CN111035949B - 一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于生物能源技术工艺设备领域的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，蒸汽室设置于塔体的底部，蒸汽室与塔体间采用蒸汽分布器隔离，螺旋滑道固定安装于塔体的内部上且位于蒸汽室的上方，塔体内的中心位置设有中心导管，中心导管直插塔底并与蒸汽室隔离；中心导管的出气口与真空抽气装置相连，中心导管的上部开有出气孔，汽提后的蒸汽从出气孔进入中心导管并排出塔外；塔体的内壁上安装有螺旋滑道。本发明使用的螺旋滑道结构设计能够实现固态颗粒状物料连续流动并与蒸汽充分接触，使固态蒸馏工艺实现连续化生产，提高了生产效率；且使得物料在塔内的停留时间可控，既兼顾了间歇蒸馏操作简单的优点，又保证了连续生产的需要。

Description

一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔

技术领域

本发明属于生物能源技术工艺设备技术领域，具体为一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔。

背景技术

固态蒸馏是利用蒸汽对液-固体系进行加热，各组分因挥发性的差异而分离，通过蒸汽流动将易溶于蒸汽的组分提取出来的一种传质单元操作。一般用于从固态发酵后的原料中提取发酵物中的有效成分乙醇。最常应用的场合为我国传统白酒的甑桶蒸馏和固态发酵法制燃料乙醇的后续工艺，也可用于食品加工、生物制药等行业。

中国是世界上最早的酿酒国家之一，甑桶蒸馏和传统的固态发酵法相结合是我国独特的酿酒方法，是古代劳动人民智慧的结晶，与液态蒸馏相比，甑桶蒸馏得到的酒香物质多，口味优越。甑桶可看做一个特殊的填料塔，酒醅既是载有乙醇等成分的物料，又是多孔和具有巨大比表面积的填料。传统甑桶蒸馏多为间歇固态蒸馏，工艺自动化程度低，操作过程主要依靠经验，且能量损耗大，无法大规模连续生产。

固态蒸馏也是固态发酵生产燃料乙醇技术的后续工艺，发明专利CN103509712A和发明专利CN102071222A等基本实现了生物质内糖分经固态发酵转化为乙醇过程的大规模自动化连续生产，但固态蒸馏连续化操作目前尚存在问题。

发明专利CN101721831A采用搅拌桨叶式塔盘结构，实现了连续蒸馏操作，蒸汽从塔顶加入，从中间导出，蒸汽与发酵料顺流接触，蒸汽冷却过程不仅降低了物料内的乙醇浓度，未冷凝蒸汽还稀释了气相中的乙醇。

发明专利CN102094045A利用旋转格栅实现物料在塔内的流动，同时蒸汽从底部通入保证了逆流接触，但由于设置了转动轴和传动装置，需要利用电机带动圆盘转动，涉及轴封处密封问题，同时，存在格栅内空间有限，物料颗粒差异较大等原因，内部易堵塞造成停工的问题。

发明专利CN108371826A提出过一种带滑梯结构的蒸馏塔用于气液分离操作，滑梯结构用于减少蒸发液膜的厚度，但由于液体本身流动性好，液体在滑梯上停留时间短且难以控制，相对于普通板式塔传热传质效果提升不明显。

固态蒸馏为气、液、固三相中的传质过程，汽提过程类似脱附，固态介质本身为高性能填料床层，有利于产物增浓提纯。实现连续操作的关键在于解决固体流动性问题，因此在固态蒸馏塔结构设计上一方面需考虑物料在塔板上顺利流动，控制物料停留时间，同时，在塔板上开设微孔保证蒸汽与物料连续接触，并设计合理的蒸汽流道，防止返汽、床层沸腾等现象的发生。

为解决以上问题，本发明设计了螺旋滑道结构辅助固态颗粒状物料在塔内实现类似流体的运动状态，并使用丝网烧结过滤板保证蒸汽与固态颗粒状物料逆流接触，提出了一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，料仓落料机、入料传送机构、塔体、蒸汽室、螺旋滑道、中心导管、出料控制阀和卸料装置，其中塔体竖直设置于塔底板上，塔体的上端安装有蒸馏塔顶板，蒸汽室设置于塔体的底部，蒸汽室与塔体间采用蒸汽分布器隔离，螺旋滑道固定安装于塔体的内部上且位于蒸汽室的上方，塔体内的中心位置设有中心导管，中心导管直插塔底并与蒸汽室隔离；中心导管的出气口与真空抽气装置相连，中心导管的上部开有出气孔，汽提后的蒸汽从出气孔进入中心导管并排出塔外，进入后续工段进一步分离提纯；

塔体的内壁上安装有螺旋滑道，蒸馏塔顶板上开有进料口，进料口的位置正对螺旋滑道的顶部，进料口外依次设有入料传送机构和料仓落料机；塔体下部的侧壁上开有出料口，出料口正对螺旋滑道的底部，出料口外顺序设置有出料控制阀和卸料装置。

所述螺旋滑道由上至下分为预热段、蒸馏段和卸料段三段，预热段占整个螺旋线长度的20％，蒸馏段占70％，卸料段占10％；当物料落至螺旋滑道后，先经预热到出酒温度，再经蒸馏汽提至残酒度小于1％后进入卸料段。

所述螺旋滑道的材料为不锈钢丝网烧结过滤板，开孔率20％～40％，孔径10～100微米。

所述螺旋滑道与固态颗粒状物料之间的滑动摩擦系数为0.2～0.4。

所述螺旋滑道中螺旋线的升角大于固态颗粒状物料在螺旋滑道上的静态休止角5～10°。

所述蒸汽室区域内的塔体上设有蒸汽进口；塔体底部的蒸汽室内通过蒸汽进口通入0.1～0.3MPa饱和水蒸汽。

所述中心导管的出气口高于蒸馏塔顶板。

所述中心导管与所述塔体内的压力差为0.05～0.1MPa。

出料控制阀、料仓落料机与卸料装置连锁。

所述蒸汽分布器为丝网烧结板。

本发明的有益效果在于：

1.丝网烧结板式螺旋滑道的独特结构设计能够实现固态颗粒状物料连续流动并与蒸汽充分接触，使固态蒸馏工艺实现连续化生产，提高了生产效率，降低了劳动强度，节约能耗并降低生产成本。

2.通过设计合适的螺旋线升角，保证物料在塔内顺畅流动，解决了因固态颗粒状物料颗粒尺寸不均匀可能造成的堵塞或塔内短路等问题。

3.物料在塔内的停留时间可控，既兼顾了间歇蒸馏操作简单的优点，又保证了连续生产的需要。

4.操作弹性大，通过优化计算可以确定物料在塔内的最佳停留时间，在最小蒸汽用量下，使出口蒸汽的浓度和出料的回收率达标，达到节能效果。

5.适用性强，根据不同物料的特性，通过调整螺旋塔板升角，达到介质连续流动的目的。

6.塔内无转动设备，充分利用重力势能无需外加传动，密封点少。既避免物料及塔板整体转动的造成的能量消耗，达到节能的目的，又解决了密封点漏气的问题。

附图说明

图1为本发明一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔实施例的结构示意图。

其中：

1-料仓落料机；2-入料传送机构；3-塔体；4-蒸汽分布器；5-蒸汽室；6-真空抽气装置；7-蒸馏塔顶板；8-螺旋滑道；9-中心导管；10-出料控制阀；11-卸料装置；301-进料口；302-出料口；501-蒸汽进口；901-出气孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示的本发明实施例，包括：料仓落料机1、入料传送机构2、塔体3、蒸汽室5、螺旋滑道8、中心导管9、出料控制阀10和卸料装置11，其中塔体3竖直设置于塔底板上，塔体3的上端安装有蒸馏塔顶板7，蒸汽室5设置于塔体3的底部，螺旋滑道8固定安装于塔体3的内部上且位于蒸汽室5的上方，塔体3内的中心位置设有中心导管9，中心导管9直插塔底，与塔底板焊接固定，并与蒸汽室5隔离；中心导管9上端的出气口与真空抽气装置6相连；中心导管9的出气口高于蒸馏塔顶板7，真空抽气装置6抽气使得在中心导管9内形成低压环境，中心导管9的上部开有出气孔901，汽提后的蒸汽从出气孔901进入中心导管9并排出塔外，进入后续工段进一步分离提纯。

塔体3的内壁上安装有螺旋滑道8，螺旋滑道8中螺旋线的升角大于固态颗粒状物料(物料)在不锈钢上的静态休止角5～10°，螺旋滑道8按作用由上至下可分为预热段、蒸馏段和卸料段三段，当物料落至螺旋滑道8后，先经预热到出酒温度，再经蒸馏汽提至残酒度小于1％后进入卸料段，三段塔板结构相同，每段环绕的具体角度根据物料初始含酒量通过优化计算获得，其中预热段约占整个螺旋线长度的20％，蒸馏段约占70％，卸料段约占10％。

蒸馏塔顶板7上开有进料口301，进料口301的位置正对螺旋滑道8的顶部，进料口301外依次设有入料传送机构2和料仓落料机1。

塔体3下部的侧壁上开有出料口302，出料口302正对螺旋滑道8的底部，出料口302外顺序设置有出料控制阀10和卸料装置11，出料控制阀10为星型卸料阀，用于将塔内物料排送至卸料装置11，星型卸料阀的开启装置与入料传送机构1的绞龙电机及卸料装置11的传送带电机连锁。

塔体3底部的蒸汽室5内通入0.1～0.3MPa饱和水蒸汽，蒸汽室5与塔体3采用蒸汽分布器4隔离，蒸汽室5区域内的塔体3上设有用于通入新鲜蒸汽的蒸汽进口501；蒸汽室5与中心导管9间密封良好，蒸汽室5内的蒸汽不进入中间中心导管；蒸汽室5中的蒸汽通过螺旋滑道8上的孔隙与固态颗粒状物料接触，物料中的溶于水的有效成分经蒸汽汽提并在填料床层中不断向上富集。

蒸馏开始前，入料传送机构2开始工作，固态颗粒状物料(物料)经料仓落料机1的控制阀和下方的入料传送机构2进入固态蒸馏塔顶部的进料口301并自由下落至螺旋滑道8起始段，物料在重力作用下随滑道自由下落，直至均匀分布于螺旋滑道8的内部；物料下落至出料口302后经出料控制阀10排送至卸料装置11上。当需要物料在塔内停留时，同时关闭入料传送机构2、出料控制阀10和卸料装置11，以确保由入料传送机构2进入与螺旋滑道8上物料的量与卸料装置11输送出塔的物料量相等，停留结束后再同步开启。

在本实施例中，螺旋滑道8的材料采用不锈钢丝网烧结板，螺旋滑道8上微孔孔径小于物料最小颗粒尺寸，保证蒸馏时，蒸汽在上升不受影响的同时又与固态颗粒状物料充分接触。

在本实施例中，螺旋滑道8所采用的不锈钢丝网烧结过滤板，开孔率20％～40％，孔径10～100微米，且不锈钢丝网烧结过滤板经过抛光打磨以减小物料在塔板上的摩擦力，不锈钢丝网烧结过滤板与固态颗粒状物料之间的滑动摩擦系数为0.2～0.4。

在本实施例中，螺旋滑道8的内侧设有侧板。

在本实施例中，入料传送机构2为绞龙。

在本实施例中，蒸汽分布器4为丝网烧结板。

在本实施例中，真空抽气装置6为真空泵，与真空抽气装置6相连的出气口用于维持中心导管9与塔体3内压力差，压力差为0.05～0.1MPa,保证高有效组分浓度蒸汽顺利由出气孔901进入中心导管9并导出。

在本实施例中，塔体3内部的温度保持在90℃及以上，饱和水蒸汽压力为0.1～0.7MPa，饱和水蒸汽可以为水蒸汽或其他可以提取固态颗粒状物料中有效成分的载热气体。

在本实施例中，蒸馏塔顶板7与蒸馏塔3塔体间为平盖式角钢法兰连接，便于拆卸检修。

在本实施例中，出料控制阀10为星型卸料阀，防止蒸汽泄漏。

本实施例生产包括以下步骤：

1、放置于料仓落料机1内的固态颗粒状物料经入料传送机构2送入固态蒸馏塔顶部的进料口301，经塔内螺旋滑道8自由下落，直至均匀分布于滑道内部。

2、底部饱和水蒸汽从蒸汽进口501进入蒸汽室5内并从蒸汽分布器4进入塔内,蒸汽上升通过螺旋滑道8上的微孔与固态颗粒状物料接触，多层螺旋滑道8上固态颗粒状物料中溶于水的有效成分经汽提作用逐层增浓后，随蒸汽从中心导管9上的出气孔901排出，经冷凝后可进一步分离提纯。

3、固态颗粒状物料由进料口301沿螺旋滑道8向下运动至下方的出料口302，当物料需要在塔内停留时，出料控制阀10落下，保证蒸汽和固态颗粒状物料充分接触，当需要连续生产时，出料控制阀10保持抬起，保证出料顺畅。

本实施例的生产方式为逆流操作，物料中有效组分与蒸汽的传热传质过程在固态物料表面进行，组分含量从上至下逐渐降低，蒸汽中有效组分的含量随蒸汽上升逐渐升高，中间中心导管排气孔在顶部高浓度处设置。

Claims (6)

1.一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，料仓落料机（1）、入料传送机构（2）、塔体（3）、蒸汽室（5）、螺旋滑道（8）、中心导管（9）、出料控制阀（10）和卸料装置（11），其中塔体（3）竖直设置于塔底板上，塔体（3）的上端安装有蒸馏塔顶板（7），蒸汽室（5）设置于塔体（3）的底部，蒸汽室（5）与塔体（3）间采用蒸汽分布器（4）隔离，螺旋滑道（8）固定安装于塔体（3）的内部上且位于蒸汽室（5）的上方，塔体（3）内的中心位置设有中心导管（9），中心导管（9）直插塔底并与蒸汽室（5）隔离；中心导管（9）的出气口与真空抽气装置（6）相连，中心导管（9）的上部开有出气孔（901），汽提后的蒸汽从出气孔（901）进入中心导管（9）并排出塔外，进入后续工段进一步分离提纯；

塔体（3）的内壁上安装有螺旋滑道（8），蒸馏塔顶板（7）上开有进料口（301），进料口（301）的位置正对螺旋滑道（8）的顶部，进料口（301）外依次设有入料传送机构（2）和料仓落料机（1）；塔体（3）下部的侧壁上开有出料口（302），出料口（302）正对螺旋滑道（8）的底部，出料口（302）外顺序设置有出料控制阀（10）和卸料装置（11）；

所述螺旋滑道（8）由上至下分为预热段、蒸馏段和卸料段三段，预热段占整个螺旋线长度的20%，蒸馏段占70%，卸料段占10%；当物料落至螺旋滑道（8）后，先经预热到出酒温度，再经蒸馏汽提至残酒度小于1%后进入卸料段；

物料中有效组分与蒸汽的传热传质过程在固态物料表面进行，组分含量从上至下逐渐降低，蒸汽中有效组分的含量随蒸汽上升逐渐升高，中间中心导管的出气孔在顶部高浓度处设置；所述物料为固态颗粒状物料；

所述螺旋滑道（8）的材料为不锈钢丝网烧结过滤板，开孔率20%~40%，孔径10~100微米；

所述螺旋滑道（8）与固态颗粒状物料之间的滑动摩擦系数为0.2~0.4；

所述螺旋滑道（8）中螺旋线的升角大于固态颗粒状物料在螺旋滑道（8）上的静态休止角5~10°。

2.根据权利要求1所述的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，所述蒸汽室（5）区域内的塔体（3）上设有蒸汽进口（501）；塔体（3）底部的蒸汽室（5）内通过蒸汽进口（501）通入0.1~0.3MPa饱和水蒸汽。

3.根据权利要求1所述的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，所述中心导管（9）的出气口高于蒸馏塔顶板（7）。

4.根据权利要求1所述的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，所述中心导管（9）与所述塔体（3）内的压力差为0.05~0.1MPa。

5.根据权利要求1所述的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，出料控制阀（10）、料仓落料机（1）与卸料装置（11）连锁。

6.根据权利要求1所述的一种带螺旋滑道的逆流式固态蒸馏塔，其特征在于，所述蒸汽分布器（4）为丝网烧结板。

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