CN202912867U - 一种生物乙醇的提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种生物乙醇的提纯装置，包括降膜蒸发器、换热器、原料罐、水罐和浓缩液罐，所述的换热器至少包括加热器及冷却器各一个，原料罐中的生物乙醇原料经加热器预热后进入降膜蒸发器进行气液分离，气体经过冷却器后进入浓缩罐，液体进入水罐。该装置具有结构简单，成本低，初次提纯效果好等优点。

Description

一种生物乙醇的提纯装置

技术领域

本实用新型涉及一种生物乙醇的提纯装置，具体地说涉及一种生物乙醇的初次提纯装置。 

背景技术

生物乙醇的生产过程是将淀粉、纤维素等原料制成葡萄糖，经生物发酵使其转化为含酒精的混合物，再通过精馏分离而得到乙醇的过程。采用发酵方法生产的乙醇，在获得乙醇的同时，不可避免地会生成水，其发酵液中的乙醇浓度一般只有5-12%，精馏作为具有技术成熟和应用成熟度较高的分离方法，是分离乙醇-水溶液最早也是最普遍的方法，但由于溶液较高的蒸发热，精馏在操作过程中需要很高的能耗，并且随着浓度提高，塔中回流比必须提高，这也增加了作操成本。又由于乙醇与水形成共沸物，使用普通精馏无法获得无水乙醇，所以从发酵液中分离乙醇-水混合物一般分两步：先用普通精馏方法得到质量分数为95%的乙醇，再用共沸精馏、萃取精馏、液液萃取、吸附或其它方法得到无水乙醇，如生产大于99%纯度的乙醇，采用二步蒸馏法操作，该操作占总能量需求近55%，因此改进浓缩步骤是降低生产生物乙醇成本的关键。 

从原理上讲分离乙醇和水的方法有精馏、萃取精馏、共沸精馏、吸附渗透汽化、膜分离等多种方法。萃取精馏可将10%的乙醇提纯至95%，但萃取过程使用的溶剂大多有毒，对保护环境不利。采用NaA-沸石膜蒸发分离乙醇-水，在120℃可得到浓度高于99.8%的乙醇，过程中所用的膜材料的成本较高。目前燃料乙醇的生产中，对采用单一操作过程的研究较多，如单独研究吸附脱水分离乙醇-水共沸物，单独采用渗透蒸发分离乙醇-水混合物，单独采用萃取精馏分离乙醇-水混合物等。每种分离方法都有各自的不足之处，不是能耗高就是操作过程复杂，因此将两种以上的分离技术进行偶合，使之最大限度地发挥各自的优势，是目前研究的趋势。专利CN101184849采用两个以上的降膜蒸发器串联的方法，将发酵液中乙醇的浓度提高至35-65%，再经进一步浓缩精制使乙醇含量高于85%，专利US4822737中采用蒸发与反渗透相结合来制备浓缩的乙醇/水混合物。现有的生物乙醇提纯方法存在着提纯设备比较复杂、能耗高、初次提纯残留液中乙醇浓度高等不足。 

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种生物乙醇的提纯装置。该装置具有结构简单，成本低，初次提纯效果好等优点。 

一种生物乙醇的提纯装置，包括降膜蒸发器、换热器、原料罐、水罐和浓缩液罐，所述的换热器至少包括加热器及冷却器各一个，原料罐中的生物乙醇原料经加热器预热后进入降膜蒸发器进行气液分离，气体经过冷却器后进入浓缩罐，液体进入水罐。 

本实用新型中，所述的加热器与原料罐和降膜蒸发器的入口通过管线相连接，冷却器与降膜蒸发器的气体出口相连接，水罐与降膜蒸发器的液体出口相连接，冷却器的气体出口与浓缩液灌相连接。 

本实用新型中所述的液体可以作为加热介质通过加热器和生物乙醇原料进行换热后进入水罐。 

本实用新型中所述的降膜蒸发器可以为现有技术中的任一类型的降膜蒸发器，优选管壳式降膜蒸发器。所述的壳式降膜蒸发器包括壳体、布液器、换热管、液相出口、气相出口、加热介质进口、加热介质出口、原料入口。布液器管头伸进换热管的长度为5mm -10mm。 

本实用新型中降膜蒸发器的壳程内通入导热油（一般需加热至95-102℃），管程内走生物乙醇原料液。所述导热油可以为各种合成型导热油或矿物型导热油。导热油从降膜蒸发器的底部进入壳程，生物乙醇原料液从降膜蒸发器的顶部进入管层。 

本实用新型中加热器及冷却器均为管壳式。管内走加热或冷却介质。加热器及冷却器内的列管数、列管外径及内径可以根据实际情况进行合理选择。 

与现有技术相比，本实用新型一种生物乙醇的提纯装置具有如下优点： 

1、生物乙醇的原料液中乙醇的浓度比较低，采用蒸馏、精馏等常规的提纯方法对生物乙醇的原料液进行初次蒸馏不仅能耗大而且残留液中乙醇含量高，本实用新型能够明显提高生物乙醇的初次提纯效果，经过初次提纯后乙醇浓度可以提高2-3倍，初次提纯后的生物乙醇能够满足常规蒸馏提纯的需要；

    2、本实用新型使进料与蒸发器底部流出的热水进行换热，再进入降膜蒸发器中，降低了能耗。

3、采用本实用新型的生物乙醇的提纯装置，生物乙醇溶液经过降膜蒸发器后，残留液中的乙醇含量很低，提高了乙醇的回收率； 

4、本实用新型一种生物乙醇的初次提纯装置，结构简单，效率高、能耗少、成本低，适于工业应用。

附图说明

图1为本实用新型一种生物乙醇的提纯装置的结构示意图。 

其中，1为降膜蒸发器，2为加热器，3为原料罐，4为水罐，5为冷却器， 6为浓缩液罐。 

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种生物乙醇的提纯装置，包括降膜蒸发器1、原料罐3、水罐4、浓缩液罐6、加热器2、冷却器5，原料罐3中的生物乙醇原料经加热器2预热后进入降膜蒸发器1进行气液分离，气体经过冷却器5后进入浓缩罐，液体通过加热器2和生物乙醇原料进行换热后进入水罐4。所述的加热器与原料罐和降膜蒸发器的入口通过管线相连接，冷却器与降膜蒸发器的气体出口相连接，水罐与降膜蒸发器的液体出口相连接，冷却器的气体出口与浓缩液灌相连接。

本实用新型的具体操作过程如下：降膜蒸发器的壳程内通入导热油（一般需加热至95-102℃），换热管内走原料液。经过预处理的含5-12%的稀乙醇发酵液加入到原料罐3中，由进料泵输入换热器2，经过与出料换热后预热至40-55℃，进入降膜蒸发器1的顶部，蒸发器顶部装有布液器，液体经过布液器管头与换热管之间的间隙形成液膜，均匀的分布在换热管的内壁上，在向下流动过程中被加热部分汽化，遇热蒸发的气体经由蒸发器上部导出，经冷却器5冷却后收集进入浓缩液罐6中，蒸发器底部流出的主要是水，经与进料换热后进入水罐4。收集底部的水和冷却后的乙醇浓缩液，用气相色谱检测乙醇的含量。所采用的管壳式降膜蒸发器换热面积58m²，换热管内径Φ20mm，长3m。布液器结构为管头型，布液器管头的外径Φ18mm，长40mm，布液器管头伸进换热管的长度为10mm。采用的管壳式换热器，有效换热面积1.1m²，管内介质主要为95℃左右的热水，管程数1，壳程内为乙醇和水的混合物，换热器长0.91m，直径0.15m。换热器内列管数23根，列管外径/内径为19.1/15.7mm，列管材料为11号碳钢，壳体材料为16MnR。采用的管壳式冷却器，有效换热面积115.2m²，管内介质为冷却水，管程数1，壳程内为乙醇和水的混合物，冷凝器长6.1m，直径0.49m。内列管数323根，列管外径/内径为19.1/15.7mm，列管材料为11号碳钢，壳体材料为16MnR。 

下面结合实施例来具体说明本实用新型的作用和效果。 

实施例1

表1是进料乙醇质量浓度为10.2%的不同工艺条件下的实验结果：

表1

导热油温度，℃	进料量，L/hr	浓缩液含乙醇，质量含量%	残液含乙醇，质量含量%
				97	3.5-4.0	37.7	0.4
99	4.0-4.5	31.6	0.3
				101	4.5	30.0	0.5
101	6.0	34.2	0.2

Claims (8)

1.一种生物乙醇的提纯装置，其特征在于：该装置包括降膜蒸发器、换热器、原料罐、水罐和浓缩液罐，所述的换热器至少包括加热器及冷却器各一个，所述的加热器与原料罐和降膜蒸发器的入口通过管线相连接，冷却器与降膜蒸发器的气体出口相连接，水罐与降膜蒸发器的液体出口相连接，冷却器的气体出口与浓缩液灌相连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：液体作为加热介质通过加热器和生物乙醇原料进行换热后进入水罐。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的降膜蒸发器为管壳式降膜蒸发器。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述的管壳式降膜蒸发器包括壳体、布液器、换热管、液相出口、气相出口、加热介质进口、加热介质出口、原料入口。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：布液器管头伸进换热管的长度为5mm-10mm。

6.根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于：降膜蒸发器的壳程内通入导热油，管程内走生物乙醇原料液。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：导热油从降膜蒸发器的底部进入壳程，生物乙醇原料液从降膜蒸发器的顶部进入管层。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：加热器及冷却器均为管壳式。

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