黃原膠提純過程中乙醇回收節(jié)能工藝研究

韓品謙

(濟(jì)寧市化工設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)寧 272000 )

黃原膠提純過程中乙醇回收節(jié)能工藝研究

韓品謙

(濟(jì)寧市化工設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)寧 272000 )

針對(duì)黃原膠提純過程中的乙醇回收問題，提出了常規(guī)精餾法和雙效精餾法兩種方法及其工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)兩種方法的能耗、工藝參數(shù)和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比；雙效精餾法能有效解決乙醇回收的難題，降低了黃原膠的生產(chǎn)成本。

黃原膠提純；乙醇回收；節(jié)能工藝; 雙效精餾

黃原膠又稱黃膠、漢生膠，黃單胞多糖，是以甘蘭黑腐病黃單胞菌為產(chǎn)生菌，以淀粉質(zhì)為主要原料，經(jīng)特定的生物發(fā)酵并經(jīng)提純、干燥、粉碎而成的，集增稠、懸浮、乳化、穩(wěn)定等功能于一體的生物膠，是目前世界上生產(chǎn)規(guī)模最大且用途極為廣泛的多糖聚合物[1-2]。分離提純黃原膠是黃原膠生產(chǎn)的關(guān)鍵工序之一，直接決定了黃原膠產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，黃原膠發(fā)酵液多采用醇析法或加鹽醇析法，后者采用氯化鉀、氯化鈣等氯鹽溶液、乙醇作沉淀劑然后進(jìn)行沉降分離，但會(huì)產(chǎn)生大量含有氯離子的廢乙醇需要回收，回收成本占據(jù)黃原膠生產(chǎn)成本的較大比重[2-4]，因此，研究更加節(jié)能高效的乙醇回收工藝是降低黃原膠生產(chǎn)成本的一個(gè)有效途徑。針對(duì)黃原膠提取過程中的乙醇回收工藝尚未見報(bào)道，筆者結(jié)合多套黃原膠乙醇回收裝置的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出了常規(guī)精餾法和雙效精餾法兩種方案，并對(duì)其工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了研究，有效地解決了黃原膠乙醇回收中設(shè)備堵塞、氯離子應(yīng)力腐蝕和再沸器碳化等難題。

1 常規(guī)精餾法

常規(guī)精餾法的流程圖如下圖1所示。

如圖1所示，來自黃原膠提純車間的原料乙醇經(jīng)兩級(jí)預(yù)熱后進(jìn)入精餾塔，精餾塔頂部氣相經(jīng)一級(jí)預(yù)熱器部分冷凝后，不凝氣去尾冷繼續(xù)冷凝后進(jìn)入回流罐，經(jīng)泵打出作為塔頂回流，從塔上部或回流泵出口采出體積分?jǐn)?shù)為90%以上的成品乙醇。

1.一級(jí)預(yù)熱器;2.尾冷;3.二級(jí)預(yù)熱器;4.精餾塔;5.再沸器;6.廢水泵;7.廢水冷卻器

精餾塔采用減壓或微負(fù)壓操作，有利于裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。通過降低操作壓力，降低了操作溫度，塔頂溫度低于氯離子腐蝕奧氏體不銹鋼的臨界溫度60℃，使得黃原膠乙醇在低溫低壓的平和環(huán)境中分離，可以有效避免預(yù)熱器的堵塞，并可以避免管道和設(shè)備腐蝕。

節(jié)能措施：①蒸汽消耗：負(fù)壓下操作提高了乙醇-水的相對(duì)揮發(fā)度，降低精餾塔的回流比，噸成品的蒸汽消耗比常壓精餾降低。②使用再沸器間接加熱，可減少廢水產(chǎn)生量，鍋爐軟水可以回收利用，適合新疆等缺水地區(qū)使用；③同時(shí)采用較低溫度一次蒸汽間接加熱再沸器，可以避免再沸器碳化。

設(shè)備設(shè)計(jì)：一級(jí)預(yù)熱器采用精餾塔頂部蒸汽作熱源，結(jié)構(gòu)采用“抗堵塞多管束結(jié)構(gòu)”[5]。二級(jí)預(yù)熱器采用廢水作熱源，結(jié)構(gòu)采用套管式防堵設(shè)計(jì)。塔內(nèi)件采用高效立體連續(xù)傳質(zhì)塔盤[6]和高效規(guī)整填料相結(jié)合的設(shè)計(jì)，提高了塔的抗堵塞能力和傳質(zhì)效率，可將塔的停車清洗周期延長(zhǎng)至6個(gè)月以上。

2 雙效精餾法

雙效精餾的原理是重復(fù)利用給定數(shù)量的能源來提高精餾設(shè)備的熱力效率。精餾系統(tǒng)由不同操作壓力的塔組成，利用高壓塔塔頂蒸汽的冷凝潛熱作為低壓塔再沸器的熱源，較大程度地節(jié)約了精餾裝置的能耗。按照加熱蒸汽與物料的流向不同，雙效精餾可分為順流法、逆流法和平流法等工藝流程[7]。本文采用節(jié)能率最高的平流法雙效精餾，設(shè)計(jì)的工藝流程如圖2所示。

1-一級(jí)預(yù)熱器; 2-尾冷 ;3-負(fù)壓塔進(jìn)料預(yù)熱器; 4負(fù)壓塔; 5-負(fù)壓塔再沸器;6-廢水泵; 7-廢水冷卻器; 8-正壓塔進(jìn)料預(yù)熱器 ;9-正壓塔 ;10-正壓塔再沸器

圖2 雙效精餾法乙醇回收流程圖

如圖2所示，原料乙醇經(jīng)一級(jí)預(yù)熱器預(yù)熱后，分成兩股：一股經(jīng)負(fù)壓塔進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入負(fù)壓塔，頂部氣相經(jīng)預(yù)熱器部分冷凝，不凝氣經(jīng)尾冷繼續(xù)冷凝，一部分作為塔頂回流，一部分作為成品乙醇采出到成品罐。另一股經(jīng)正壓塔進(jìn)料預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入正壓塔，正壓塔頂部的氣相經(jīng)負(fù)壓塔再沸器冷凝后，一部分作為塔頂回流，一部分作為成品乙醇采出到成品罐。

節(jié)能措施：正壓塔塔釜采用直接蒸汽加熱或通過再沸器間接加熱，正壓塔廢水可經(jīng)閃蒸后，噴射回收潛熱，閃蒸后的廢水再進(jìn)入負(fù)壓塔塔釜。

設(shè)備設(shè)計(jì)：一級(jí)預(yù)熱器采用負(fù)壓塔頂部蒸汽作熱源，結(jié)構(gòu)采用“抗堵塞多管束結(jié)構(gòu)”[5]。負(fù)壓塔和正壓塔進(jìn)料預(yù)熱器分別采用廢水和回流液作熱源，結(jié)構(gòu)采用套管式防堵設(shè)計(jì)。塔內(nèi)件采用高效立體連續(xù)傳質(zhì)塔盤[6]和高效規(guī)整填料相結(jié)合的設(shè)計(jì)，提高了塔的抗堵塞能力和傳質(zhì)效率，可將塔的停車清洗周期延長(zhǎng)至6個(gè)月以上。

3 對(duì)比和結(jié)論

以某黃原膠廠130m3/h的處理量，年操作時(shí)間8000h，操作彈性60%～120%。原料乙醇按體積分?jǐn)?shù)48% ～ 52%，成品乙醇按體積分?jǐn)?shù)90%，計(jì)算每噸成品乙醇的公用工程消耗指標(biāo)如下表1所示。

表1 主要能源消耗指標(biāo)表

由表1可以看出，雙效精餾法通過配置正壓塔和負(fù)壓塔，僅正壓塔消耗一次蒸汽，比常規(guī)精餾節(jié)省蒸汽消耗約44.9%；僅負(fù)壓塔消耗大部分的循環(huán)水，大幅降低了40%的循環(huán)水消耗量。

兩種方法的工藝操作參數(shù)和對(duì)比如下表2所示。

表2 常規(guī)精餾法和雙效精餾法的對(duì)比

由表2可知，雙效精餾法中正壓塔的操作壓力和操作溫度較高，高溫下氯離子對(duì)奧氏體不銹鋼的腐蝕程度較負(fù)壓塔高，設(shè)備的抗腐蝕要求增加，可采用碳鋼設(shè)備降低氯離子點(diǎn)腐蝕，條件允許的情況可采用雙相不銹鋼代替奧氏體不銹鋼。

綜上所述，雙效精餾法的能耗低于常規(guī)精餾法，設(shè)備投資略高于常規(guī)精餾法，通過對(duì)雙效精餾裝置熱量集成、設(shè)備選型和優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效地解決設(shè)備堵塞、氯離子應(yīng)力腐蝕和再沸器碳化等難題，大大降低了黃原膠的生產(chǎn)成本，是值得推廣的適合黃原膠提純過程的乙醇回收方法。

[1] GarcíA-Ochoa F, Santos V E, Casas J A, et al. Xanthan gum: production, recovery, and properties[J]. Biotechnology Advances, 2000, 18(7):549-579.

[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).GB1886.41-2015食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 黃原膠[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3] 朱圣東,童海寶,陳大昌,等.醇析法分離提純黃原膠工藝研究[J].精細(xì)石油化工進(jìn)展,2002,3(3):44-46.

[4] 朱圣東,雷云周,童海寶,等.超濾-醇析提取黃原膠工藝條件[J].過程工程學(xué)報(bào),2004,4(6):525-530.

[5] 周宏才,姜新春,韓品謙,等.多管束防堵塞管殼換熱器: CN 202002517 U[P].2010-12-15.

[6] 杜佩衡. 立體連續(xù)傳質(zhì)塔板及其在精餾中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工,2008,28(9):77-81.

[7] 王以清. 雙效精餾流程的節(jié)能分析[J].化學(xué)工程師,2002 (5):47-49.

[8] 肖 豐,高維平,楊家軍. 平流雙效精餾流程模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].安徽化工,2006,32(1):40-42.

(本文文獻(xiàn)格式：韓品謙.黃原膠提純過程中乙醇回收節(jié)能工藝研究[J].山東化工，2016，45(08)：111-113.)

Study on Energy-efficient Ethanol Recovery Process for Xanthan Gum Purification

Han Pinqian

(Jining Chemical Design Institute, Jining 272000, China)

For ethanol recovery problems in the process of xanthan gum purification, the conventional distillation method, double effect distillation method and their main engineering design points are introduced, the energy consumption, process parameters, advantages and disadvantages of the two methods are compared; double effect distillation method can solve difficult problems of ethanol recovery, reduce the production cost of xanthan gum.

xanthan gum purification; ethanol recovery process; energy-efficient; double effect distillation

2016-03-07

韓品謙(1984—)，山東濟(jì)寧人，工程師，碩士，主要從事化工工藝技術(shù)開發(fā)與工程設(shè)計(jì)工作。

TQ223.122

A

1008-021X(2016)08-0111-03