13、惰性气体输入管；14、混合气体输出管；15、过滤器；16、弯折部；17、再沸器外壳；18、加热盘管；19、液相进料端；20、气相进料端；21、雾化器；22、导流筒；23、塔板；24、孔板；25、环形导流片；26、圆锥部；27、导流孔；28、丝网层；29、高密度部；30、低密度层；31、曝气盘；32、挡板；33、通槽；34、通孔；35、支架；36、圆锥形导流板；37、漏液孔；38、导流片。

具体实施方式

参照图1-5，本发明一个具体实施方式包括渗透蒸发分离器1，渗透蒸发分离器1的进料端连接进液管2，渗透蒸发分离器1的出料端连接至再沸器3的进料端，再沸器3的出料端连接至精馏塔4底部的进料端，精馏塔4顶部的出料端连接至冷凝器5的进料端，冷凝器5的出料端连接出液管6，冷凝器5的出料端通过第一回流泵7连接至精馏塔4顶部的第一回流端，精馏塔4底部的第二回流端通过第二回流泵8连接至再沸器3的进料端。渗透蒸发分离器1包括分离器外壳9，分离器外壳9内安装有硬质衬网10，硬质衬网10上铺设有渗透蒸发膜11，渗透蒸发膜11上方为液相室，渗透蒸发膜11下方为气相室，液相室上连接有进液管2和回流管12，气相室上连接有惰性气体输入管13和混合气体输出管14，混合气体输出管14连接至再沸器3的进料端。进液管2内安装有过滤器15，硬质衬网10上均匀设置有若干个弯折部16。再沸器3包括再沸器外壳17，再沸器外壳17内安装有加热盘管18，再沸器3的进料端包括与第二回流泵8连接的液相进料端19和与混合气体输出管14连接的气相进料端20，液相进料端19和气相进料端20位于再沸器外壳17的底部，再沸器3的出料端位于再沸器外壳17的顶部。再沸器外壳17的底部设置有雾化器21，液相进料端19与雾化器21连接，雾化器21的外侧安装有导流筒22，导流筒22内固定有若干个导流片38，气相进料端20连接在导流筒22的侧壁，加热盘管18的底端位于导流筒22内。精馏塔4内固定有若干层塔板23，塔板23包括孔板24和环形导流片25，环形导流片25位于孔板24下方，孔板24上均匀设置有若干个通孔34，孔板24顶面设置有圆锥部26，孔板24边缘设置有导流孔27，环形导流片25的厚度从外侧向内侧逐渐减少，环形导流片25底面设置有丝网层28。丝网层28包括位于顶面和底面的高密度部29，两个高密度层29之间设置有低密低层30，高密度层29的编制密度高于低密度层30。精馏塔4底部的进料端上安装有曝气盘31，曝气盘31位于精馏塔4底部冷凝液面之下，曝气盘31底面固定有挡板32，挡板32上开设有通槽33，曝气盘31顶面与冷凝液面的距离与冷凝液深度之比为1:5～1:8。

此外，在环形导流片25的中心通过支架35安装有圆锥形导流板36，圆锥形导流板36的尖端朝下，圆锥形导流板36的尖端上开设有漏液孔37。由于混合蒸汽通过惰性气体带入精馏塔，流量大，在混合蒸汽经过环形导流片25中心向上流动时，在圆锥形导流板36的导流下，混合蒸汽经过环形导流片25中心后向外侧流动，从而加强了混合蒸汽与环形导流片25顶面上向下流动的冷凝回流液以及从导流孔27流出顺着精馏塔4内壁向下流动的冷凝回流液的接触吸附效率，使混合蒸汽与冷凝回流液在各层塔板23之间进行充分的吸附精馏。

一种上述的乙醇精馏装置的精馏方法，包括以下步骤：

A、发酵醪液通过进液管2进入渗透蒸发分离器1，发酵醪液中的醇类组分通过渗透蒸发膜11与惰性气体形成混合蒸汽，混合蒸汽通过气相进料端20进入再沸器3；

B、混合蒸汽在再沸器3内被加热后通过精馏塔4底部的进料端进入精馏塔4，混合蒸汽在精馏塔4内上升，逐层经过塔板23，同时冷凝器5通过第一回流泵7将部分冷凝液通过第一回流端注入精馏塔4，回流的冷凝液在精馏塔4内下降，逐层经过塔板23，与混合蒸汽在塔板23之间进行汽液接触精馏；

C、步骤B中未回流的冷凝液作为乙醇精馏产品收集，步骤B中经过塔板23下落至精馏塔4底部的冷凝液通过第二回流泵8和液相进料端19回流至再沸器3，冷凝液在再沸器3进行重新加热汽化。

本发明采用了“先渗透蒸发后精馏”的工艺流程，利用渗透蒸发过程去除水分，同时巧妙的使用渗透蒸发过程中使用到的惰性气体携带混合蒸汽进行精馏操作，并对再沸器和精馏塔的对应结构进行优化，有效的降低了精馏过程的能耗，提高了精馏的收得率。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等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发明，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发明的限制。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种乙醇精馏装置，其特征在于：包括渗透蒸发分离器（1），渗透蒸发分离器（1）的进料端连接进液管（2），渗透蒸发分离器（1）的出料端连接至再沸器（3）的进料端，再沸器（3）的出料端连接至精馏塔（4）底部的进料端，精馏塔（4）顶部的出料端连接至冷凝器（5）的进料端，冷凝器（5）的出料端连接出液管（6），冷凝器（5）的出料端通过第一回流泵（7）连接至精馏塔（4）顶部的第一回流端，精馏塔（4）底部的第二回流端通过第二回流泵（8）连接至再沸器（3）的进料端。

2.根据权利要求1所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述渗透蒸发分离器（1）包括分离器外壳（9），分离器外壳（9）内安装有硬质衬网（10），硬质衬网（10）上铺设有渗透蒸发膜（11），渗透蒸发膜（11）上方为液相室，渗透蒸发膜（11）下方为气相室，液相室上连接有进液管（2）和回流管（12），气相室上连接有惰性气体输入管（13）和混合气体输出管（14），混合气体输出管（14）连接至再沸器（3）的进料端。

3.根据权利要求2所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述进液管（2）内安装有过滤器（15），硬质衬网（10）上均匀设置有若干个弯折部（16）。

4.根据权利要求1所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述再沸器（3）包括再沸器外壳（17），再沸器外壳（17）内安装有加热盘管（18），再沸器（3）的进料端包括与第二回流泵（8）连接的液相进料端（19）和与混合气体输出管（14）连接的气相进料端（20），液相进料端（19）和气相进料端（20）位于再沸器外壳（17）的底部，再沸器（3）的出料端位于再沸器外壳（17）的顶部。

5.根据权利要求4所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述再沸器外壳（17）的底部设置有雾化器（21），液相进料端（19）与雾化器（21）连接，雾化器（21）的外侧安装有导流筒（22），导流筒（22）内固定有若干个导流片（38），气相进料端（20）连接在导流筒（22）的侧壁，加热盘管（18）的底端位于导流筒（22）内。

6.根据权利要求1所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述精馏塔（4）内固定有若干层塔板（23），塔板（23）包括孔板（24）和环形导流片（25），环形导流片（25）位于孔板（24）下方，孔板（24）上均匀设置有若干个通孔（34），孔板（24）顶面设置有圆锥部（26），孔板（24）边缘设置有导流孔（27），环形导流片（25）的厚度从外侧向内侧逐渐减少，环形导流片（25）底面设置有丝网层（28）。

7.根据权利要求6所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述丝网层（28）包括位于顶面和底面的高密度部（29），两个高密度层（29）之间设置有低密低层（30），高密度层（29）的编制密度高于低密度层（30）。

8.根据权利要求7所述的乙醇精馏装置，其特征在于：所述精馏塔（4）底部的进料端上安装有曝气盘（31），曝气盘（31）位于精馏塔（4）底部冷凝液面之下，曝气盘（31）底面固定有挡板（32），挡板（32）上开设有通槽（33），曝气盘（31）顶面与冷凝液面的距离与冷凝液深度之比为1:5～1:8。

9.一种权利要求1-8任意一项所述的乙醇精馏装置的精馏方法，其特征在于包括以下步骤：

A、发酵醪液通过进液管（2）进入渗透蒸发分离器（1），发酵醪液中的醇类组分通过渗透蒸发膜（11）与惰性气体形成混合蒸汽，混合蒸汽通过气相进料端（20）进入再沸器（3）；

B、混合蒸汽在再沸器（3）内被加热后通过精馏塔（4）底部的进料端进入精馏塔（4），混合蒸汽在精馏塔（4）内上升，逐层经过塔板（23），同时冷凝器（5）通过第一回流泵（7）将部分冷凝液通过第一回流端注入精馏塔（4），回流的冷凝液在精馏塔（4）内下降，逐层经过塔板（23），与混合蒸汽在塔板（23）之间进行汽液接触精馏；

C、步骤B中未回流的冷凝液作为乙醇精馏产品收集，步骤B中经过塔板（23）下落至精馏塔（4）底部的冷凝液通过第二回流泵（8）和液相进料端（19）回流至再沸器（3），冷凝液在再沸器（3）进行重新加热汽化。

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