低壓三效乙醇精餾回收工藝的研究

馬建智，李　璟，李　超

(廣東中科天元新能源科技有限公司，廣東　廣州　510640)

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低壓三效乙醇精餾回收工藝的研究

馬建智，李璟，李超

(廣東中科天元新能源科技有限公司，廣東廣州510640)

研究了低壓三效乙醇精餾回收裝置及工藝，并采用流程模擬軟件ASPEN Plus對工藝進行模擬優(yōu)化，結(jié)果顯示：相比傳統(tǒng)兩塔差壓精餾工藝，低壓三效精餾工藝蒸汽消耗降低了38.9%，對蒸汽品位的要求相當。相比普通三效精餾工藝，低壓三效精餾工藝蒸汽消耗降低了10.8%，對蒸汽品位的要求降低620 kPa，從而對設(shè)備的耐高溫耐腐蝕性能要求降低，減少了設(shè)備投資和維護費用。

乙醇回收；三效精餾；節(jié)能

隨著輕工、食品、制藥、化工等行業(yè)飛速發(fā)展，作為工業(yè)溶劑的乙醇消耗量不斷上升，對乙醇的需求快速增加[1-3]。傳統(tǒng)乙醇回收裝置大多采用間歇釜式、單塔連續(xù)精餾或兩塔雙效精餾[4]。間歇釜式蒸餾工藝簡單，但能耗較高，現(xiàn)已逐漸被連續(xù)蒸餾回收工藝所替代。單塔單效精餾工藝較間歇釜式蒸餾能耗要低，但產(chǎn)品質(zhì)量差。雙塔雙效精餾相比單效精餾能耗進一步降低，產(chǎn)品質(zhì)量稍高。單塔或雙塔工藝多用于中小裝置生產(chǎn)，對于大型乙醇回收生產(chǎn)裝置，采用雙效精餾仍然存在能量大的問題[5-6]。近幾年，有人開發(fā)了一種普通三效精餾回收乙醇工藝，該工藝在產(chǎn)品質(zhì)量與能耗上都有很大進步[7-9]。但普通三效精餾工藝對蒸汽品位要求高，高壓塔操作壓力大，降低了鍋爐蒸汽背壓發(fā)電量。同時，換熱器設(shè)備投資大，尤其是高壓塔進料板式預(yù)熱器，操作溫度達到170～180 ℃左右，需要采用耐高溫的密封墊片，更容易發(fā)生漏液現(xiàn)象，而且，乙醇原料中含有的氯化鈉等電解質(zhì)成分，在高溫下更容易對塔器和換熱設(shè)備產(chǎn)生，往往需要采用更加昂貴的材料。

本文在現(xiàn)有普通三效精餾乙醇回收工藝的基礎(chǔ)上，通過增加真空系統(tǒng)，優(yōu)化三效精餾工藝中各精餾塔的溫度和壓力，對工藝路線和能量集成進行更好的配置，開發(fā)了低壓三效乙醇精餾回收生產(chǎn)工藝。相比普通三效精餾工藝，低壓三效乙醇回收工藝能量消耗更低，操作壓力也大大降低，設(shè)備材質(zhì)要求也相應(yīng)降低，從而也減小了設(shè)備的固定投資。

1　低壓三效精餾回收乙醇工藝

低壓三效精餾乙醇回收工藝如圖1所示。

主要設(shè)備有低壓塔、中壓塔、高壓塔、再沸器、預(yù)熱器、冷凝器等。

圖1　低壓三效精餾乙醇回收工藝流程圖Fig.1　Process of ethanol recovery by low pressure and three-effect distillation technology

原料稀乙醇經(jīng)過低壓塔頂部酒汽預(yù)熱后，分成三股。第一股稀乙醇原料經(jīng)過低壓塔廢水預(yù)熱后進入低壓塔，低壓塔頂部酒汽冷凝后回流，從低壓塔頂部塔板上采出成品進入成品罐。第二股稀乙醇經(jīng)中壓塔成品預(yù)熱后進入中壓塔，中壓塔頂部酒汽供熱低壓塔后冷凝回流，從中壓塔頂部塔板上采出的成品，預(yù)熱進料稀乙醇后進入成品罐。通過控制中壓塔成品采出量，使中壓塔塔底液相乙醇含量為5%～30%(w/w)，中壓塔底部液相進入低壓塔下部塔板。第三股稀乙醇經(jīng)高壓塔廢水預(yù)熱后進入高壓塔，高壓塔頂部酒汽冷凝后回流，從高壓塔頂部塔板上采出的成品，預(yù)熱進料稀乙醇后進入成品罐。高壓塔的塔底廢水進入中壓塔塔釜。高壓塔采用蒸汽間接加熱。成品罐中的成品，經(jīng)冷卻水冷卻后送往成品罐區(qū)。

2　案例分析

2.1操作工況

與普通三效精餾工藝相比，低壓三效乙醇回收工藝增加了真空系統(tǒng)，粗餾塔在負壓下運行，這樣粗餾塔底部溫度可由108 ℃降為88 ℃，同樣也降低了中壓塔和高壓塔的操作壓力和操作溫度。同時中壓塔塔釜乙醇含量控制在5%～30%(w/w)，因為乙醇沸點低，在相同壓力下，含一定量乙醇的飽和溶液比水的沸點低，進一步的降低了中壓塔的底溫，從而也相應(yīng)的降低了高壓塔的操作壓力。低壓三效乙醇回收工藝的操作參數(shù)見表1。

表1　工藝運行參數(shù)Table 1　Operating parameters of process

由表1可看出，與普通三效精餾工藝相比，優(yōu)化后的低壓三效乙醇回收工藝操作壓力大大降低，極大的減少了中壓塔和高壓塔的設(shè)備投資，中壓塔和高壓塔的再沸器、預(yù)熱器和冷凝器的設(shè)備厚度也相應(yīng)降低，對密封墊片的要求也遠遠小于普通三效精餾工藝。

2.2能耗結(jié)果與分析

采用流程模擬軟件ASPEN Plus對兩塔雙效差壓工藝、普通三效回收工藝和低壓三效回收工藝分別進行模擬。對于乙醇-水體系，采用NRTL-RK模型計算汽液平衡，塔板效率設(shè)定為0.6，不計熱損失。原料溫度為30 ℃，原料質(zhì)量組成為乙醇42.5%，水57.5%，最終產(chǎn)品乙醇質(zhì)量分數(shù)≥90wt%，塔板單板壓降500 Pa，再沸器傳熱溫差≥7 ℃。利用軟件模型分析工具中的靈敏度分析、設(shè)計規(guī)定及優(yōu)化等功能，對各流程的進料分配比、能耗等進行優(yōu)化模擬。優(yōu)化模擬結(jié)果見表2。

表2　各流程模擬結(jié)果Table 2　Simulation results of each process

由表2可知，在相同的設(shè)計基礎(chǔ)和產(chǎn)品指標要求下，優(yōu)化后的低壓三效乙醇回收工藝，相比兩塔雙效差壓工藝，蒸汽消耗由0.54噸/噸成品下降為0.33噸/噸成品，下降達38.9%，能耗的大量降低也意味著再沸器和冷凝器面積大幅度減少，而對蒸汽品位的要求僅增加50 kPa。相比普通三效回收工藝，低壓三效回收工藝蒸汽消耗下降10.8%，而對蒸汽品位的要求由1.12 MPa降為0.5 MPa，蒸汽品位的降低也意味著鍋爐蒸汽背壓發(fā)電量的提高。

3　結(jié)　論

在普通三效精餾乙醇回收工藝的基礎(chǔ)上，通過增加真空系統(tǒng)進行優(yōu)化配置，開發(fā)了低壓三效乙醇精餾回收工藝。采用ASPEN Plus軟件對兩塔雙效差壓工藝、普通三效回收工藝和低壓三效回收工藝分別進行模擬，在相同的設(shè)計基礎(chǔ)和要求下，從操作工況和節(jié)能效果方面進行比較分析，結(jié)論如下：

(1)優(yōu)化后的低壓三效回收工藝操作壓力大大降低，對蒸汽品位的要求只需0.5 MPa，相應(yīng)的減小了中壓塔和高壓塔以及附屬的再沸器、預(yù)熱器和冷凝器等的設(shè)備投資。

(2)相比兩塔雙效差壓工藝，低壓三效回收工藝蒸汽消耗下降達38.9%，從而也大幅度減少了再沸器和冷凝器的面積，而對蒸汽品位的要求僅增加50 kPa。

(3)相比普通三效回收工藝，低壓三效回收工藝蒸汽消耗下降10.8%，而對蒸汽品位的要求由1.12 MPa降為0.5 MPa，蒸汽品位的降低也提高了鍋爐蒸汽的背壓發(fā)電量。

[1]靳勝英. 世界燃料乙醇產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢[J].環(huán)球石油,2011(2): 52-54.

[2]馮文生, 張?zhí)煸? 楊國勛.世界生物燃料乙醇發(fā)展現(xiàn)狀及預(yù)測[J].現(xiàn)代化工,2013,33(8): 18-20.

[3]孫朋朋.純凈酒工藝研究[D].濟南:齊魯工業(yè)大學,2013.

[4]王君高.高純度酒精精餾原理[J].釀酒, 2002, 29(4): 40-42.

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[7]彭文輝.具有節(jié)能控制裝置的酒精蒸餾塔[P].中國: CN201482235U,2010-05-26.

[8]劉建文,李江輝,羅欣欣.一種五塔三級差壓蒸餾生產(chǎn)食用乙醇的節(jié)能系統(tǒng)[P].中國: CN201668968U,2010-12-15.

[9]易治虎.一種高效節(jié)能白酒連續(xù)蒸餾方法及其裝置[P].中國: CN104178406A,2014-12-03.

Research on Recycling Ethanol Process by Low Pressure and Three-effect Distillation Technology

MA Jian-zhi, LI Jing, LI Chao

(Guangdong Zhongke Tianyuan New Energy Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510640, China)

A recycling ethanol process by low pressure and three-effect distillation technology was developed. Compared to the traditional two towers and two-effect rectification process, steam consumption of recycling ethanol process by low pressure and three-effect distillation technology was decreased by 38.9%. Compared to the general three-effect distillation technology, steam consumption was decreased by 10.8%, and only needed steam grade under pressure 500 kPa. Corresponding reduction in requirements equipment about high temperature and corrosion resistance also reduced the costs of equipment investment and maintenance.

ethanol recovery; three-effect distillation; energy-saving

馬建智(1975-)，女，本科，主要從事化工工藝設(shè)計。

TQ028.3

A

1001-9677(2016)09-0077-02