專利名稱：一種生物乙醇的提純裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種生物乙醇的提純裝置，具體地說涉及一種生物乙醇的初次提
純裝置。
背景技術(shù)：
生物乙醇的生產(chǎn)過程是將淀粉、纖維素等原料制成葡萄糖，經(jīng)生物發(fā)酵使其轉(zhuǎn)化為含酒精的混合物，再通過精餾分離而得到乙醇的過程。采用發(fā)酵方法生產(chǎn)的乙醇，在獲得乙醇的同時，不可避免地會生成水，其發(fā)酵液中的乙醇濃度一般只有5-12%，精餾作為具有技術(shù)成熟和應(yīng)用成熟度較高的分離方法，是分離乙醇-水溶液最早也是最普遍的方法，但由于溶液較高的蒸發(fā)熱，精餾在操作過程中需要很高的能耗，并且隨著濃度提高，塔中回流比必須提高，這也增加了作操成本。又由于乙醇與水形成共沸物，使用普通精餾無法獲得無水乙醇，所以從發(fā)酵液中分離乙醇-水混合物一般分兩步:先用普通精餾方法得到質(zhì)量分數(shù)為95%的乙醇，再用共沸精餾、萃取精餾、液液萃取、吸附或其它方法得到無水乙醇，如生產(chǎn)大于99%純度的乙醇，采用二步蒸餾法操作，該操作占總能量需求近55%，因此改進濃縮步驟是降低生產(chǎn)生物乙醇成本的關(guān)鍵。從原理上講分離乙醇和水的方法有精餾、萃取精餾、共沸精餾、吸附滲透汽化、膜分離等多種方法。萃取精餾可將10%的乙醇提純至95%，但萃取過程使用的溶劑大多有毒，對保護環(huán)境不利。采用NaA-沸石膜蒸發(fā)分離乙醇-水，在120°C可得到濃度高于99.8%的乙醇，過程中所用的膜材料的成本較高。目前燃料乙醇的生產(chǎn)中，對采用單一操作過程的研究較多，如單獨研究吸附脫水分離乙醇-水共沸物，單獨采用滲透蒸發(fā)分離乙醇-水混合物，單獨采用萃取精餾分離乙醇-水混合物等。每種分離方法都有各自的不足之處，不是能耗高就是操作過程復(fù)雜，因此將兩種以上的分離技術(shù)進行偶合，使之最大限度地發(fā)揮各自的優(yōu)勢，是目前研究的趨勢。專利CN101184849采用兩個以上的降膜蒸發(fā)器串聯(lián)的方法，將發(fā)酵液中乙醇的濃度提高至35-65%，再經(jīng)進一步濃縮精制使乙醇含量高于85%，專利US4822737中采用蒸發(fā)與反滲透相結(jié)合來制備濃縮的乙醇/水混合物。現(xiàn)有的生物乙醇提純方法存在著提純設(shè)備比較復(fù)雜、能耗聞、初次提純殘留液中乙醇濃度聞等不足。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種生物乙醇的提純裝置。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，初次提純效果好等優(yōu)點。一種生物乙醇的提純裝置，包括降膜蒸發(fā)器、換熱器、原料罐、水罐和濃縮液罐，所述的換熱器至少包括加熱器及冷卻器各一個，原料罐中的生物乙醇原料經(jīng)加熱器預(yù)熱后進入降膜蒸發(fā)器進行氣液分離，氣體經(jīng)過冷卻器后進入濃縮罐，液體進入水罐。本實用新型中，所述的加熱器與原料罐和降膜蒸發(fā)器的入口通過管線相連接，冷卻器與降膜蒸發(fā)器的氣體出口相連接，水罐與降膜蒸發(fā)器的液體出口相連接，冷卻器的氣體出口與濃縮液灌相連接。[0007]本實用新型中所述的液體可以作為加熱介質(zhì)通過加熱器和生物乙醇原料進行換熱后進入水te。本實用新型中所述的降膜蒸發(fā)器可以為現(xiàn)有技術(shù)中的任一類型的降膜蒸發(fā)器，優(yōu)選管殼式降膜蒸發(fā)器。所述的殼式降膜蒸發(fā)器包括殼體、布液器、換熱管、液相出口、氣相出口、加熱介質(zhì)進口、加熱介質(zhì)出口、原料入口。布液器管頭伸進換熱管的長度為5_ -10mm。本實用新型中降膜蒸發(fā)器的殼程內(nèi)通入導(dǎo)熱油(一般需加熱至95_102°C)，管程內(nèi)走生物乙醇原料液。所述導(dǎo)熱油可以為各種合成型導(dǎo)熱油或礦物型導(dǎo)熱油。導(dǎo)熱油從降膜蒸發(fā)器的底部進入殼程，生物乙醇原料液從降膜蒸發(fā)器的頂部進入管層。本實用新型中加熱器及冷卻器均為管殼式。管內(nèi)走加熱或冷卻介質(zhì)。加熱器及冷卻器內(nèi)的列管數(shù)、列管外徑及內(nèi)徑可以根據(jù)實際情況進行合理選擇。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型一種生物乙醇的提純裝置具有如下優(yōu)點:1、生物乙醇的原料液中乙醇的濃度比較低，采用蒸餾、精餾等常規(guī)的提純方法對生物乙醇的原料液進行初次蒸餾不僅能耗大而且殘留液中乙醇含量高，本實用新型能夠明顯提高生物乙醇的初次提純效果，經(jīng)過初次提純后乙醇濃度可以提高2-3倍，初次提純后的生物乙醇能夠滿足常規(guī)蒸餾提純的需要；2、本實用新型使進料與蒸發(fā)器底部流出的熱水進行換熱，再進入降膜蒸發(fā)器中，降低了能耗。3、采用本實用新型的生物乙醇的提純裝置，生物乙醇溶液經(jīng)過降膜蒸發(fā)器后，殘留液中的乙醇含量很低，提高了乙醇的回收率；4、本實用新型一種生物乙醇的初次提純裝置，結(jié)構(gòu)簡單，效率高、能耗少、成本低，適于工業(yè)應(yīng)用。

圖1為本實用新型一種生物乙醇的提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I為降膜蒸發(fā)器，2為加熱器，3為原料罐，4為水罐，5為冷卻器，6為濃縮液罐。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型一種生物乙醇的提純裝置，包括降膜蒸發(fā)器1、原料罐3、水罐4、濃縮液罐6、加熱器2、冷卻器5，原料罐3中的生物乙醇原料經(jīng)加熱器2預(yù)熱后進入降膜蒸發(fā)器I進行氣液分離，氣體經(jīng)過冷卻器5后進入濃縮罐，液體通過加熱器2和生物乙醇原料進行換熱后進入水罐4。所述的加熱器與原料罐和降膜蒸發(fā)器的入口通過管線相連接，冷卻器與降膜蒸發(fā)器的氣體出口相連接，水罐與降膜蒸發(fā)器的液體出口相連接，冷卻器的氣體出口與濃縮液灌相連接。本實用新型的具體操作過程如下:降膜蒸發(fā)器的殼程內(nèi)通入導(dǎo)熱油(一般需加熱至95-102°C)，換熱管內(nèi)走原料液。經(jīng)過預(yù)處理的含5-12%的稀乙醇發(fā)酵液加入到原料罐3中，由進料泵輸入換熱器2，經(jīng)過與出料換熱后預(yù)熱至40-55°C，進入降膜蒸發(fā)器I的頂部，蒸發(fā)器頂部裝有布液器，液體經(jīng)過布液器管頭與換熱管之間的間隙形成液膜，均勻的分布在換熱管的內(nèi)壁上，在向下流動過程中被加熱部分汽化，遇熱蒸發(fā)的氣體經(jīng)由蒸發(fā)器上部導(dǎo)出，經(jīng)冷卻器5冷卻后收集進入濃縮液罐6中，蒸發(fā)器底部流出的主要是水，經(jīng)與進料換熱后進入水罐4。收集底部的水和冷卻后的乙醇濃縮液，用氣相色譜檢測乙醇的含量。所采用的管殼式降膜蒸發(fā)器換熱面積58m2，換熱管內(nèi)徑Φ20πιπι，長3m。布液器結(jié)構(gòu)為管頭型，布液器管頭的外徑Φ 18mm，長40mm，布液器管頭伸進換熱管的長度為10mm。采用的管殼式換熱器，有效換熱面積1.lm2，管內(nèi)介質(zhì)主要為95°C左右的熱水，管程數(shù)1，殼程內(nèi)為乙醇和水的混合物，換熱器長0.91m，直徑0.15m。換熱器內(nèi)列管數(shù)23根，列管外徑/內(nèi)徑為19.1/15.7_，列管材料為11號碳鋼，殼體材料為16MnR。采用的管殼式冷卻器，有效換熱面積115.2m2，管內(nèi)介質(zhì)為冷卻水，管程數(shù)1，殼程內(nèi)為乙醇和水的混合物，冷凝器長6.lm，直徑0.49m。內(nèi)列管數(shù)323根，列管外徑/內(nèi)徑為19.1/15.7mm，列管材料為11號碳鋼，殼體材料為16MnR。下面結(jié)合實施例來具體說明本實用新型的作用和效果。實施例1表I是進料乙醇質(zhì)量濃度為10.2%的不同工藝條件下的實驗結(jié)果:表I
權(quán)利要求1.一種生物乙醇的提純裝置，其特征在于:該裝置包括降膜蒸發(fā)器、換熱器、原料罐、水罐和濃縮液罐，所述的換熱器至少包括加熱器及冷卻器各一個，所述的加熱器與原料罐和降膜蒸發(fā)器的入口通過管線相連接，冷卻器與降膜蒸發(fā)器的氣體出口相連接，水罐與降膜蒸發(fā)器的液體出口相連接，冷卻器的氣體出口與濃縮液灌相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:液體作為加熱介質(zhì)通過加熱器和生物乙醇原料進行換熱后進入水罐。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:所述的降膜蒸發(fā)器為管殼式降膜蒸發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于:所述的管殼式降膜蒸發(fā)器包括殼體、布液器、換熱管、液相出口、氣相出口、加熱介質(zhì)進口、加熱介質(zhì)出口、原料入口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于:布液器管頭伸進換熱管的長度為5mm_IOmmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的裝置，其特征在于:降膜蒸發(fā)器的殼程內(nèi)通入導(dǎo)熱油，管程內(nèi)走生物乙醇原料液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于:導(dǎo)熱油從降膜蒸發(fā)器的底部進入殼程，生物乙醇原料液從降膜蒸發(fā)器的頂部進入管層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于:加熱器及冷卻器均為管殼式。
專利摘要本實用新型公開一種生物乙醇的提純裝置，包括降膜蒸發(fā)器、換熱器、原料罐、水罐和濃縮液罐，所述的換熱器至少包括加熱器及冷卻器各一個，原料罐中的生物乙醇原料經(jīng)加熱器預(yù)熱后進入降膜蒸發(fā)器進行氣液分離，氣體經(jīng)過冷卻器后進入濃縮罐，液體進入水罐。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，初次提純效果好等優(yōu)點。
文檔編號C07C31/08GK202912867SQ201220546220
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者蘇杰, 張寶國, 陳明, 喬凱 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院