CN211522068U - 利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统，包括醪液预热器、脱气段、负压醪塔、常压醪塔和精馏塔；脱气段的出口端通过管路与负压醪塔连接，脱气段的出口端通过管路经常压醪塔进料预热器后与常压醪塔顶部连接，常压醪塔的出口端通过管路连接粗酒罐；常压醪塔塔底出口端通过管路与负压醪塔塔釜连接；粗酒罐的出口端通过管路经粗酒精预热器后与精馏塔连接；精馏塔的出口端通过管路经过热器与膜脱水装置连接，膜脱水装置的出口端通过管路经常压醪塔再沸器Ⅱ与成品冷却器连接，解吸冷凝器组的出口端通过管路与粗酒罐连接。系统设备简单，且原料成本低、节能降耗减排。

Description

利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统

技术领域

本实用新型涉及乙醇生产技术领域，具体涉及利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统。

背景技术

目前国内燃料乙醇原料多以玉米或木薯为主，其发酵醪酒精浓度一般可达12％以上，特别是近年来玉米酒精行业大力推广浓醪发酵，其发酵醪酒精浓度最高可达16％，国外发酵醪酒精浓度可达18％以上。高浓度发酵醪为燃料乙醇生产的节能降耗打下了坚实的基础，因此目前的蒸馏工艺和蒸馏设备主要是针对于高浓度发酵醪生产燃料乙醇为主。

目前，为了实现节能降耗减排，正在大力开展以秸秆和钢铁工业尾气为原料制造燃料乙醇的研究，通过秸秆和钢铁工业尾气作为原料制造燃料乙醇能够大幅度降低了原料成本。以秸秆和钢铁工业废气为原料生产燃料乙醇的发酵醪酒精浓度均比较低，一般发酵醪酒精浓度在5％左右，目前没有针对于以秸秆和钢铁工业尾气为原料制造燃料乙醇的蒸馏工艺和蒸馏设备，且目前的蒸馏工艺和蒸馏设备复杂、成本较高，主要针对于高浓度的发酵醪生产燃料乙醇，如果将其应用在低浓度发酵醪生产燃料乙醇，不符合节能降耗的宗旨。因此急需一种工艺简单、成本低且针对于以秸秆和钢铁工业尾气为原料制造燃料乙醇的蒸馏工艺和蒸馏设备。

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利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统，包括醪液预热器、脱气段、负压醪塔、常压醪塔和精馏塔；所述醪液预热器包括依次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，醪液三级预热器的出口端通过管路与脱气段的进口端连接；

脱气段的出口端通过管路与负压醪塔连接，脱气段的出口端通过管路经常压醪塔进料预热器后与常压醪塔顶部连接，常压醪塔的出口端通过管路经负压醪塔再沸器后连接粗酒罐；常压醪塔塔底出口端通过管路经常压醪塔进料预热器后与负压醪塔塔釜连接；

粗酒罐的出口端通过管路经粗酒精预热器后与精馏塔连接；精馏塔通过管路与常压醪塔再沸器Ⅰ形成闭合回路，所述常压醪塔再沸器Ⅰ还通过管路与常压醪塔形成闭合回路；精馏塔的出口端通过管路经过热器与膜脱水装置连接，膜脱水装置的出口端通过管路经常压醪塔再沸器Ⅱ与成品冷却器连接，所述常压醪塔再沸器Ⅱ通过管路与常压醪塔形成闭合回路；膜脱水装置的出口端还通过管路经解吸冷凝器组与无水真空泵连接，解吸冷凝器组的出口端通过管路与粗酒罐连接。

优选的，脱气段的出口端通过管路依次和醪液一级预热器、脱气段冷凝器组连接，脱气段冷凝器组的出口端分别通过管路与粗酒罐和蒸馏真空泵连接，负压醪塔的出口端通过管路依次和醪液二级预热器、负压醪塔冷凝器组连接，负压醪塔冷凝器组的出口端分别通过管路与粗酒罐和蒸馏真空泵连接；负压醪塔再沸器通过管路与负压醪塔形成闭合回路；负压醪塔的出口端通过管路依次与醪液三级预热器、酒糟处理系统连接。

优选的，所述粗酒精预热器包括依次串联的一级粗酒精预热器和二级粗酒精预热器；

优选的，精馏塔的出口端通过管路与杂醇油分离器连接，精馏塔的出口端还通过管路经一级粗酒精预热器与污水处理系统连接；

优选的，精馏塔通过管路与精塔再沸器形成闭合回路，精塔再沸器的出口端通过管路依次经凝结水箱、二级粗酒精预热器后与锅炉连接；

优选的，所述膜脱水装置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；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，酒精蒸汽经过膜脱水装置后，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。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型是以秸秆和钢铁工业尾气为原料制造燃料乙醇，工艺设备简单，且其原料成本低，能够达到节能降耗减排的目的；

2、本实用新型系统适用于以秸秆和钢铁工业尾气为原料、发酵浓度为8％(v/v)以下的发酵醪，通过控制醪液和蒸汽的走向，以及控制负压醪塔、常压醪塔和精馏塔的温度及压力，制造出的燃料乙醇浓度为95％(v/v)以上；

3、该工艺装置的蒸馏工段采用双粗塔+单精塔三效蒸馏工艺，一塔进汽，三塔工作，最大限度的降低了蒸馏过程的消耗；

4、与传统的燃料乙醇蒸馏工艺相比，降低了粗馏塔(常压醪塔)的塔底酒糟温度，由原来的120℃降低至105℃，温度降低后，避免了物料结焦，因此避免了设备堵塞，无需停机清洗，提高了工作效率。

5、每生产一吨燃料乙醇整套工艺耗汽不超过1.0吨；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，酒精蒸汽经过膜脱水后，成品中的水分可以达到0.5％以下，绝大部分水份和少量的乙醇透过膜管，经管程进入解吸冷凝器组冷凝后进入蒸馏工段回收；膜脱水产生的淡酒量少，需要蒸馏回收的酒精量不超过产品量的1％，可以减少蒸汽消耗；膜脱水后的燃料乙醇蒸汽可以返回蒸馏工段继续作为蒸馏塔的热源，进一步减少了蒸汽消耗。

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：1、脱气段，2、负压醪塔，3、常压醪塔，4、精馏塔，5、醪液一级预热器，6、醪液二级预热器，7、醪液三级预热器，8、脱气段冷凝器组，9、粗酒罐，10、蒸馏真空泵，11、负压醪塔冷凝器组，12、常压醪塔进料预热器，13、负压醪塔再沸器，14、酒糟处理系统，15、一级粗酒精预热器，16、二级粗酒精预热器，17、杂醇油分离器，18、无水真空泵，19、污水处理系统，20、常压醪塔再沸器Ⅰ，21、精塔再沸器，22、凝结水箱，23、锅炉房，24、酒气过热器，25、膜脱水装置，26、常压醪塔再沸器Ⅱ，27、成品冷却器，28、解吸冷凝器组，251、外壳，252、陶瓷管，253、分子筛膜，254、壳程，255、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。

利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统包括醪液预热器、脱气段1、负压醪塔2、常压醪塔3和精馏塔4。所述醪液预热器包括依次串联的醪液一级预热器5、醪液二级预热器6和醪液三级预热器7。醪液三级预热器7的出口端通过管路与脱气段1的进口端连接，发酵成熟醪顺序经醪液一级预热器5、醪液二级预热器6和醪液三级预热器7预热后进入脱气段1。脱气段1的出口端通过管路依次和醪液一级预热器5、脱气段冷凝器组8连接，脱气段冷凝器组8的出口端分别通过管路与粗酒罐9和蒸馏真空泵10连接，负压醪塔2的出口端通过管路依次和醪液二级预热器6、负压醪塔冷凝器组11连接，负压醪塔冷凝器组11的出口端分别通过管路与粗酒罐9和蒸馏真空泵10连接。

脱气段1的出口端通过管路与负压醪塔2连接，脱气段1的出口端通过管路经常压醪塔进料预热器12后与常压醪塔3顶部连接，常压醪塔3的出口端通过管路经负压醪塔再沸器13后连接粗酒罐9。负压醪塔再沸器13通过管路与负压醪塔2形成闭合回路，负压醪塔2的出口端通过管路依次与醪液三级预热器7、酒糟处理系统14连接。常压醪塔3塔底出口端通过管路经常压醪塔进料预热器12后与负压醪塔2塔釜连接。

粗酒罐9的出口端通过管路经粗酒精预热器后与精馏塔4连接，所述粗酒精预热器包括依次串联的一级粗酒精预热器15和二级粗酒精预热器16。

精馏塔4的出口端通过管路与杂醇油分离器17连接，精馏塔4的出口端还通过管路经一级粗酒精预热器15与污水处理系统19连接。

精馏塔4通过管路与常压醪塔再沸器Ⅰ20形成闭合回路，所述常压醪塔再沸器Ⅰ20还通过管路与常压醪塔3形成闭合回路，精馏塔4通过管路与精塔再沸器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、二级粗酒精预热器16后与锅炉房23连接。

精馏塔4的出口端通过管路经过热器24与膜脱水装置25连接，膜脱水装置25的出口端通过管路经常压醪塔再沸器Ⅱ26与成品冷却器27连接，所述常压醪塔再沸器Ⅱ26通过管路与常压醪塔3形成闭合回路。膜脱水装置25的出口端还通过管路经解吸冷凝器组28与无水真空泵18连接，解吸冷凝器组28的出口端通过管路与粗酒罐9连接。

所述膜脱水装置25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251以及位于外壳251内部的内管，所述内管包括陶瓷管252以及覆在陶瓷管252外表面的分子筛膜253。外壳251和内管之间的空间为壳程254，内管内部空间为管程255，在管程255抽负压，在壳程254内通酒精蒸汽，酒精蒸汽经过膜脱水装置25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255进入解吸冷凝器组28冷凝后进入蒸馏工段回收。

本实用新型各塔的加热方式如下：

精馏塔4采用生蒸汽通过精塔再沸器21间接加热；

精馏塔4塔顶酒汽一部分通过常压醪塔再沸器Ⅰ20供热常压醪塔3；

精馏塔4塔顶酒汽另一部分经过热器24过热后去膜脱水装置25，经脱水后的燃料乙醇蒸汽通过常压醪塔再沸器Ⅱ26供热常压醪塔3；

常压醪塔3塔顶酒汽通过负压醪塔再沸器13供热负压醪塔2。

利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的工艺方法，包括以下步骤：

(1)浓度为8％(v/v)以下的发酵成熟醪依次经过醪液一级预热器5预热至约45℃、醪液二级预热器6预热至约55℃、醪液三级预热器7预热至约65℃后在脱气段1顶部进料，成熟醪中的二氧化碳和部分低沸点杂质在脱气段1负压的作用下与发酵醪分离，脱气段1顶部含杂粗酒汽顺序进入醪液一级预热器5和脱气段冷凝器组8冷凝，冷凝液进入粗酒罐9，脱气段1顶部酒汽冷凝的同时给醪液一级预热器5供热；脱去气体的发酵醪进入脱气段1底部后，部分醪液(约47％)通过自流管道流入负压醪塔2，其余(约53％)通过常压醪塔进料预热器12预热后进入常压醪塔3顶部；

脱气醪在由脱气段1向负压醪塔2下行的同时被负压醪塔2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2的塔底排出，送去酒糟处理系统14处理；负压醪塔2酒汽上升后，部分进入脱气段1底部，其余粗酒汽顺序进入醪液二级预热器6和负压醪塔冷凝器组11冷凝，冷凝液进入粗酒罐9，未冷凝的含杂气体通过蒸馏真空泵10排出，负压醪塔2顶部酒汽冷凝的同时给醪液二级预热器6供热；负压醪塔2塔底的酒槽进入醪液三级预热器7冷凝后进入酒槽处理系统，负压醪塔2塔底的酒槽在冷凝的同时给醪液三级预热器7供热。

负压醪塔2的加热方式：常压醪塔3塔顶汽通过负压醪塔再沸器13加热负压醪塔2；负压醪塔2的工作压力为-0.07MPa～-0.055MPa，负压醪塔2塔底温度为80℃，顶部温度为68℃，脱气段1顶部温度为65℃。

(2)由常压压醪塔顶部进入的脱气醪入塔后在常压醪塔3中下行的同时被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3塔底被排出至常压醪塔进料预热器12，预热脱气醪后进入负压醪塔2塔釜闪蒸；常压醪塔3酒汽上行进入负压醪塔再沸器13给负压醪塔2加热，冷凝后的粗酒精进入粗酒罐9。

常压醪塔3是在常压下工作的，常压醪塔3的加热方式：精馏塔4塔顶酒精蒸汽通过常压醪塔再沸器Ⅰ20加热常压醪塔3；来自膜脱水装置25脱水后的燃料乙醇蒸汽通过常压醪塔再沸器Ⅱ26加热常压醪塔3。常压醪塔3塔底操作温度为105℃，顶部温度为99℃。

(3)来自粗酒罐9的粗酒精经一级粗酒精预热器15和二级粗酒精预热器16预热后进入精馏塔4下部，入精馏塔4后酒精逐渐浓缩，至塔顶酒精浓度达到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17分离杂醇油。精馏塔4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24进入膜脱水装置25脱水，其余酒精蒸汽经常压醪塔再沸器Ⅰ20冷凝后全部回流至精馏塔4。精馏塔4塔釜废热水进一级粗酒精预热器15预热粗酒精后进入污水处理系统19。

精馏塔4是在正压下工作，其工作压力为0.3MPa，精馏塔4的加热方式：新鲜蒸汽通过精塔再沸器21加热精馏塔4，精馏塔4塔底操作温度为146℃，顶部温度为118℃。

(4)来自精馏塔4顶部浓度为95％(v/v)以上的酒精蒸汽经过热器24过热后进入膜脱水装置25脱水，脱水后的燃料乙醇蒸汽进入常压醪塔再沸器Ⅱ26加热常压醪塔3，冷凝后经成品冷却器27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 (3)

1.利用双粗单精三塔蒸馏低浓度发酵醪生产燃料乙醇的系统，其特征在于：包括醪液预热器、脱气段(1)、负压醪塔(2)、常压醪塔(3)和精馏塔(4)；所述醪液预热器包括依次串联的醪液一级预热器(5)、醪液二级预热器(6)和醪液三级预热器(7)，醪液三级预热器(7)的出口端通过管路与脱气段(1)的进口端连接；

脱气段(1)的出口端通过管路与负压醪塔(2)连接，脱气段(1)的出口端通过管路经常压醪塔进料预热器(12)后与常压醪塔(3)顶部连接，常压醪塔(3)的出口端通过管路经负压醪塔再沸器(13)后连接粗酒罐(9)；常压醪塔(3)塔底出口端通过管路经常压醪塔进料预热器(12)后与负压醪塔(2)塔釜连接；

粗酒罐(9)的出口端通过管路经粗酒精预热器后与精馏塔(4)连接；精馏塔(4)通过管路与常压醪塔再沸器Ⅰ(20)形成闭合回路，所述常压醪塔再沸器Ⅰ(20)还通过管路与常压醪塔(3)形成闭合回路；精馏塔(4)的出口端通过管路经过热器(24)与膜脱水装置(25)连接，膜脱水装置(25)的出口端通过管路经常压醪塔再沸器Ⅱ(26)与成品冷却器(27)连接，所述常压醪塔再沸器Ⅱ(26)通过管路与常压醪塔(3)形成闭合回路；膜脱水装置(25)的出口端还通过管路经解吸冷凝器组(28)与无水真空泵(18)连接，解吸冷凝器组(28)的出口端通过管路与粗酒罐(9)连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：脱气段(1)的出口端通过管路依次和醪液一级预热器(5)、脱气段冷凝器组(8)连接，脱气段冷凝器组(8)的出口端分别通过管路与粗酒罐(9)和蒸馏真空泵(10)连接，负压醪塔(2)的出口端通过管路依次和醪液二级预热器(6)、负压醪塔冷凝器组(11)连接，负压醪塔冷凝器组(11)的出口端分别通过管路与粗酒罐(9)和蒸馏真空泵(10)连接；负压醪塔再沸器(13)通过管路与负压醪塔(2)形成闭合回路；负压醪塔(2)的出口端通过管路依次与醪液三级预热器(7)、酒糟处理系统(14)连接。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述膜脱水装置(25)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(251)以及位于外壳(251)内部的内管，所述内管包括陶瓷管(252)以及覆在陶瓷管(252)外表面的分子筛膜(253)；外壳(251)和内管之间的空间为壳程(254)，内管内部空间为管程(255)。

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