CN102464571B

CN102464571B - 一种超声雾化浓缩乙醇的装置及浓缩乙醇的方法

Info

Publication number: CN102464571B
Application number: CN201010536279.7A
Authority: CN
Inventors: 张宝国; 范丹丹; 黎元生; 乔凯; 陈明; 翟庆铜; 苏杰; 张淑梅
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: CN102464571A

Abstract

本发明涉及一种超声雾化浓缩乙醇的装置及浓缩乙醇的方法。本发明装置包括设有超声雾化器的超声雾化罐、雾状物捕集器和收集器，雾状物捕集器由筒体和在筒体内旋转运动的螺旋扇叶构成，螺旋扇叶为多孔片状结构，雾状物捕集器的入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，雾状物捕集器的出口与收集器入口相通。雾状物捕集器兼具引导和捕集雾状物两个功能。本发明乙醇浓缩方法采用上述装置。与现有技术相比，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高、能耗低的优点。

Description

一种超声雾化浓缩乙醇的装置及浓缩乙醇的方法

技术领域

本发明涉及一种超声雾化浓缩乙醇的装置和方法，特别涉及一种回收超声雾化产生的雾状物的方法。

背景技术

生物质具有可再生、产量大、可储存、碳循环等优势。开发生物质能源是解决化石能源危机的一种有效途径。生物乙醇是受到较多关注的一种生物质能源。利用农、林业的纤维素废料生产纤维乙醇，具有很好的研究前景。生物质经预处理等步骤转化为葡萄糖，再经微生物发酵获得乙醇。生物质可大体分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素原料。糖质原料、淀粉质原料制取燃料酒精的技术已很成熟。巴西主要用甘蔗直接生产燃料酒精，美国每年用玉米生产燃料酒精的产量也很大。但从总体看，依靠糖蜜、粮食淀粉原料解决用量很大的燃料问题显然是不现实的，特别是对于人口压力较大的国家和地区更是如此。美国《工业酶学》认为：“如果乙醇工业要生存，就必须利用木质纤维素生产”。利用葡萄糖直接发酵制备乙醇是粮食发酵工业一个比较成熟的工艺，而在纤维素发酵制备乙醇过程中，套用该工艺使纤维素发酵乙醇至今未能走出技术经济关。纤维素发酵制备乙醇的主要过程包括预处理、水解、发酵、提浓等步骤，具有生产流程长、能耗高、废水多等不足，影响工业应用的经济性。

微生物发酵直接得到的发酵液中的乙醇溶液普遍浓度较低，要想得到利用，就必须经过提浓。最简单、应用最广泛的浓缩方法是蒸馏，但在乙醇体积浓度低于15％时，采用蒸馏的方法能耗大，经济性差。此外，提浓的方法还有吸附浓缩、渗透浓缩等方法，这些方法都存在提浓效率低、经济性差等不足。

超声提浓是本领域出现的新颖的乙醇浓缩方法。乙醇具有表面浓度过高的物性，超声浓缩正是利用了乙醇的这一性质。超声提浓装置通常由超声波振荡器、鼓风机、冷凝回收装置几部分构成。由于输送给振荡器的能量比待浓缩乙醇溶液的潜热小得多，超声浓缩方法可比蒸馏浓缩方法节约更多的能量。超声雾化产生的雾滴十分微小，采用一般的冷凝方法或捕集法，很难有效地将雾状物凝结为正常状态的乙醇溶液。现有的国内外专利中提出了一些凝集雾状物的方法，其中包括：加大回收单元的体积、冷却凝集、回收单元密闭、喷淋吸收、向雾状物强制吹风搅拌、设置挡板、设置雾状物振动器等等，这些捕集雾状物的方法有一个共同特点是，都配备了独立的动力输送装置，例如JP2005066526、JP2005066553、JP2005066554、CN200810011464.7中都有带鼓风设备的超声工艺的实例。此外，这些方法在实现雾状物与捕集器构件的充分接触上效果仍然不是十分理想。如果能够将动力输送与雾状物捕集单元结合为一体，并实现雾状物与捕集器构件的更充分接触，必然能更高效地回收雾状物，大大提高超声雾化浓缩乙醇这种方法的经济性。

发明内容

本发明提供了一种超声雾化浓缩乙醇的装置及使用该装置浓缩乙醇的方法，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，低能耗等优点。

本发明超声雾化浓缩乙醇的装置包括设有超声雾化器的超声雾化罐、雾状物捕集器和收集器，其中雾状物捕集器由筒体和在筒体内旋转运动的螺旋扇叶构成，螺旋扇叶为多孔片状结构，雾状物捕集器的入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，雾状物捕集器的出口与收集器入口相通。

本发明装置中，螺旋扇叶的开孔直径为0.2～2mm，开孔率为60％～90％，雾状物捕集器筒体的长度不小于500mm，一般为500～5000mm，螺旋扇叶的转速一般为100～1000转/分钟。螺旋扇叶贯穿整个筒体。雾状物捕集器设置一个，或者并列设置几个。

本发明装置中，超声雾化器及超声雾化罐可采用本领域常规的装置。超声雾化器中设有振荡器，用于使待浓缩的乙醇溶液超声雾化。超声雾化罐设有待浓缩的乙醇溶液的入口，还设有稀乙醇溶液的排放口，以及雾状物导出口。

本发明装置中，雾状物捕集器的筒体为圆柱形，螺旋扇叶可以为一片或几片，可以是贯穿筒身的整体也可以分为几段。

本发明装置中，收集器为常规结构的容器，收集器最好上部装有填料，进一步捕集回收雾状物。填料可以采用本领域常规的填料，填料的高度一般情况下不应少于300mm。收集器内也可以设置喷淋装置，以增加雾状物的回收效果。

本发明浓缩乙醇的方法，采用单级浓缩或多级浓缩，其中至少一级浓缩采用本发明上述超声雾化浓缩装置。乙醇溶液的原料为任意发酵过程得到的含乙醇溶液，或其它工业方法得到的含乙醇溶液。超声波振荡器的频率为1～10MHz。

本发明装置中，雾状物捕集器结构能够提供用来引导雾状物的传输动力以及激烈搅动雾状物的动力，这两部分动力的大小取决于螺旋扇叶的转速以及扇叶片上孔的分布情况。叶片上密布的小孔使得扇叶旋转时通过圆筒的雾状物与扇叶及筒壁产生激烈的、充分的碰撞，进而聚集凝结成液滴在离心力作用下聚集在筒壁上，在重力的作用下沿筒壁流下并进入收集器。以固定大小的孔而言，单位面积叶片上的孔越多，则其所提供的传输动力所占比例越小，雾状物与扇叶的接触越充分。可以根据需要进行优化设计。

与现有技术相比，本发明将通常乙醇超声提浓工艺中作为转移雾状物动力来源的动力输送设备与雾状物捕集设备结合为一体，利用雾状物捕集器圆筒内的螺旋扇叶的旋转产生负压，将超声雾化罐内的雾状物吸入，并向雾状物捕集器的另一端传送，同时，旋转的多孔片状扇叶对雾状物进行激烈的搅拌并与其充分反复接触，将雾化物捕集到扇叶及筒壁上，凝集成乙醇溶液，在离心力及重力的作用下，排入收集罐。收集罐上部连有填料塔，填料塔可将未凝结的少量雾状物吸收，吸收液再经塔壁流下，回滴到收集罐中。

本发明装置和方法具有超声雾化后的雾状物回收效率高，经济性好等优点。在本发明中，螺旋扇叶的旋转运动不仅提供了雾化物传送动力，同时起到了凝集处理雾状物的作用，扇叶为多孔片状结构使得雾状物在通过捕集器时能够非常充分地与扇叶及筒壁接触，从而达到非常好的雾状物捕集效果。而其他装置，处理动力往往和传送动力分立，仍以鼓风冷凝超声提浓装置为例，其传送动力由鼓风设备提供，其处理动力却是冷却介质提供给雾状物的温差，这就引入了冷却介质的花费以及为冷却介质降温的冷却设备成本和冷却操作成本。因此，本发明装置雾状物凝集效果好，回收效率高，结构简单，经济性更好。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

1、待浓缩乙醇溶液的进口；2、超声雾化罐；3、振荡器；4、稀乙醇溶液的排放口；5、进气口；6、雾状物导入口；7、雾状物捕集器；8、马达；9、螺旋扇叶；10、轴承；11、捕集器筒壁；12、浓缩乙醇溶液导入口；13、填料塔；14、收集罐；15、压力表；16、产品排放口。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明一种本发明装置的详细构成和操作方法。

如图1所示，本发明装置的雾状物捕集器7包括：雾状物导入口6，马达8，螺旋扇叶9，轴承10，捕集器筒壁11。稳定工作状态下，螺旋扇叶9在马达8的带动下高速旋转，产生的负压使得超声雾化罐2内的雾状物通过雾状物导入口6进入雾状物捕集器7。雾状物进入捕集器7后继续向下运动，同时，在扇叶的激烈搅动下，雾状物不断地与扇叶及筒壁反复充分接触，聚集凝结成浓缩的乙醇溶液，在扇叶的离心力作用下，绝大部分凝集液附着在筒壁上并在重力的作用下沿筒壁流下。凝集的乙醇溶液和通过捕集器的气体向后排入收集罐。

本发明的浓缩乙醇的方法，采用上述的超声雾化浓缩乙醇的装置。首先可以利用泵将待浓缩的乙醇溶液通过进口1打入超声雾化罐2中，到达一定液位(振荡器必须浸没在溶液中)，启动振荡器3，开始超声雾化。紧接着启动马达8，超声雾化罐2中产生的雾状物开始不断地通过雾状物导入口6进入雾状物捕集器7，绝大部分雾状物在捕集器中凝结为乙醇溶液，并与少量通过捕集器的雾状物一起排入收集罐14。在重力的作用下，浓缩乙醇溶液经导入口12进入收集罐14中，并在收集罐底部聚集。收集罐上部存有少量未凝集的雾状物，进入填料塔13中，吸附在填料上，到达一定量后从填料塔的内壁或填料上滑下，重新回到收集罐中，并滴落到收集罐的底部。囤积在收集罐中的乙醇到达一定液位后，经收集罐底部的产品排放口16排出。

Claims

1.一种超声雾化浓缩乙醇的装置，包括设有超声雾化器的超声雾化罐、雾状物捕集器和收集器，其特征在于：雾状物捕集器由筒体和在筒体内旋转运动的螺旋扇叶构成，螺旋扇叶为多孔片状结构，雾状物捕集器的入口与超声雾化罐的雾状物导出口相通，雾状物捕集器的出口与收集器入口相通；螺旋扇叶的开孔直径为0.2～2mm，开孔率为60％～90％。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：雾状物捕集器筒体的长度不小于500mm。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：雾状物捕集器筒体的长度为500～5000mm。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：螺旋扇叶的转速为100～1000转／分钟。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：螺旋扇叶贯穿整个筒体。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：雾状物捕集器设置一个。

7.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：雾状物捕集器的筒体为圆柱形，螺旋扇叶为一片。

8.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：超声雾化器中设有振荡器，超声波振荡器的频率为1～10MHz，用于使待浓缩的乙醇溶液超声雾化。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：收集器上部装有填料，进一步捕集回收雾状物。

10.一种浓缩乙醇的方法，采用单级浓缩或多级浓缩，其特征在于：至少一级浓缩采用权利要求1至9之一所述的超声雾化浓缩乙醇装置。