CN201744279U - 用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置和乙醇脱水系统 - Google Patents

Abstract

一种用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置，包括：筒体，该筒体具有第一入口、第一出口和第二出口；两个端板，该端板设置在所述筒体的内部，密封的将所述筒体的内部空间分隔为第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口与第一腔室连通，所述第一出口与第二腔室连通，所述第二出口与第三腔室连通；滤芯，该滤芯设置在所述端板之间。一种用于生产无水乙醇的乙醇脱水系统，包括：粗馏塔，该粗馏塔对发酵液进行蒸馏脱水；蒸汽渗透膜装置，该蒸汽渗透膜装置接收乙醇和水的混合物料流，并进行进一步的脱水处理，生成无水乙醇以及乙醇和水的混合气体。

Description

用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置和乙醇脱水系统

技术领域

本实用新型涉及无水乙醇生产领域，更具体地说，涉及一种用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置和乙醇脱水系统。

背景技术

乙醇是一种重要的基础工业原料，广泛应用于医药、日化、油墨涂料、化工中间体和燃料等领域，还可作为酒基、浸出剂、洗涤剂、溶剂、表面活性剂等。工业乙醇的主要来源是石油经过在催化剂和高温条件下裂化长链有机化合物而得到的，近期国际原油价格大幅飚升，能源问题与国计民生息息相关，替代能源的发展，正受到越来越多的关注。由于世界石油资源逐年减少，且不可再生，而乙醇在空气中燃烧充分，无污染，且燃烧值较大，乙醇燃料成为最佳替代能源之一。

乙醇俗称酒精，以小麦、玉米、高粱、薯类、糖蜜或植物纤维等为原料，经液化糖化、发酵、蒸馏制备得到，被称为绿色能源。将乙醇脱水为无水乙醇后，再加上适量变性剂形成燃料乙醇。将燃料乙醇和汽油按一定比例混配使用，可形成一种新型车用燃料——乙醇汽油。乙醇汽油又是环保燃料，正被广泛应用，因此乙醇，就具有典型的替代能源概念。研究表明，乙醇调入汽油后，汽油中的辛烷值及含氧量明显升高，可以促进汽油的燃烧，而且还可以降低汽车尾气的排放，也就是说，乙醇不仅可以起到节能效果，而且还可以起到环保效果。在目前石油价格高以及汽车尾气困扰城市大气环境的背景下，推广乙醇汽油也就成为大势所趋。

目前国内大多数燃料乙醇的生产采用蒸馏塔对燃料乙醇进行蒸馏脱水，而采用普通的两塔蒸馏制成的燃料乙醇，其最高质量浓度只能达到95％。此时，乙醇和水形成了恒沸物，用普通的蒸馏方法进行脱水很困难，并且蒸馏的能耗较大。为了提高乙醇浓度，去除多余的水分，需要提供一种能够充分有效地分离出乙醇中的水分，对乙醇进行脱水处理制成无水乙醇的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服传统的燃料乙醇生产过程的脱水处理工艺中两塔蒸馏的分离脱水效果较差的缺陷，而提供一种能够有效分离脱水所述燃料乙醇的蒸汽渗透膜装置和乙醇脱水系统。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置，其中，所述蒸汽渗透膜装置包括：

筒体，该筒体具有第一入口、第一出口和第二出口；

两个端板，该端板设置在所述筒体的内部，密封地将所述筒体的内部空间分隔为第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口与第一腔室连通，所述第一出口与第二腔室连通，所述第二出口与第三腔室连通；

滤芯，该滤芯设置在所述端板之间，固定于所述第二腔室内，该滤芯的第一端与所述第一腔室连通，第二端与所述第三腔室连通。

优选地，所述筒体还包括第二入口，所述第二入口与所述滤芯的第二端连通。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于生产无水乙醇的乙醇脱水系统，该乙醇脱水系统包括粗馏塔，该粗馏塔对发酵液进行蒸馏脱水，从而生成乙醇和水的混合物料流，其特征在于，该系统还包括蒸汽渗透膜装置，该蒸汽渗透膜装置包括：

筒体，该筒体具有第一入口、第一出口和第二出口；

两个端板，该端板设置在所述筒体的内部，密封地将所述筒体的内部空间依次分隔为第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口与第一腔室连通，所述第一出口与第二腔室连通，所述第二出口与第三腔室连通；

滤芯，该滤芯设置在所述两个端板之间，固定于所述第二腔室内，该滤芯的第一端与所述第一腔室连通，第二端与所述第三腔室连通；

所述乙醇和水的混合物料流通过所述第一入口进入所述蒸汽渗透膜装置的筒体内，进行脱水处理后获得的无水乙醇通过所述第二出口流出所述筒体，而在所述第二腔室内生成的乙醇和水的混合气体通过所述第一出口流出所述筒体。

优选地，所述乙醇脱水系统还包括：

冷凝器，该冷凝器接收所述乙醇和水的混合气体，对该乙醇和水的混合气体进行冷凝成为液体；

储液罐，该储液罐接收冷凝器冷凝生成的液体；和

真空泵，该真空泵将所述储液罐(40)中的气体排空。

优选地，所述筒体还包括第二入口，所述第二入口与所述滤芯的第二端连通，一部分无水乙醇通过第二入口再次进入所述滤芯内。

按照本实用新型所提供的用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置和乙醇脱水系统，当对所述乙醇和水的混合物料流进行处理时，乙醇和水的混合物料流通过第一入口进入筒体内，由于筒体内的滤芯采用膜渗透的方法对该乙醇和水的混合物料流进行脱水处理，从而将获得的无水乙醇通过第二出口排出，将随之生成的低酒精度的乙醇和水的混合气体通过第一出口排出，从而实现了对乙醇和水的混合气体的脱水处理。

由于利用滤芯的膜渗透方法实现对乙醇和水的混合气体的脱水处理，因而与传统的蒸馏处理的方法相比，能够更为有效地分离出乙醇中的水分，提高无水乙醇中乙醇的浓度，且降低能耗。

优选地，所述滤芯为致密高聚物膜，更优选地为聚酰亚胺过滤膜。

优选地，所述滤芯为中空纤维膜。

优选地，所述第一入口设置在所述筒体的左端面，所述第二入口设置在所述筒体的右端面，所述第一出口和第二出口设置在所述筒体的侧圆周上。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为传统的无水乙醇生产过程中的脱水处理的工艺流程图；

图2为根据本实用新型的一种优选实施方式的蒸汽渗透膜装置的结构示意图；

图3为根据本实用新型的另一种优选实施方式的蒸汽渗透膜装置的结构示意图；和

图4为根据本实用新型的一种优选实施方式的乙醇脱水系统的工艺流程图。

附图标记说明

1   筒体           2 滤芯           3 第一入口

4  第二入口        5 第一出口       6 第二出口

7  第一腔室        8 第二腔室       9 第三腔室

10 两个端板        11 第一端        12 第二端

20 蒸汽渗透膜装置  30 冷凝器        40 储液罐

50 真空泵          60 粗馏塔

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图2所示，本实用新型所提供的用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置20的一种实施方式包括：

筒体1，该筒体具有第一入口3、第一出口5和第二出口6；

两个端板10，该端板设置在所述筒体的内部，密封地将所述筒体的内部空间分隔为第一腔室7、第二腔室8、第三腔室9，所述第一入口3与第一腔室7连通，所述第一出口5与第二腔室8连通，所述第二出口6与第三腔室9连通；

滤芯2，该滤芯设置在所述端板之间，固定于所述第二腔室8内，该滤芯的第一端11与所述第一腔室7连通，第二端12与所述第三腔室9连通。

如图3所示，本实用新型提供的用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置20的另一种实施方式的筒体1还包括第二入口4，所述第二入口4与滤芯2的第二端12连通。

如上所述，第一入口3设置在所述筒体1的左端面，所述第二入口4设置在所述筒体1的右端面，所述第一出口5和第二出口6设置在所述筒体1的侧圆周上。

筒体1通常为筒形，例如，可以为圆柱形筒或者矩形筒。该筒体1具有中空的内腔，用于容纳两个端板10和滤芯2。在筒体1上设置有第一入口3、第二入口4、第一出口5和第二出口6，其中，第一入口3用于接收乙醇和水的混合气体，该混合气体的酒精度大约为55％v/v，是由发酵液(酒精度大约为9％-12％v/v)经过粗馏塔蒸馏初步处理生成。通过第一入口3进入筒体1内部的乙醇和水的混合气体进入第一腔室7，并通过与第一腔室7连通的第一端11进入滤芯2内，进行膜渗透的进一步脱水处理。经过进一步脱水处理生成的无水乙醇通过第二端12进入第三腔室9，并通过与第三腔室9连通的第二出口6排出到所述筒体1外，成为无水乙醇成品，所述无水乙醇成品的酒精度大约为99.5％v/v。而伴随生成的少量乙醇和水的混合气体渗透到第二腔室8内，并通过与第二腔室8连通的第一出口5排出到筒体外，等待进一步处理。

所述两个端板10密封地将所述筒体1的内部空间分隔为三个腔室，使得由所述第一入口3进入所述筒体1内的乙醇和水的混合气体经过第一腔室7，进入所述滤芯2内，而不会产生渗漏，使得所述乙醇和水的混合气体不会未经过膜渗透处理而直接由所述第一出口5流出。此外，渗透到滤芯外部的第二腔室8内的少量乙醇和水的混合气体也不会泄露到第三腔室9中，因此再次与成品无水乙醇混合通过所述第二出口6排出，而只能由所述第一出口5排出筒体1。因此，实现了膜渗透过程中各组分的严格分离，使得脱水处理过程更加彻底。

所述滤芯2通常为中空管状，优选地，所述滤芯2为中空纤维膜，该滤芯2设置在所述两个端板10之间，由所述两个端板10固定在所述第二腔室内，该滤芯2的第一端11与所述第一腔室7连通，第二端12与所述第三腔室9连通，并且其体积小于所述第二腔室的体积，使得渗透到滤芯外部的少量乙醇和水的混合气体易渗透分离，使得乙醇和水的分离更容易实现。

所述滤芯2由具有过滤分离功能的膜材料制成，优选地，所述滤芯为致密高聚物膜，更优选地为聚酰亚胺过滤膜，由于水蒸气在膜内的溶解系数和扩散系数都大大高于乙醇蒸汽的溶解系数和扩散系数，当乙醇和水蒸汽的混合物进入中空纤维膜的内部时，水蒸汽优先透过膜，在中空纤维膜的外部，即渗透侧得到含有少量乙醇的混合物，在膜的截留侧得到脱水后的无水乙醇，从而可以实现水和乙醇的分离。其中，一部分无水乙醇通过第二入口4再次进入所述滤芯2内，稳定膜内部和膜外部的分压差，保证分离过程的连续稳定。

通过以上对本实用新型所提供的蒸汽渗透膜装置20的主要结构进行了描述，由于该蒸汽渗透膜装置20利用滤芯2的过滤脱水作用来实现对所述发酵液进行脱水处理，因而能够获得更为充分的脱水效果，提高了无水乙醇产品的酒精度。

根据本实用新型还提供了一种用于生产无水乙醇的乙醇脱水系统，根据该乙醇脱水系统的一种实施方式，该乙醇脱水系统包括粗馏塔60，该粗馏塔60对发酵液进行蒸馏脱水，从而生成乙醇和水的混合物料流，该系统还包括蒸汽渗透膜装置20，该蒸汽渗透膜装置20包括：

筒体1，该筒体具有第一入口3、第一出口5和第二出口6；

两个端板10，该端板设置在所述筒体1的内部，密封地将所述筒体1的内部空间依次分隔为第一腔室7、第二腔室8、第三腔室9，所述第一入口3与第一腔室7连通，所述第一出口5与第二腔室8连通，所述第二出口6与第三腔室9连通；

滤芯2，该滤芯设置在所述两个端板之间，固定于所述第二腔室8内，该滤芯的第一端11与所述第一腔室7连通，第二端12与所述第三腔室9连通。

所述乙醇和水的混合物料流通过所述第一入口3进入所述蒸汽渗透膜装置20的筒体1内，进行脱水处理后获得的无水乙醇通过所述第二出口6流出所述筒体1，而在所述第二腔室8内生成的乙醇和水的混合气体通过所述第一出口5流出所述筒体1。

优选地，所述乙醇脱水系统还包括：

冷凝器30，该冷凝器30接收所述乙醇和水的混合气体，对该乙醇和水的混合气体进行冷凝成为液体，在膜的渗透侧形成低压，使得膜内部和膜外部形成分压差；

储液罐40，该储液罐40接收冷凝器30冷凝生成的液体，所述液体重新进入粗馏塔60进行蒸馏脱水；

真空泵50，该真空泵50将所述储液罐40中的气体排空，使乙醇脱水系统内部的压力不会过高。

根据该乙醇脱水系统的另一种实施方式，所述筒体1还包括第二入口4，所述第二入口4与所述滤芯2的第二端12连通，一部分无水乙醇通过第二入口4再次进入所述滤芯2内。

所述蒸汽渗透膜装置20为本实用新型所提供的蒸汽渗透膜装置，其中，所述乙醇和水的混合物料流通过所述第一入口3进入所述蒸汽渗透膜装置20的筒体1内，进行脱水处理后获得的无水乙醇蒸汽通过所述第二出口6流出所述筒体1，其中一部分低酒精度的无水乙醇通过第二入口4再次进入所述滤芯2内，稳定膜内部和膜外部的分压差，而在所述第二腔室8内生成的乙醇和水的混合气体通过所述第一出口5流出所述筒体。

如图4所示，图4为根据本实用新型的一种优选实施方式的乙醇脱水系统的工艺流程图。

首先经过发酵的酒精度为9％-12％v/v的发酵液进入粗馏塔60进行蒸馏脱水，生成酒精度为55％v/v的乙醇和水的混合气体，进入本实用新型所提供的蒸汽渗透膜装置20，通过所述蒸汽渗透膜装置内由渗透膜制成的滤芯2对该乙醇和水的混合物进行渗透分离脱水处理，将获得的无水乙醇通过第二出口6排出，将随之生成的乙醇和水的混合气体通过第一出口5排出，从而实现了对乙醇和水的混合气体的脱水分离处理。

附带生成的乙醇和水的混合气体其酒精度较低，该混合气体通过第一出口5排出后，进入冷凝器30内进行冷凝成为液体，在膜的渗透侧形成低压，使膜的渗透侧和截留侧形成分压差，为混合气体的渗透过程提供动力，从而提高渗透分离过程的效率。此外，所述液体重新进入粗馏塔60进行蒸馏脱水，循环上述过程，达到了物料的再次利用，提高了原料的利用率和产品的产出率。而乙醇脱水系统产生的二氧化碳废气通过真空泵50排出。

比较图3的工艺和图1的工艺可知，主要的区别在于：用本实用新型所提供的蒸汽渗透膜装置20代替传统的精塔和分子筛脱水，从而克服了传统精塔和分子筛脱水所带来的各种缺陷。

由于利用蒸汽渗透膜装置20的滤芯的膜渗透方法实现对乙醇和水的混合气体的脱水处理，单级就能达到很高的分离度，能够获得酒精度更高的无水乙醇，提高了产品的质量。而且膜渗透的方法比传统的恒沸精馏法能耗低，能够节约能源，降低成本，过程简单，易于操作，不引入其它化学试剂，避免了环境污染。

需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，可以通过任何合适的方式进行任意组合，其同样落入本实用新型所公开的范围之内。另外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于生产无水乙醇的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述蒸汽渗透膜装置(20)包括：

筒体(1)，该筒体具有第一入口(3)、第一出口(5)和第二出口(6)；

两个端板(10)，该端板设置在所述筒体的内部，密封地将所述筒体的内部空间依次分隔为第一腔室(7)、第二腔室(8)、第三腔室(9)，所述第一入口(3)与第一腔室(7)连通，所述第一出口(5)与第二腔室(8)连通，所述第二出口(6)与第三腔室(9)连通；

滤芯(2)，该滤芯设置在所述两个端板之间，固定于所述第二腔室(8)内，该滤芯的第一端(11)与所述第一腔室(7)连通，第二端(12)与所述第三腔室(9)连通。

2.根据权利要求1所述的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述筒体(1)还包括第二入口(4)，所述第二入口(4)与所述滤芯(2)的第二端(12)连通。

3.根据权利要求1所述的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述滤芯(2)为致密高聚物膜。

4.根据权利要求1所述的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述滤芯(2)为聚酰亚胺过滤膜。

5.根据权利要求1所述的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述滤芯(2)为中空纤维膜。

6.根据权利要求2所述的蒸汽渗透膜装置(20)，其特征在于，所述第 一入口(3)设置在所述筒体(1)的左端面，所述第二入口(4)设置在所述筒体(1)的右端面，所述第一出口(5)和第二出口(6)设置在所述筒体(1)的侧圆周上。

7.一种用于生产无水乙醇的乙醇脱水系统，该乙醇脱水系统包括粗馏塔(60)，该粗馏塔对发酵液进行蒸馏脱水，从而生成乙醇和水的混合物料流，其特征在于，该系统还包括蒸汽渗透膜装置(20)，该蒸汽渗透膜装置(20)包括：

筒体(1)，该筒体具有第一入口(3)、第一出口(5)和第二出口(6)；

两个端板(10)，该端板设置在所述筒体的内部，密封地将所述筒体的内部空间依次分隔为第一腔室(7)、第二腔室(8)、第三腔室(9)，所述第一入口(3)与第一腔室(7)连通，所述第一出口(5)与第二腔室(8)连通，所述第二出口(6)与第三腔室(9)连通；

滤芯(2)，该滤芯设置在所述两个端板之间，固定于所述第二腔室(8)内，该滤芯的第一端(11)与所述第一腔室(7)连通，第二端(12)与所述第三腔室(9)连通 ，

所述乙醇和水的混合物料流通过所述第一入口(3)进入所述蒸汽渗透膜装置的筒体(1)内，进行脱水处理后获得的无水乙醇通过所述第二出口(6)流出所述筒体，而在所述第二腔室(8)内生成的乙醇和水的混合气体通过所述第一出口(5)流出所述筒体。

8.根据权利要求7所述的乙醇脱水系统，其特征在于，所述乙醇脱水系统还包括：

冷凝器(30)，该冷凝器接收所述乙醇和水的混合气体，对该乙醇和水的混合气体进行冷凝成为液体； 

储液罐(40)，该储液罐接收冷凝器冷凝生成的液体；和

真空泵(50)，该真空泵将所述储液罐(40)中的气体排空。

9.根据权利要求8所述的乙醇脱水系统，其特征在于，所述筒体(1)还包括第二入口(4)，所述第二入口(4)与所述滤芯(2)的第二端(12)连通，一部分所述无水乙醇通过第二入口(4)再次进入所述滤芯(2)内。 

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