CN210495282U - 四塔蒸馏与膜分离集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了四塔蒸馏与膜分离集成系统，包括醪液预热器、负压醪塔、常压醪塔、中压精塔和高压精塔；高压精塔通过管路依次连接酒气过热器和膜分离装置；所述膜分离装置包括串联的低真空膜组件和高真空膜组件；所述低真空膜组件的进口端与酒气过热器管路连接，低真空膜组件的出口端与高真空膜组件的进口端连接；高真空膜组件的出口端与常压醪塔再沸器连接；低真空膜组件的出口端、高真空膜组件的出口端还分别通过解吸冷凝器Ⅰ、解吸冷凝器Ⅱ与无水真空泵连接。避免了蒸馏过程中的跑酒现象，降低冷冻水和蒸汽的消耗量，节能环保。

Description

四塔蒸馏与膜分离集成系统

技术领域

本实用新型涉及乙醇生产技术领域，具体涉及四塔蒸馏与膜分离集成系统。

背景技术

专利号201810719237.3公开了双粗双精四塔四效节能蒸馏生产燃料乙醇系统及其使用方法，主要包括负压醪塔、脱气段、常压醪塔、中压精塔和高压精塔，中压精塔塔顶的酒精蒸汽采出经分子筛脱水后的燃料乙醇蒸汽用于加热负压醪塔。

通过分子筛脱水存在以下问题：①分子筛的进料和解吸过程是间歇进行的，导致组合塔塔顶压力忽高忽低，汽相进分子筛脱水不容易实现自动化控制，蒸馏操作不稳定，容易跑酒；②分子筛脱水过程产生的淡酒量大，淡酒中的酒精量约占成品量的25％，导致蒸馏系统需要处理的淡酒量加大，增加蒸汽消耗。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型的目的是提供四塔蒸馏与膜分离集成系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供四塔蒸馏与膜分离集成系统，包括醪液预热器、负压醪塔、常压醪塔、中压精塔和高压精塔；高压精塔通过管路依次连接酒气过热器和膜分离装置；所述膜分离装置包括串联的低真空膜组件和高真空膜组件；所述低真空膜组件的进口端与酒气过热器管路连接，低真空膜组件的出口端与高真空膜组件的进口端连接；高真空膜组件的出口端与常压醪塔再沸器连接；低真空膜组件的出口端、高真空膜组件的出口端还分别通过解吸冷凝器Ⅰ、解吸冷凝器Ⅱ与无水真空泵连接。

优选的，所述低真空膜组件和高真空膜组件均包括多个串联的管壳式膜结构，每个管壳式膜结构均包括外壳以及位于外壳内部的内管，所述内管包括陶瓷管以及覆在陶瓷管外表面的分子筛膜。

优选的，外壳和内管之间的空间为壳程，内管内部空间为管程，在管程抽负压，在壳程内通酒精蒸汽，酒精蒸汽经过低真空膜组件和高真空膜组件后，成品中的水分可以达到0.5％以下，绝大部分水分和少量的乙醇透过内管，经管程进入解吸冷凝器冷凝后进入蒸馏工段回收。

优选的，低真空膜组件的管程出口端与解吸冷凝器Ⅰ连接，高真空膜组件的管程出口端与解吸冷凝器Ⅱ连接。低真空膜组件的壳程出口端与高真空膜组件的壳程进口端连接，高真空膜组件的壳程出口端与常压醪塔再沸器连接。

优选的，所述常压醪塔再沸器包括通过管路分别与常压醪塔形成闭合回路的常压醪塔再沸器Ⅰ和常压醪塔再沸器Ⅱ；高真空膜组件的出口端具体与常压醪塔再沸器Ⅱ连接。

优选的，所述醪液预热器包括串联的醪液一级预热器、醪液二级预热器和醪液三级预热器，所述常压醪塔再沸器Ⅱ通过管路经醪液三级预热器与成品冷却器连接。

优选的，解吸冷凝器Ⅰ出口端和解吸冷凝器Ⅱ的出口端均通过管路与粗酒罐连接。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型酒汽进入膜分离装置的壳程，管程进行解吸，分离和解吸的过程是连续稳定的，脱水效果好，而且设备占地面积少、投资少、节能环保；膜脱水是连续过程，工作压力稳定，不会对蒸馏造成任何影响，避免了跑酒现象。

(2)本实用新型膜脱水过程符合道尔顿分压定律，膜分离装置壳程酒精蒸汽中的水分越低，管程真空侧的真空度要求比较高，真空度越高，冷凝温度越低，根据这一原理，为减少冷冻水的消耗，将膜脱水过程的真空侧的淡酒蒸汽的冷凝分为两段，膜分离装置包括相互串联的低真空膜组件和高真空膜组件，低真空膜组件内的淡酒精蒸汽通过普通循环水冷却，高真空膜组件内的淡酒精蒸汽通过低温冷冻水冷却，通过这一结构的改进，与传统分子筛脱水相比，减少了2/3的冷冻水消耗量。

(3)传统分子筛脱水装置淡酒量很大，淡酒中的酒精量约占成品的25％，膜分离装置由于解吸和分离是同时进行的，淡酒量很低，淡酒中的酒精量约占成品的5‰，蒸馏工段需要处理的淡酒量大大降低，降低了蒸汽消耗；

同时本实用新型中酒精蒸汽是从高压精塔汽相采出，经膜脱水后的燃料乙醇蒸汽用于加热常压醪塔，与酒精蒸汽从中压精塔塔顶汽相采出，经分子筛脱水后的燃料乙醇蒸汽用于加热负压醪塔的传统工艺相比，因为酒精蒸汽多利用了一效，从而减少了蒸汽消耗，本实用新型更加节能；

每生产一吨燃料乙醇整套工艺耗汽不超过1.0吨，与传统工艺相比可降低30％以上蒸汽。

(4)四塔蒸馏与膜分离装置两者不是独立的，也不是简单的组合，两者存在着热量的耦合，没有两者的组合达不到节能效果，具体表现在，从四塔蒸馏工段的高压精塔汽相采出酒精，酒精蒸汽通过膜组件脱水后再返回蒸馏工段加热常压醪塔，实现了热量的重复利用；②两者组合后，淡酒量由原来的25％降低至1％以下，减少了蒸馏工段回收酒精的负荷，从而减少了蒸汽消耗；③组合后，节能效果更加显著，比传统三塔三效蒸馏工艺+分子筛脱水装置和“双粗双精四塔四效蒸馏生产燃料乙醇工艺技术和装置”相比，节省蒸汽均在20％以上。

(5)利用先进的四效热耦合蒸馏工艺，仅高压精塔需要生蒸汽通过再沸器提供热量，高压精塔的酒汽通过再沸器给中压精塔提供热量，中压精塔的酒汽和成品无水乙醇蒸汽分别通过再沸器给常压醪塔提供热量，常压醪塔的酒汽通过再沸器给负压醪塔提供热量，真正实现了一塔进汽，四塔工作，热量得到了充分利用，降低了蒸汽消耗。

附图说明

图1为本实用新型流程图；

图2为本实用新型管壳式膜结构的剖视结构示意图；

图中：101、醪液一级预热器,102、醪液二级预热器，103、醪液三级预热器，2、脱气段，3、脱气段冷凝器组，4、粗酒罐，5、蒸馏真空泵，6、负压醪塔冷凝器组，7、成品冷却器，8、负压醪塔，9、常压醪塔进料预热器，10、常压醪塔，11、负压醪塔再沸器，12、酒糟处理系统，13、粗酒精预热器，14、中压精塔，15、中压精塔再沸器，16、常压醪塔再沸器Ⅰ，17、高压精塔进料预热器，18、高压精塔，19、杂醇油分离器，20、污水处理系统，21、精塔再沸器，22、凝结水箱，23、锅炉房，24、常压醪塔再沸器Ⅱ，25、酒气过热器，26、低真空膜组件，27、高真空膜组件，28、解吸冷凝器Ⅰ，29、解吸冷凝器Ⅱ，30，无水真空泵，31、外壳，32、陶瓷管，33、分子筛膜，34、壳程，35、管程。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

四塔蒸馏与膜分离集成系统包括醪液预热器、脱气段2、脱气段冷凝器组3、粗酒罐4、蒸馏真空泵5、负压醪塔冷凝器组6和成品冷却器7。醪液预热器通过管路与脱气段2形成闭合回路。为了取得更好的预热效果，提高生产效率，所述醪液预热器包括串联的醪液一级预热器101、醪液二级预热器102和醪液三级预热器103。醪液三级预热器103的出口端分别与成品冷却器7、脱气段2连接，

脱气段2的出口端通过管路依次经醪液一级预热器101、脱气段冷凝器组3后分别与粗酒罐4和蒸馏真空泵5连接，负压醪塔8的出口端通过管路依次经醪液二级预热器102、负压醪塔冷凝器组6后分别与粗酒罐4和蒸馏真空泵5连接。

其还包括负压醪塔8、常压醪塔进料预热器9、常压醪塔10、负压醪塔再沸器11、常压醪塔再沸器和酒糟处理系统12，

脱气段2的出口端通过管道与负压醪塔8连接，脱气段2的出口端通过管道经常压醪塔进料预热器9后与常压醪塔10连接，常压醪塔10的出口端通过管路经负压醪塔再沸器11后连接粗酒罐4。

负压醪塔再沸器11通过管道与负压醪塔8形成闭合回路，负压醪塔8的出口端通过管路与酒糟处理系统12连接。

所述常压醪塔再沸器包括通过管路分别与常压醪塔10形成闭合回路的常压醪塔再沸器Ⅰ16和常压醪塔再沸器Ⅱ24；常压醪塔10通过管路分别与常压醪塔再沸器Ⅰ16和常压醪塔再沸器Ⅱ24形成闭合回路，常压醪塔10的出口端通过管路经常压醪塔进料预热器9后与酒糟处理系统12连接；

其还包括粗酒精预热器13、中压精塔14、中压精塔再沸器15和常压醪塔再沸器Ⅰ16、高压精塔进料预热器17、高压精塔18、杂醇油分离器19、污水处理系统20、精塔再沸器21、凝结水箱22和锅炉房23。

粗酒罐4的出口端通过管路经粗酒精预热器13后连接中压精塔14，中压精塔14通过管路分别与中压精塔再沸器15和常压醪塔再沸器Ⅰ16形成闭合回路；常压醪塔再沸器Ⅰ16还与高压精塔18通过管路连接。

中压精塔14的出口端通过管路经高压精塔进料预热器17后与高压精塔18连接，高压精塔18通过管路分别与中压精塔再沸器15、精塔再沸器21形成闭合回路；精塔再沸器21的出口端通过管路依次经凝结水箱22和高压精塔进料预热器17后与锅炉房23连接。

高压精塔18的出口端通过管路与杂醇油分离器19连接，高压精塔18的出口端还通过管路经粗酒精预热器13与污水处理系统20连接。

高压精塔18通过管路依次连接酒气过热器25和膜分离装置；所述膜分离装置包括串联的低真空膜组件26和高真空膜组件27；所述低真空膜组件26的进口端与酒气过热器25管路连接，低真空膜组件26的出口端与高真空膜组件27的进口端连接；高真空膜组件27的出口端与常压醪塔再沸器Ⅱ24连接；低真空膜组件26的出口端、高真空膜组件27的出口端还分别通过解吸冷凝器Ⅰ28、解吸冷凝器Ⅱ29与无水真空泵30连接。所述常压醪塔再沸器Ⅱ24通过管路经醪液三级预热器103与成品冷却器7连接。解吸冷凝器Ⅰ28出口端和解吸冷凝器Ⅱ29的出口端均通过管路与粗酒罐4连接。

所述低真空膜组件26和高真空膜组件27均包括多个串联的管壳式膜结构，如图2所示，每个管壳式膜结构均包括外壳31以及位于外壳31内部的内管，所述内管包括陶瓷管32以及覆在陶瓷管32外表面的分子筛膜33。

外壳31和内管之间的空间为壳程34，内管内部空间为管程35，在管程35抽负压，在壳程34内通酒精蒸汽，酒精蒸汽经过低真空膜组件26和高真空膜组件27后，成品中的水分可以达到0.5％以下，绝大部分水分和少量的乙醇透过内管，经管程35进入解吸冷凝器冷凝后进入蒸馏工段回收。

上述系统蒸馏乙醇的方法，包括以下步骤：

A、发酵成熟醪经过醪液预热器预热后进入脱气段2，成熟醪中的二氧化碳和部分低沸点杂质在脱气段2负压的作用下与发酵醪分离，含杂粗酒汽进入醪液一级预热器101和脱气段冷凝器组3冷凝，然后冷凝液进入粗酒罐4；脱去气体的发酵醪进入脱气段2底部后部分醪液(约47％)通过自流管道流入负压醪塔8，其余(约53％)通过常压醪塔进料预热器9预热后进入常压醪塔10；

其中：脱气醪在由脱气段2向负压醪塔8下行的同时被负压醪塔8塔底上升的蒸汽加热，酒汽上行与废醪液分离；废醪液在负压醪塔8的塔底排出，送去酒糟处理系统12处理；负压醪塔8酒汽上升后，部分进入脱气段2底部，其余粗酒汽经醪液预热器后到达负压醪塔冷凝器组6冷凝，冷凝液进入粗酒罐4；未冷凝的含杂气体通过蒸馏真空泵5排出。

醪液预热器包括依次通过管路连接的醪液一级预热器101、醪液二级预热器102和醪液三级预热器103，发酵成熟醪经过醪液一级预热器101预热至45℃、醪液二级预热器102预热至55℃、醪液三级预热器103预热约61℃后进入脱气段2，成熟醪中的二氧化碳和部分低沸点杂质在脱气段2负压的作用下与发酵醪分离，含杂粗酒汽进入醪液一级预热器101；粗酒汽进入二级预热器102和负压醪塔冷凝器组6冷凝，冷凝液进入粗酒罐4。

B、进入常压醪塔10的部分脱气醪在常压醪塔10中下行的同时被常压醪塔10塔底上升的蒸汽加热，酒汽上行与废醪液分离；废醪液在常压醪塔10塔底被排出，预热发酵醪后送去酒糟处理系统12处理；常压醪塔10酒汽上行进入负压醪塔再沸器11给负压醪塔8加热，冷凝后的粗酒精进入粗酒罐4；常压醪塔10塔顶汽通过负压醪塔再沸器11加热负压醪塔8。负压醪塔8塔底操作温度为80℃，顶部温度为65℃，脱气段2顶部温度为60℃。

C、来自粗酒罐4的粗酒精经粗酒精预热器13预热后(与高压精塔18塔底废热水进行换热)进入中压精塔14，入塔后部分酒精蒸发后与塔顶回流液进行汽液传质交换，逐渐浓缩，至塔顶酒度为95％(v/v)以上的酒精蒸汽进入常压醪塔再沸器Ⅰ16加热常压醪塔10，冷凝后部分回流，其余进入高压精塔18顶部。

中压精塔14是在正压下工作的，其工作压力为0.25MPa，中压精塔14的加热方式：高压精塔18塔顶酒精蒸汽通过中压精塔再沸器15加热中压精塔14。中压精塔14塔底操作温度为121℃，顶部温度为113℃。

D、来自中压精塔14塔底的淡酒经高压精塔进料预热器17预热后(与蒸汽凝结水水进行换热)进入高压精塔18中部，入塔后酒精逐渐浓缩，至塔顶酒精浓度可达95％(v/v)以上，中级杂质(杂醇油类)则在进料板以上几层板滞留，采出并冷却后进入杂醇油分离器19分离杂醇油。高压精塔18塔顶汽相采出酒度为95％(v/v)以上的酒精蒸汽经酒气过热器25进入膜分离装置脱水，其余酒精蒸汽经中压精塔再沸器15冷凝后全部回流。高压精塔18塔釜废热水预热粗酒精后去污水处理系统20。

高压精塔18是在正压下工作的，其工作压力为0.45MPa，高压精塔18的加热方式：来自锅炉房的新鲜蒸汽通过高压精塔18再沸器21加热高压精塔18。高压精塔18塔底操作温度为155℃，顶部温度为126℃。

进入膜分离装置的酒精蒸汽，先进入低真空膜组件26，低真空膜组件26的真空度为绝压9-11kpa，只需要普通循环水(28℃)通过解吸冷凝器Ⅰ28冷凝，低真空膜组件26能够脱除原料酒精中65％以上的水分；经低真空膜组件26脱水后的酒精蒸汽进入进入高真空膜组件27，高真空膜组件27的真空度为绝压2-4kpa，需要1℃的低温冷冻水通过解吸冷凝器Ⅱ29冷凝，高真空膜组件27仅可脱除原料酒精中35％的水分。通过该装置将乙醇和水分离，最终得到燃料乙醇。分两级冷凝器冷凝，节省冷冻水的需求量。

脱水后的燃料乙醇蒸汽进入常压醪塔再沸器Ⅱ24加热常压醪塔10，冷凝后再进入醪液三级预热器103预热发酵醪，最后经成品冷却器7冷却后得到燃料乙醇成品。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.四塔蒸馏与膜分离集成系统，包括醪液预热器、负压醪塔(8)、常压醪塔(10)、中压精塔(14)和高压精塔(18)；其特征在于：高压精塔(18)通过管路依次连接酒气过热器(25)和膜分离装置；所述膜分离装置包括串联的低真空膜组件(26)和高真空膜组件(27)；所述低真空膜组件(26)的进口端与酒气过热器(25)管路连接，低真空膜组件(26)的出口端与高真空膜组件(27)的进口端连接；高真空膜组件(27)的出口端与常压醪塔再沸器连接；低真空膜组件(26)的出口端、高真空膜组件(27)的出口端还分别通过解吸冷凝器Ⅰ(28)、解吸冷凝器Ⅱ(29)与无水真空泵(30)连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述低真空膜组件(26)和高真空膜组件(27)均包括多个串联的管壳式膜结构，每个管壳式膜结构均包括外壳(31)以及位于外壳(31)内部的内管，所述内管包括陶瓷管(32)以及覆在陶瓷管(32)外表面的分子筛膜(33)。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：外壳(31)和内管之间的空间为壳程(34)，内管内部空间为管程(35)。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：低真空膜组件(26)的管程(35)出口端与解吸冷凝器Ⅰ(28)连接，高真空膜组件(27)的管程出口端与解吸冷凝器Ⅱ(29)连接；低真空膜组件(26)的壳程(34)出口端与高真空膜组件(27)的壳程(34)进口端连接，高真空膜组件(27)的壳程(34)出口端与常压醪塔再沸器连接。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述常压醪塔再沸器包括通过管路分别与常压醪塔(10)形成闭合回路的常压醪塔再沸器Ⅰ(16)和常压醪塔再沸器Ⅱ(24)；高真空膜组件(27)的出口端具体与常压醪塔再沸器Ⅱ(24)连接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述醪液预热器包括串联的醪液一级预热器(101)、醪液二级预热器(102)和醪液三级预热器(103)，所述常压醪塔再沸器Ⅱ(24)通过管路经醪液三级预热器(103)与成品冷却器(7)连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：解吸冷凝器Ⅰ(28)出口端和解吸冷凝器Ⅱ(29)的出口端均通过管路与粗酒罐(4)连接。

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