專利名稱：蒸餾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及尤其是源自麥芽漿的乙醇的蒸餾方法。
按傳統(tǒng)的蒸餾和脫水工藝方法從啤酒麥芽漿中得到乙醇是將發(fā)酵后約含有10％乙醇、85％水和5％固體物的漿液預(yù)熱后送往第一蒸餾塔，在第一蒸餾塔中麥芽漿經(jīng)蒸發(fā)，固體組分作為塔底產(chǎn)物與水排出，通常塔底產(chǎn)物的一部分經(jīng)加熱后又送回蒸餾塔(再沸器)。
第一塔汽態(tài)餾出物還含有水、乙醇和雜醇油，經(jīng)過(guò)一收集-和混合儲(chǔ)槽送往精餾塔的第二蒸餾塔，在該精餾塔中實(shí)施進(jìn)一步分離，雜醇油在該塔的側(cè)線導(dǎo)出，水作為塔底產(chǎn)物從第二蒸餾塔中分出，其中一少部分經(jīng)加熱后重新送回精餾塔(再沸器)，其余的也從生產(chǎn)過(guò)程中排出。第二蒸餾塔的餾出物仍含水和乙醇，可部分地再送回第一和第二蒸餾塔，往往是經(jīng)過(guò)上面提及的收集儲(chǔ)槽。
第二塔餾出液的主體部分是乙醇-水-混合物，約含95％乙醇和5％水，需經(jīng)過(guò)最后脫水才能得到盡可能純的乙醇，其純度為99至99.8％，最后的脫水是借助于分子作用的篩分實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)，結(jié)晶的沸石如海綿式地吸收水分子。
這種分子篩沸石會(huì)很快達(dá)到飽和水，所以為使均衡脫水，必須將飽和水的沸石再生，因此分子篩總是成對(duì)的應(yīng)用，這樣從第一個(gè)活性分子篩中得到高純度的乙醇，該乙醇也可用于第二個(gè)失活分子篩的再生，失活分子篩再生時(shí)所用的乙醇可送回蒸餾塔，這部分返回流占到經(jīng)活性分子篩得到純乙醇的約30％。在此由于不斷地變化分子篩的壓力負(fù)荷而引起充填物料的粉塵狀磨損，從而又增加了后續(xù)過(guò)程的負(fù)擔(dān)，它們必須周期性地被完全替換，這反映在投資和操作成本上是不利的。
乙醇脫水是一強(qiáng)耗能的過(guò)程，特別是麥芽漿在第一蒸餾塔中的蒸發(fā)，也包括餾出物必要的大量回流，大大提高了操作和投資的成本。在進(jìn)入分子篩處理之前，必須是一段高純度的，約含90～95％乙醇的乙醇-水混合物，為此物料混合物需盡可能在接近共沸點(diǎn)處精餾，從而使工程設(shè)備和操作成本都很昂貴，因?yàn)樵诰s塔中要求有很多分離級(jí)數(shù)和高回流。
面對(duì)這一工業(yè)背景，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種蒸餾方法，使它的經(jīng)濟(jì)性，特別是源自麥芽漿的乙醇脫水，得到明顯地改善。
為了解決這一工業(yè)課題，特別是在麥芽漿的乙醇蒸餾工業(yè)方法中，第一蒸餾塔的多稱為汽提塔的進(jìn)料和第一蒸餾塔的餾出物送往第二蒸餾塔，即精餾塔，為了與此相匹配，按權(quán)利要求1在工藝過(guò)程的開(kāi)始和最后一步借助一膜分離方法對(duì)進(jìn)料和/或第二蒸餾塔的餾出物進(jìn)行了凈化。
有多種膜分離方法的實(shí)施方案是已知和有效的，大多數(shù)分離方法的優(yōu)點(diǎn)是在分離時(shí)所處理的產(chǎn)物不產(chǎn)生相變，因而不必考慮潛能的轉(zhuǎn)移。此外，膜本身對(duì)物料混合物的組分呈隋性，所以不會(huì)出現(xiàn)分離輔助物對(duì)產(chǎn)物的污染和以后對(duì)此污染的凈化問(wèn)題，這種分離裝置再生也就不必要了。
作為膜分離的工藝方法，所謂的膜方法，尤其對(duì)于進(jìn)料的處理，特別是生產(chǎn)乙醇時(shí)麥芽漿的處理可應(yīng)用膜過(guò)濾，麥芽漿通過(guò)膜過(guò)濾可以提供一純液體的乙醇-水-雜醇油混合物作為滲透物，含有較多麥芽漿料成分的滲余物優(yōu)選用通常方法經(jīng)預(yù)熱后送往第一蒸餾塔。
優(yōu)選的方式是應(yīng)用動(dòng)態(tài)錯(cuò)流膜過(guò)濾，在這種工藝中膜片是安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)的空心軸上，此時(shí)不同輛上的膜片是重疊的，產(chǎn)物從膜片的外部涌入，推進(jìn)滲透物通過(guò)膜而進(jìn)入片體內(nèi)部，并經(jīng)過(guò)空心軸送走，由于膜片的旋轉(zhuǎn)所引起與產(chǎn)品之間的相對(duì)速度差以及在膜片疊加區(qū)域形成較大湍流，使膜片的沾污和結(jié)塊明顯減少，其結(jié)果是單位滲透物的比滲透效率提高和能耗降低。此外，它的凈化周期明顯長(zhǎng)于其它的膜工藝方法，從而提高了可使用性和降低了操作成本。
進(jìn)料的膜分離工藝方法的滲透物可繞過(guò)第一蒸餾塔而直接送往第二蒸餾塔，特別是在麥芽漿制乙醇時(shí)，該分離方法的滲透物與第一蒸餾塔的餾出物的組成基本一樣，所以該滲透物就不必通過(guò)第一蒸餾塔的工藝步驟，而直接導(dǎo)入第二蒸餾塔。
由于送往第二蒸餾塔的滲透物不必按傳統(tǒng)方法那樣在第一蒸餾塔需要完全蒸發(fā)，從而大大節(jié)省了能量。當(dāng)滲余物與滲透物之比為1到8之間時(shí)，該法特別適用。
如果膜分離方法的進(jìn)料滲透物與第一塔的餾出物作為混合物進(jìn)入第一蒸餾塔時(shí)，也還有工藝技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn)。由于這項(xiàng)措施，可實(shí)現(xiàn)對(duì)第二蒸餾塔進(jìn)料量的均勻調(diào)控，而抵消了第一蒸餾塔和膜分離法的脈沖波動(dòng)。也可以交替地分別使用進(jìn)料的膜分離法滲透物和第一蒸餾塔的餾出物進(jìn)入第二蒸餾塔。
按本發(fā)明方法的安排，進(jìn)料的滲透物和/或第一蒸餾塔的餾出物作為混合物或分別送往第二蒸餾塔，相對(duì)來(lái)說(shuō)為熱導(dǎo)入，例如120℃，優(yōu)選在很大程度上是以液相存在的，這與目前的技術(shù)在露點(diǎn)附近的蒸汽形式加入有所不同，也就是說(shuō)，混合物是保持在沸點(diǎn)附近的液體狀態(tài)。
在第二蒸餾塔中塔底放出的水呈液相，通過(guò)本發(fā)明的方法能以優(yōu)選的方式使進(jìn)料經(jīng)過(guò)膜分離法的滲透物中的水分以液相保持在第二蒸餾塔中，因此在第二蒸餾塔中只需要蒸發(fā)導(dǎo)入的混合物中的乙醇組分，與傳統(tǒng)方法不同的是在這里節(jié)省了水分蒸發(fā)的能量，因?yàn)樗质且粤飨?，不再是以蒸汽狀態(tài)加到第二蒸餾塔中，而且也是以液相形式保留在那里。
進(jìn)入第一蒸餾塔的液體量與目前技術(shù)相比減少了15％至50％，這與所選用膜分離工藝方法有關(guān)，為了所加物料量的蒸發(fā)必需的能量也相應(yīng)減少。
基于所述的該項(xiàng)措施，使得進(jìn)入第一蒸餾塔的產(chǎn)物提高了含有固體物的麥芽漿料的濃度，雖然進(jìn)入第一蒸餾塔的液體物料減少，塔底物的濃度也包括飽出物的組成仍相當(dāng)于傳統(tǒng)方法，只是提餾管內(nèi)的濃度高了些。
第二蒸餾塔餾出物的乙醇組分在75重量％至95重量％之間。即便是傳統(tǒng)的工藝方法有較高的乙醇含量90-95重量％時(shí)，仍需最終脫水，與其相比，本發(fā)明的方法水含量也許相對(duì)較高，但其最終脫水是借助另一膜分離方法來(lái)完成的，特別是此處優(yōu)選采用蒸汽滲透法，因而第二蒸餾塔的構(gòu)成和操作成本都較低廉。
為了達(dá)到最終脫水，有目的地并聯(lián)一組膜分器(Memtrarmodule)，使第二蒸餾塔(精餾塔)的餾出物優(yōu)選經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)熱器導(dǎo)入一組并聯(lián)的膜分器，其滲余物作業(yè)提供的最終產(chǎn)品，此時(shí)的乙醇為高純度，其含量大于99％，尤其是在99％至99.95％之間。
如果將成為最終產(chǎn)物的膜過(guò)濾器的滲余物的一部分重新導(dǎo)入每一膜過(guò)濾器作為滲透物一側(cè)的沖洗流，通過(guò)后的物流與第二蒸餾塔出來(lái)的滲透物一起作為第二股進(jìn)料流再行返回，則能提高該膜分器的分離效果。
從膜分器滲余物分出的沖洗流持續(xù)不斷地返回，降低了滲透物一側(cè)的水分壓，能進(jìn)一步提高滲余物的純度直至99.95％，這是一種經(jīng)濟(jì)性可行的方式。
這樣一種沖洗過(guò)程，此處優(yōu)選是應(yīng)用滲余物分支流的形式，即所謂的內(nèi)部吹洗流實(shí)現(xiàn)的，或者也可以通過(guò)外部吹洗流，例如氮?dú)饬鱽?lái)代替。兩種技術(shù)共同點(diǎn)是借助一附加物流用物理方法(呈對(duì)流性)運(yùn)送滲透物。
因?yàn)樵谀し制髦袃?yōu)選發(fā)生蒸汽滲透，作為滲余物的最終產(chǎn)物是以氣相存在，所以導(dǎo)入氣相沖洗流是不成問(wèn)題的。其基礎(chǔ)是通過(guò)節(jié)流閥后保持滲透物的真空，使吹洗流的體積流急劇提高，這產(chǎn)可以使?jié)B透物有較好的移出對(duì)流性。
膜分器的滲透物可以有目的地在進(jìn)入第二蒸餾塔前利用第二蒸餾塔導(dǎo)出的塔底物之余熱先預(yù)熱，同樣，最終產(chǎn)物和/或第二蒸餾塔塔底物的熱量也可用于預(yù)熱進(jìn)料的膜分離法的滲途物，而通常是采用常規(guī)熱交換器進(jìn)行預(yù)熱。
優(yōu)選也可在第二蒸餾塔的進(jìn)料處，最好是直接在進(jìn)料口前，安裝一熱交換器，特別是一冷凝器，用以導(dǎo)出在第一蒸餾塔為蒸發(fā)液體加入的多余熱量。
借助圖示對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡明，它只表示過(guò)程的示意工藝流程。


圖1是第一和圖2是第二工藝流程從與圖示有關(guān)的表1和表2中可讀出位號(hào)1-10和31-40相一致的物理量，但只是作為舉例。圖1和圖2的流程區(qū)別主要在于過(guò)程中存在的工藝熱量的不同利用。
圖1表示由啤酒麥芽漿(啤酒原始料)作為進(jìn)料1的蒸餾及脫水制乙醇的裝置流程。
麥芽漿在20℃時(shí)含有約10重量％乙醇、85重量％水和5％的固體物，在膜分離工位11分離為含有較高麥芽漿料和固體物的滲余物2和滲透物3，后是呈液相存在的水-乙醇-雜醇油的混合物，含有較高麥芽漿料濃度和固體物的滲余物2經(jīng)熱交換器，例如由10℃加熱至30℃，后送入第一蒸餾塔13或汽提塔中。
進(jìn)料1經(jīng)膜分離工位11得到的液態(tài)滲透物可直接送入第二蒸餾塔14-精餾塔中。
因?yàn)檫M(jìn)入第一蒸餾塔13的滲余物2具有較高的麥芽漿濃度，使第一蒸餾塔13能有效運(yùn)行，滲透物在第一蒸餾塔13中勿需完全蒸發(fā)，主要是分出含有較高乙醇組分的乙醇-水混合物，在其中最終只是乙醇組分必須進(jìn)行蒸發(fā)，而在塔底物中存在的水和固體物作為塔底產(chǎn)物5(條料)排出流程。
塔底產(chǎn)物5的一部分可按常規(guī)方法經(jīng)熱交換器15加熱后重新進(jìn)入第一蒸餾塔13。
第一蒸餾塔13的餾出物4含有例如30％的乙醇，經(jīng)過(guò)另一熱交換器16導(dǎo)出后與滲透物3混合，該混合物6優(yōu)選以恒定的體積流導(dǎo)入第二蒸餾塔14，該混合物6在120℃時(shí)例如含有20重量％乙醇和80重量％水，可與附表中的數(shù)據(jù)對(duì)照，此時(shí)混合物6優(yōu)選是保持在沸點(diǎn)附近的液相。
第二蒸餾塔14的餾出物7例如在125℃還具有85重量％乙醇和15重量％水，即便是在大致為80重量％乙醇時(shí)，就可按本發(fā)明的方法借助膜分離方法實(shí)施最后脫水，而按常規(guī)方法第二蒸餾塔14的餾出物7的乙醇含量須達(dá)到90-95重量％才可以進(jìn)入最終脫水過(guò)程。
為此第二蒸餾塔的餾出物7導(dǎo)入一組17例如3個(gè)并聯(lián)的膜分離器18，19，20中，經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾，特別是經(jīng)蒸汽滲透移出的滲余物9為最終產(chǎn)物，即僅含0.2重量％至0.05重量％的水分的高純度乙醇，在換熱器12中，經(jīng)與滲余物2換熱冷卻后即得到最終產(chǎn)品。
膜分器18-20可以采用吹洗技術(shù)操作，為此將作為最終產(chǎn)品的少量滲余物9各自分別重新導(dǎo)入膜分器18-20中，它們作為沖洗流涌入后通過(guò)與產(chǎn)生的滲透物作為混合物10通過(guò)熱交換器21在真空中冷凝，往往還經(jīng)過(guò)一收集儲(chǔ)槽和此處未表示出的泵作為備料送入第二蒸餾塔，混合物中的乙醇含量例如為57.2重量％和水分為42.8重量％，此處熱交換器21利用了作為第二蒸餾塔14唯一的塔底產(chǎn)物8水的廢熱，而將其溫度降到例如30℃。
按圖2的工藝方法實(shí)施啤酒麥芽漿(啤酒原始物料)中的乙醇蒸餾和脫水，其進(jìn)料31與第一實(shí)施例的進(jìn)料組成相當(dāng)。
在膜分離工位41也分離為滲余物32和滲透物33，滲余物32經(jīng)過(guò)兩個(gè)熱交抽象器42，43和/或第一蒸餾塔44的塔頂冷凝器加熱到約115℃后導(dǎo)入第一蒸餾塔44。
在第一蒸餾塔44中經(jīng)濃縮的啤酒麥芽漿作為塔底產(chǎn)物35的一部分經(jīng)過(guò)熱交換器45送回第一蒸餾塔44，這樣可達(dá)到最佳操作(再沸器)，多余的塔底物35送出流程。
第一蒸餾塔44的滲透物33與餾出物34一起作為混合物36導(dǎo)入第二蒸餾塔46。
在第二蒸餾塔46中一部分經(jīng)凈化的水在熱交換器53中蒸發(fā)后再直接回到第二蒸餾塔46(再沸器)，來(lái)自第二蒸餾塔的多余的水38經(jīng)過(guò)熱交抽象器42被移送出去，經(jīng)凈化的水的另一分支流55經(jīng)過(guò)熱交換器52蒸發(fā)后作為第二蒸餾塔46的操作手段使用，熱交換器52在此用作凈化分支流55的再沸器，第一蒸餾塔44的餾出物34冷凝于此處。
來(lái)自第一蒸餾塔44餾出物34和進(jìn)料31經(jīng)膜分離工段41得到的滲透物33的混合物36在高溫時(shí)，但卻是存在于沸點(diǎn)附近的液相，經(jīng)過(guò)安裝在緊靠進(jìn)料口56的熱交抽象器54，特別是一冷凝器，導(dǎo)入第二蒸餾塔46，通過(guò)熱交換器54可使在第一蒸餾塔44中為使液體蒸發(fā)產(chǎn)生的余熱在流程中統(tǒng)籌合理利用。
第二蒸餾塔46餾出物的分支流57又送回塔中(回流)，而主體流37經(jīng)過(guò)熱器51送往一組47膜分器48-50中。
同樣，膜分器48-50也是用吹洗技術(shù)操作的，為此將作為最終產(chǎn)品膜分器48-50的滲余物39的一分支流送回，它們?nèi)缜八龅姆绞接咳肽し制鞑⑴c在膜分器48-50中產(chǎn)生滲透物作為混合物40返回第二蒸餾塔中。
權(quán)利要求
1.蒸餾方法，特別是源自麥芽漿中的乙醇的蒸餾，將第一蒸餾塔(汽提塔)的進(jìn)料和第一蒸餾塔的餾出物送往第二蒸餾塔(精餾塔)的方法，其特征在于，在工藝工程的最初始和/或最后一步將進(jìn)料(1)和/或第二蒸餾塔(14)的餾出物(7)借助一膜分離方法進(jìn)行凈化。
2.按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該膜分離方法是一膜工工藝方法。
3.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，膜工藝方法是動(dòng)態(tài)的錯(cuò)流膜過(guò)濾。
4.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料(1)的膜分離方法的滲透物(3)送往第二蒸餾塔中。
5.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料(1)的膜分離方法的滲余物(2)送往第一蒸餾塔中。
6.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料(1)的膜分離方法的滲透物(3)與第一蒸餾塔(13)的餾出物(4)作為混合物(6)送往第二蒸餾塔(14)中。
7.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料的膜分離方法的滲透物和第一蒸餾塔的餾出物各自分別送往第二蒸餾塔中。
8.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，混合物或各自送往第二蒸餾塔的滲透物和/或第一蒸餾塔的餾出物是保持在沸點(diǎn)附近的液體。
9.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料的膜分離方法的滲余物(3)對(duì)滲透物(2)的摩爾比位于1到8之間。
10.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)料(1)的膜分離方法的滲透物(3)中的水分在第二蒸餾塔(14)中保持為液相。
11.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔(14)的餾出物(7)含有乙醇的組分在75至95重量％之間。
12.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔(14)的餾出物(7)導(dǎo)入一組(17)并聯(lián)的膜分器(18-20)中。
13.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔(46)的餾出物通過(guò)一過(guò)熱器(51)導(dǎo)入膜分器(48-50)中。
14.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，作為最終產(chǎn)品的膜分器(18-20)的滲余物(9)的一部分各自從滲透物一側(cè)作為沖洗流重新送回每一膜分器(18-20)中，物流涌入后與產(chǎn)生的滲透物作為給料流(10)一起返回第二蒸餾塔。
15.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，膜分器(18-20)的滲透物(10)通過(guò)第二蒸餾塔排出的塔底產(chǎn)物(8)的熱量進(jìn)行預(yù)熱。
16.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，最終產(chǎn)物(9)和/或第二蒸餾塔(46)塔底產(chǎn)物(38)的熱量可利用為進(jìn)料(1、31)的膜分離方法的滲余物(2、32)進(jìn)料預(yù)熱。
17.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔(46)的進(jìn)料口(56)處有一熱交換器。
18.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔是通過(guò)互相分開(kāi)的兩個(gè)蒸餾塔構(gòu)成的。
19.按前述的權(quán)利要求之一或多項(xiàng)的方法，其特征在于，第二蒸餾塔(46)的餾出物通過(guò)一過(guò)熱器送往膜分器組(47)。
全文摘要
在一例如源自麥芽漿的乙醇蒸餾工藝方法中，將第一蒸餾塔(汽提塔)(13)的進(jìn)料(1)和第一蒸餾塔(13)的餾出物(4)送往第二蒸餾塔(精餾塔)(14)中，它是通過(guò)在工藝過(guò)程的初始和/或最后一步對(duì)進(jìn)料(1)和/或第二蒸餾塔(14)的餾出物(7)借助膜分離方法進(jìn)行凈化實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號(hào)B01D3/14GK1802194SQ200480010940
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2004年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者斯蒂芬·魯?shù)细瘛げ急R姆, 貝恩哈德·凱澤 申請(qǐng)人:2S－精密系統(tǒng)有限公司, 布斯－Sms－勘茲勒有限公司