CN102180768B - 一种制备无水乙醇的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备无水乙醇的方法，该方法包括如下步骤：(1)在减压蒸馏的条件下，将乙醇发酵醪液蒸馏，得到第一气相产物和蒸馏残液；(2)将第一气相产物冷却，进行气液分离，得到第一乙醇水溶液和第二气相产物；(3)将第一乙醇水溶液加热气化，得到第三气相产物；(4)在气体膜分离条件下，用气体渗透膜对第三气相产物进行渗透分离，回收得到无水乙醇气体和残留气体。上述方法通过在将含乙醇的气体进行渗透分离之前，先进行气液分离，分离出其中沸点低于乙醇的组分，之后再将乙醇气化后进行渗透分离，可以提高气体渗透膜的生产效率，从而降低了气体渗透膜的使用量。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备无水乙醇的方法。
背景技术
众所周知，通过发酵法，可以将小麦、玉米、高粱、薯类、糖蜜或植物纤维等作为原料制备得到能够用于车用燃料的乙醇。因此，在目前石油资源日渐枯竭的背景下，大力发展发酵法乙醇生产工艺具有十分重要的经济价值和社会价值。
但是，由于乙醇和水可以形成恒沸物，所以在发酵法乙醇生产工艺中通常只能得到最高浓度只为95质量％的乙醇，不能满足车用燃料的要求。因此需要进一步制备无水乙醇。
目前国内大多数无水乙醇的生产采用精馏塔对含水乙醇进行蒸馏脱水，然而用普通的蒸馏方法进行脱水较困难，并且蒸馏的能耗较大。为了提高乙醇浓度，去除多余的水分，人们开发出了气体渗透用于无水乙醇制备的方法和相应设备，例如文献(张元红等，GKSS渗透气化和蒸汽渗透技术，膜科学与技术，第25卷，2005年9月)公开了一种无水乙醇的生产技术：将含有乙醇10体积％的发酵液进入初馏塔，初馏塔塔顶的产物经过压缩加热后进入膜分离单元；水优先渗透过膜，富集在渗透侧，大部分渗透气被冷凝，将渗透气的冷凝液送回初馏塔；原料中的乙醇被膜截留，成为产品。
在通过气体渗透制备无水乙醇时，需要使用符合特定要求的气体渗透膜的成本较高，而在上述方法中，气体渗透膜的使用量较大，因此限制了气体渗透制备无水乙醇的发展。
发明内容
为了在通过气体渗透制备无水乙醇的方法中降低气体渗透膜的使用量，本发明提供了一种制备无水乙醇的方法。
本发明的发明人发现，由于用于获得含水乙醇蒸汽的发酵醪液中溶解有二氧化碳等气体，因此蒸馏获得的气相产物中也含有二氧化碳等废气，所述废气的含量可以占到蒸馏获得的气相产物的8体积％以上，废气的存在降低了气体渗透膜的生产效率。所以，本发明的发明人通过去除上述废气完成了本发明。
根据本发明提供的制备无水乙醇的方法，该方法包括如下步骤：
(1)在减压蒸馏的条件下，将乙醇发酵醪液蒸馏，得到第一气相产物和蒸馏残液；
(2)将第一气相产物冷却，进行气液分离，得到第一乙醇水溶液和第二气相产物；
(3)将第一乙醇水溶液加热气化，得到第三气相产物；
(4)在气体膜分离条件下，用气体渗透膜对第三气相产物进行渗透分离，回收得到无水乙醇气体和残留气体。
上述方法通过在将含乙醇的气体进行渗透分离之前，先进行气液分离，分离出其中沸点低于乙醇的组分，之后再将乙醇气化后进行渗透分离，可以提高气体渗透膜的生产效率，从而降低了气体渗透膜的使用量。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为实施例1举例说明的无水乙醇生产过程的工艺流程图，其中实线箭头所示的是物料的流动方向，虚线箭头所示的是热量由高温向低温的流动方向。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，所述乙醇发酵醪液的定义为发酵法生产乙醇的过程中，发酵步骤结束后得到的液态混合物，其中通常含有固体和液体，固体主要为醪糟，液体主要为水和乙醇。其中，获得发酵醪液的方法没有特别的限制，发酵法得到的乙醇发酵醪液中乙醇的含量可以为8-18体积％。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，所述无水乙醇的定义为乙醇含量大于99.5体积％的产品。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，气体和液体的体积均为标准状态下的数值，压力均为绝对压力值。
根据本发明提供的制备无水乙醇的方法，该方法包括如下步骤：
(1)在减压蒸馏的条件下，将乙醇发酵醪液蒸馏，得到第一气相产物和蒸馏残液；
(2)将第一气相产物冷却，进行气液分离，得到第一乙醇水溶液和第二气相产物；
(3)将第一乙醇水溶液加热气化，得到第三气相产物；
(4)在气体膜分离条件下，用气体渗透膜对第三气相产物进行渗透分离，回收得到无水乙醇气体和残留气体。
其中，所述减压蒸馏对设备没有特殊的依赖，可以使用公知的各种能够完成减压蒸馏的气液传质设备进行，为了能在产业上大规模实施，优选情况下，所述减压蒸馏在板式塔中进行；所述板式塔可以为F1型浮阀塔、梯形导向浮阀塔和筛板塔中的一种或多种，为了进一步提高蒸馏的效果和降低能耗，优选情况下，所述板式塔为F1型浮阀塔。
其中，所述减压蒸馏的条件没有特殊的要求，只要是通过降低压力使得所述发酵醪液中的乙醇较常压下易气化以达到蒸馏分离的目的即可，因此可以选择本领域中常规的条件进行减压蒸馏，为了降低能耗，优选情况下，所述减压蒸馏在板式塔中进行，所述减压蒸馏的条件包括：所述板式塔的理论塔板数为22-25，进一步优选为23.5-24.5；所述板式塔中塔顶压力为0.03-0.04MPa，进一步优选为0.033-0.037MPa；塔顶温度为55-65℃，进一步优选为57-63℃；塔底压力为0.045-0.055MPa，进一步优选为0.047-0.053MPa；塔底温度为75-85℃，进一步优选为77-83℃。
需要说明的是，建造所述板式塔和使所述板式塔中的蒸馏条件满足上述要求的方法已为本领域公知，本发明在此不再赘述。
其中，所述发酵醪液进入板式塔的位置、温度和压力没有特殊要求，只要能使得发酵醪液在板式塔中进行减压蒸馏的过程即可，为了降低能耗和提高设备利用率，优选情况下，所述发酵醪液的进料口到塔底之间的理论塔板数占所述板式塔中总理论塔板数的85％以上，进一步优选为90-100％；所述发酵醪液的进料温度为60-70℃，进一步优选为63-67℃；其中，为了充分利用蒸馏残液中的物料和热能，优选情况下，所述方法还包括：将所述蒸馏残液加热后返回板式塔底部进行闪蒸以利用蒸馏残液中的水和较高的温度来形成板式塔塔底的上升气流。该优选情况中将所述蒸馏残液加热的方法为换热器加热法，热源不进入板式塔，只有塔底液经过循环加热后进入该塔底部产生闪蒸，加热的温度和热量需要满足板式塔的热量供应，例如所述蒸馏残液加热的方法和条件可以使加热后的蒸馏残液的温度为85-95℃。
其中，在减压蒸馏的条件下，将乙醇发酵醪液蒸馏，得到的第一气相产物中含有乙醇，同时夹带有一定量的水，此外还含有二氧化碳等废气，所述废气均为常温下呈气态的物质，因此，将所述第一气相产物冷却即可进行气液分离，可以得到第一乙醇水溶液和第二气相产物。
其中，所述冷却的方法和条件没有特殊的要求，例如可以为将第一气相产物与冷却介质进行热交换，使第一气相产物中各种物料的温度降为55-65℃，进一步优选为57-63℃。
其中，所述第一乙醇水溶液用于分离得到无水乙醇，本发明采用蒸气渗透的方式从所述第一乙醇水溶液中分离无水乙醇，因此，需要将所述第一乙醇水溶液进行加热气化，得到第三气相产物。
其中，将所述第一乙醇水溶液加热的方法和条件没有特殊的要求，例如可以将第一乙醇水溶液与加热介质进行热交换，以使第三气相产物的温度和压力满足进行蒸气渗透的要求。
其中，得到第三气相产物后，在气体膜分离条件下，用气体渗透膜对第三气相产物进行渗透分离，回收得到无水乙醇气体和残留气体。
其中，所述气体膜分离条件没有特殊的要求，可以为本领域常规的选择，为了提高分离的效率并降低能耗，优选情况下，所述气体膜分离条件包括：压差为0.05-0.45MPa，进一步优选为0.1-0.2MPa；渗透分离的温度为90-125℃，进一步优选为105-120℃。
其中，需要说明的是，术语“压差”的定义为气体渗透膜截留侧的压力高于渗透侧的压力的差值。
其中，所述气体渗透膜的材料的选择没有特别地要求，可以为本领域常规的选择，例如可以为各种水优先透过的分离膜，所述分离膜可以将乙醇截留，成为产品，如亲水性的聚乙烯醇膜、赛璐玢膜、褐藻酸膜、壳聚糖膜、聚丙烯腈膜、醋酸纤维素膜和聚酰亚胺膜中的一种或多种；为了进一步提高气体渗透膜的选择性和渗透通量，可以对气体渗透膜的材料进行本领域常规的物理或化学改性。其中，聚酰亚胺材料耐溶剂和耐水溶胀性较好，并能够较为容易地制备非对称中空纤维膜，因此，优选情况下，选择聚酰亚胺作为气体渗透膜的材料。
其中，所述气体渗透膜的渗透面积和渗透厚度没有特别地要求，可以为本领域常规的选择，例如，可以根据所选择的气体渗透膜的材料中，乙醇蒸气的渗透系数与水蒸气的渗透系数的比值以及所选择的气体膜分离条件选择所述气体渗透膜的渗透面积和渗透厚度。
其中，所述气体渗透膜可以形成各种气体渗透膜组件来进行气体渗透，所述气体渗透膜组件的结构没有特别的要求，例如可以为中空纤维式气体渗透膜组件、卷式气体渗透膜组件和板框式气体渗透膜组件中的一种或多种，为了进一步提高气体膜分离的效果，优选情况下，所述气体渗透膜形成中空纤维式气体渗透膜组件。上述气体渗透膜组件可以商购得到，例如，可以购自柏美亚公司的Prism系列气体渗透膜组件。
其中，所述的气体渗透膜组件可以通过串联或并联的方式提高分离的速度和效果。
其中，需要说明的是，由于气体渗透可以连续地进行，气体渗透膜截留侧的进料端的压力稍高于出料端的压力，因此，未作相反说明时，气体渗透膜截留侧的压力为进料端压力和出料端压力的平均值。
其中，为了提高分离的效率，减少膜的用量，优选情况下，所述气体膜分离包括第一气体膜分离阶段和第二气体膜分离阶段；且第一气体膜分离阶段的压差小于第二气体膜分离阶段的压差。在该优选情况下，第三气相产物可以在较低压差下进行第一气体膜分离阶段后，再在较高压差下进行第二气体膜分离阶段；从而使得水蒸气的分压差在水蒸气大量渗透后还能保持相对较高的水平，有效地提高了分离的效率。
本发明的发明人发现，所述方法中，所述第一气相产物、所述无水乙醇气体和所述残留气体均具有较高的热能，并且这些热能不为各自的后续处理步骤所必需，因此可以利用这些热能来加热冷却介质，从而达到节能降耗的目的，由此提供了本发明的方法的一种优选实施方式，其中，所述方法还包括：所述第一气相产物、所述无水乙醇气体和所述残留气体中的一种或多种独立地压缩后或直接与冷却介质进行热交换以加热冷却介质。其中，所述压缩和热交换的方法为本领域常规的选择，例如本领域所公知的蒸气机械再压缩方法。
本发明的发明人发现，所述方法中，所述乙醇发酵醪液、所述蒸馏残液和所述第一乙醇水溶液均需要加热以进行后续处理步骤，因此为了达到节能降耗的目的，本发明优选所述冷却介质为所述乙醇发酵醪液、所述蒸馏残液和所述第一乙醇水溶液中的一种或多种。
本发明的发明人发现，所述方法中，所述残留气体中含有大量的水，为了降低乙醇生产过程中的耗水量，优选情况下，所述方法还包括：将所述残留气体冷凝，并且将冷凝后得到的液体产物用于配制乙醇发酵液。所述乙醇发酵液是指发酵法生产乙醇的过程中用于发酵的原料液，即乙醇发酵液经过发酵后得到乙醇发酵醪液。
本发明的方法可以产生大量的蒸馏残液，优选情况下，将所述蒸馏残液用于制备酒糟蛋白饲料。其中，将所述蒸馏残液用于制备酒糟蛋白饲料的方法没有特别要求，只要是能将分散于蒸馏残液中的可溶物和不溶物进行分离即可，分离得到的固体产物即为酒糟蛋白饲料，例如，可以将蒸馏残液进行蒸发以去除其中的水，蒸发的方法可以为常规的方法。
其中，为了回收蒸馏残液的热能，优选情况下，在将所述蒸馏残液用于制备酒糟蛋白饲料前，将所述蒸馏残液与所述第一乙醇水溶液进行热交换以加热第一乙醇水溶液。
需要说明的是，本发明所述的蒸馏残液是指蒸馏出乙醇后残留的液体，当本发明选择板式塔进行蒸馏时，所述的蒸馏残液可以为板式塔的塔釜液。当将所述蒸馏残液加热后返回板式塔底部进行闪蒸时，所述蒸馏残液还含有闪蒸后剩余的液体。
根据本发明的一种优选实施方式，本发明提供如图1所示的工艺流程，具体如下：
将乙醇发酵醪液在热交换器中加热至60-70℃，从F1型浮阀塔的进料口进料，F1型浮阀塔中，理论塔板数为22-25，塔顶压力为0.03-0.04MPa，温度为55-65℃，塔底压力为0.045-0.055MPa，温度为75-85℃，塔顶蒸馏出的气体即为第一气相产物。将蒸馏残液加热至85-95℃后返回板式塔底部进行闪蒸。
将上述第一气相产物在热交换器中冷却，热交换器中第一气相产物出口处的温度为55-60℃，收集热交换器中第一气相产物出口处的液态物质，即得到第一乙醇水溶液，热交换器中第一气相产物出口处排出的气体即为第二气相产物。
将上述得到第一乙醇水溶液加热气化，得到的气体即为第三气相产物，将第三气相产物通过进一步加热升温升压至满足气体膜分离条件的要求，即第三气相产物的温度为90-125℃，压力为0.1-0.5MPa，然后将第三气相产物通入第一气体渗透膜组件中，与第一气体渗透膜组件的截留侧接触，进行第一气体膜分离阶段。第一气体渗透膜组件的截留侧的压力为0.1-0.46MPa；第一气体渗透膜组件的渗透侧的压力为0.03-0.05MPa。将第一气体渗透膜组件的截留侧的气体通入第二气体渗透膜组件中，与第二气体渗透膜组件的截留侧接触，进行第二气体膜分离阶段。第二气体渗透膜组件的截留侧的压力为0.1-0.452MPa；第二气体渗透膜组件的渗透侧的压力为0.002-0.05MPa，且第一气体膜分离阶段的压差低于第二气体膜分离阶段的压差。第二气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体即为无水乙醇气体，第一气体渗透膜组件和第二气体渗透膜组件的渗透侧渗透得到气体即为残留气体。
上述步骤以连续的过程进行，该过程中包含如下的热交换方式：将出塔的第一气相产物与发酵醪液进行热交换以加热发酵醪液并冷却第一气相产物；将与出塔的第一气相产物热交换后的发酵醪液与无水乙醇气体继续进行热交换以冷却无水乙醇气体并加热与出塔的第一气相产物热交换后的发酵醪液；将残留气体压缩至温度为110-120℃后与蒸馏残液进行热交换以加热蒸馏残液并冷却残留气体。
将塔底部的蒸馏残液取出(进料量的70-90体积％)并与第一乙醇水溶液进行热交换，以加热第一乙醇水溶液并冷却蒸馏残液，将冷却的蒸馏残液经板框压滤，得到滤出固体和滤液，将滤液中的水蒸干后得到残留固体，将滤出固体和残留固体合并后即得到酒糟蛋白饲料。
需要说明的是，本发明中所述的热交换中，热交换的程度没有特别的要求，例如可以为使参与交换的物料间达到热平衡状态即可。
需要说明的是，本发明中所述的热交换中，可以用一次蒸汽来加热被加热的物料；所述一次蒸汽为供热用的锅炉产生的用于加热的水蒸汽，一般的，一次蒸汽的压力可以为0.5-0.7MPa。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下通过实施例进一步详细说明本发明，但是本发明的范围不限于以下实施例中。
需要说明的是，以下实施例中，所用到的气体渗透膜组件为购自柏美亚公司的Prism气体渗透膜组件，气体渗透膜组件的规格为：在温度115℃，压差(截留侧高于渗透侧的压力)0.1MPa的条件下，每小时最多能够将18.2kg的乙醇水溶液(乙醇浓度为55体积％)的蒸气处理为无水乙醇蒸气。
制备例
本制备例用于制备乙醇发酵醪液。
将100重量份玉米进行粉碎，得到平均粒子直径为1500微米的粉碎产物，将粉碎后的产物与220重量份水混合得到淀粉浆液。在50℃下，将得到的淀粉浆液与α-淀粉酶(诺维信公司购得)混合得到混合物，调节混合物的pH值至5，并保持50分钟，得到酶解产物。其中，按照以每克粉碎产物的干重计，加入20酶活力单位的α-淀粉酶。使酶解产物的温度降至33℃，以每克酶解产物的重量计，接种105菌落形成单位的酒精酵母(安琪超级酿酒高活性干酵母，湖北安琪酵母股份公司)，所得混合物在33℃下于发酵罐中搅拌培养65小时，得到乙醇发酵醪液，采用酒度计测得发酵醪液的乙醇含量为12.5体积％。
实施例1
采用图1所示的工艺流程，将制备例得到的乙醇发酵醪液在热交换器中加热至67℃，从F1型浮阀塔的进料口进料，F1型浮阀塔中，理论塔板数为24，塔顶压力为0.035MPa，温度为60℃，塔底压力为0.05MPa，温度为80℃，进料口到塔底之间的理论塔板数占该F1型浮阀塔中总理论塔板数的90％。塔顶蒸馏出的气体即为第一气相产物。将蒸馏残液抽出并加热至90℃后返回F1型浮阀塔底部进行闪蒸汽化。
将上述第一气相产物在热交换器中冷凝，热交换器中第一气相产物出口处的温度为60℃，收集热交换器中第一气相产物出口处的液态物质，即得到第一乙醇水溶液，热交换器中第一气相产物出口处排出的气体即为第二气相产物。用酒度计测得第一乙醇水溶液中乙醇的含量为55体积％。
将上述得到第一乙醇水溶液加热气化，得到的气体即为第三气相产物，将第三气相产物通过进一步加热升温升压至满足气体膜分离条件的要求，即第三气相产物的温度为115℃，压力为0.16MPa，然后将第三气相产物通入第一气体渗透膜组件中，与第一气体渗透膜的截留侧接触，进行第一气体膜分离阶段。第一气体渗透膜组件的截留侧的压力为0.155MPa(入口0.16MPa，出口0.15MPa，平均0.155MPa)；第一气体渗透膜组件的渗透侧的压力为0.035MPa。将第一气体渗透膜组件的截留侧的气体通入第二气体渗透膜组件中，与第二气体渗透膜组件的截留侧接触，进行第二气体膜分离阶段。第二气体渗透膜组件的截留侧的压力为0.145MPa(入口0.15MPa，出口0.14MPa，平均0.145MPa)；第二气体渗透膜组件的渗透侧的压力为0.0025MPa，即第一气体膜分离阶段的压差为0.12MPa，第二气体膜分离阶段的压差为0.1425MPa。调节第三气相产物通入的速度，使得第二气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求，第一气体渗透膜组件和第二气体渗透膜组件的渗透侧渗透得到气体即为残留气体。将无水乙醇气体冷却后得到液体无水乙醇，按GB/T 9722的方法测得液体无水乙醇中乙醇的含量为99.5体积％。
本实施例的上述步骤以连续的过程进行，该过程中包含如下的热交换方式：将出塔的第一气相产物与发酵醪液进行热交换以加热发酵醪液并冷凝第一气相产物；将与出塔的第一气相产物热交换后的发酵醪液与无水乙醇气体继续进行热交换以冷凝无水乙醇气体并加热与出塔的第一气相产物热交换后的发酵醪液；将残留气体压缩至温度为112℃后与蒸馏残液进行热交换以加热蒸馏残液并冷却残留气体。
将塔底部的蒸馏残液取出(取出的量为加入的发酵液的量的80体积％)并与第一乙醇水溶液进行热交换，以加热第一乙醇水溶液并冷却蒸馏残液，将冷却的蒸馏残液经板框压滤，得到滤出固体和滤液，将滤液中的水蒸干后得到残留固体，将滤出固体和残留固体合并后即得到酒糟蛋白饲料。
本实施例举例说明的方法中，以渗透分离为限速步骤时，在第二气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求的条件下，完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间为2.5小时；所消耗的一次蒸汽(0.6MPa，159℃)为1.5吨。
实施例2
按实施例1相同的过程进行，所不同的是，本实施例中加热为净输入式加热，即加热的热源全部使用一次蒸汽，所述冷却为净输出式冷却，即冷却释放的热量不再利用。
本实施例举例说明的方法中，以渗透分离为限速步骤时，在第二气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求的条件下，完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间为2.5小时；所消耗的一次蒸汽(0.6MPa，159℃)为2.5吨。
由实施例2和实施例1的比较可见，通过实施例1所述的热交换方式，节约了40％的能耗。
实施例3
按实施例2相同的过程进行，所不同的是，本实施例中仅使用第一气体渗透膜组件进行渗透分离，不使用第二气体渗透膜组件，调节第三气相产物通入的速度，使得第一气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求。
本实施例举例说明的方法中，以渗透分离为限速步骤时，在第一气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求的条件下，完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间为7小时；所消耗的一次蒸汽(0.6MPa，159℃)为2.6吨。
由实施例3和实施例2的比较可见，通过实施例2所述的气体膜分离方式，使得单个气体膜组件的处理能力增加了40％。
对比例1
按照与实施例3相同的方法制备无水乙醇，不同的是得到第一气相产物后不经过冷凝，直接将第一气相产物通过进一步加热升温升压至温度为115℃，压力为0.16MPa后按照与实施例3相同的后续步骤完成制备。
本对比例举例说明的方法中，以渗透分离为限速步骤时，在第一气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求的条件下，完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间为9小时；所消耗的一次蒸汽(0.6MPa，159℃)为2.1吨。
由实施例3和对比例1的比较可见，实施例3中由于去除了蒸馏获得的气相产物中的废气，使得完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间缩短了约22％。
实施例4
按照与实施例1相同的方法制备无水乙醇，所不同的是F1型浮阀塔中，理论塔板数为35，塔顶压力为0.055MPa，温度为67℃，塔底压力为0.07MPa，温度为90℃，进料口到塔底之间的理论塔板数占该F1型浮阀塔中总理论塔板数的60％；第一乙醇水溶液中乙醇的含量为80体积％。
本实施例举例说明的方法中，以渗透分离为限速步骤时，在第二气体渗透膜组件的截留侧截留得到的气体满足无水乙醇气体的要求的条件下，完成每吨制备例得到的乙醇发酵醪液(乙醇含量为12.5体积％)中无水乙醇的提取所消耗的最短时间为2小时；所消耗的一次蒸汽(0.6MPa，159℃)为3.5吨。
由实施例4和实施例1的比较可见，实施例4的方案耗时较少，但能耗较高。实施例1兼顾了耗时和能耗，因此，在膜组件使用量相同时，以实施例1的方案为最佳。
Claims (9)
1.一种制备无水乙醇的方法，该方法包括如下步骤：
（1）在减压蒸馏的条件下，将乙醇发酵醪液蒸馏，得到第一气相产物和蒸馏残液；
（2）将第一气相产物冷却，进行气液分离，得到第一乙醇水溶液和第二气相产物；
（3）将第一乙醇水溶液加热气化，得到第三气相产物；
（4）在气体膜分离条件下，用气体渗透膜对第三气相产物进行渗透分离，回收得到无水乙醇气体和残留气体；
其中，所述无水乙醇的乙醇含量大于99.5体积%；
其中，步骤（2）中的冷却使得第一气相产物中各种物料的温度降为55-65℃；
其中，所述气体膜分离条件包括：压差为0.05-0.45MPa；渗透分离的温度为90-125℃；所述气体膜分离包括第一气体膜分离阶段和第二气体膜分离阶段，且第一气体膜分离阶段的压差小于第二气体膜分离阶段的压差；
其中，所述减压蒸馏在板式塔中进行，所述减压蒸馏的条件包括：所述板式塔的理论塔板数为22-25，所述板式塔中塔顶压力为0.03-0.04MPa，塔顶温度为55-65℃；塔底压力为0.045-0.055MPa，塔底温度为75-85℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发酵醪液的进料口到塔底之间的理论塔板数占所述板式塔中总理论塔板数的85%以上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述蒸馏残液加热后返回板式塔底部进行闪蒸。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述板式塔为F1型浮阀塔，所述气体渗透膜形成中空纤维式气体渗透膜组件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述第一气相产物、所述无水乙醇气体和所述残留气体中的一种或多种独立地压缩后或直接与冷却介质进行热交换以加热冷却介质。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述冷却介质包括所述乙醇发酵醪液、所述蒸馏残液和所述第一乙醇水溶液中的一种或多种。
7.根据权利要求1、5或6所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述残留气体冷凝，并且将冷凝后得到的液体产物用于配制乙醇发酵液。
8.根据权利要求1-3、5和6中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括：将所述蒸馏残液用于制备酒糟蛋白饲料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法还包括：在将所述蒸馏残液用于制备酒糟蛋白饲料前，将所述蒸馏残液与所述第一乙醇水溶液进行热交换以加热第一乙醇水溶液。
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Citations (3)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN101648847A (zh) * | 2009-09-09 | 2010-02-17 | 天津大学 | 燃料乙醇与食用酒精复合工艺 |
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