一种固液双态通用高效蒸馏乙醇装置及应用该装置的乙醇蒸馏工艺

摘要

本发明提供了一种固液双态通用高效蒸馏乙醇装置及应用该装置的乙醇蒸馏工艺；该装置主要包括弧形蒸馏釜、轮式篦板酒甑和精馏塔，其中轮式篦板酒甑设置在弧形蒸馏釜和精馏塔之间，并可与上述二者通过法兰密封连接；采用这种设备后可以实现同一个设备对于固液双态物料的兼容，乙醇的回收率高达99.8%。实现了蒸馏塔与精馏塔的一体化，降低了设备成本，简化了操作工艺，缩短了蒸馏时间，提高了生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于轻工业技术与工程领域，具体涉及一种固液双态通用高效蒸馏乙醇装置及应用该装置的乙醇蒸馏工艺。

背景技术

乙醇是重要的基础化工原料之一，广泛用于食品、医药、化工等行业。其中燃料乙醇是无污染的高辛烷值可再生燃料，既可以缓解当前日益严重能源危机，又可以解决地球环境的污染问题。因此，乙醇，尤其是燃料乙醇，具有广阔的发展前景。

传统乙醇蒸馏工艺中，固态蒸馏与液态蒸馏的工艺及设备是相互独立的，所以增加了生产工艺复杂性，增大了企业投资成本。因此，设计一种固态蒸馏与液态蒸馏一体化的高效蒸馏工艺及装置，简化生产工艺，提高生产效率，降低投资成本是现代生产发展所必需的。经检索，到现在为止没有固态蒸馏与液态蒸馏有效结合、灵活高效蒸馏乙醇的工艺及装置的相关专利技术出现。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足之处，提供了一种固液双态通用高效蒸馏乙醇装置及应用该装置的乙醇蒸馏工艺；该装置主要包括弧形蒸馏釜、轮式篦板酒甑和精馏塔，其中轮式篦板酒甑设置在弧形蒸馏釜和精馏塔之间，并可与上述二者通过法兰密封连接；采用这种设备后可以实现同一个设备对于固液双态物料的兼容，乙醇的回收率高达99.8％，乙醇浓度高达95.7%。实现了蒸馏塔与精馏塔的一体化，降低了设备成本，简化了操作工艺，增加设备灵活性与多功能性，缩短了蒸馏时间，提高了生产效率。

本发明的具体技术方案是：

一种固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置，包括塔底固定台、设置在塔底固定台上的蒸馏室以及设置在蒸馏室上方的精馏塔，塔底固定台上设置有升降架，升降架顶部固定有弧形蒸馏釜，弧形蒸馏釜上部通过法兰与轮式篦板酒甑底面连接，轮式篦板酒甑上部通过法兰与精馏塔下部设置的弧形甑盖底面连接；弧形蒸馏釜与轮式篦板酒甑均设置在蒸馏室内；弧形蒸馏釜内设置有的底部设有蛇形蒸汽加热管。

采用这种设备后，既可以进行固态酒醅的乙醇蒸馏也可以进行液态酵醪的乙醇蒸馏，实现了同一设备的多功能化，解决了现有技术中固态酒醅和液态酵醪无法采用同一设备蒸馏的问题，提高了设备的工作效率和通用性。

更进一步的弧形蒸馏釜的底部还设有残液排出口，蒸馏结束时，可以排出弧形蒸馏釜中的水；轮式篦板酒甑的底板为一层带孔的隔层篦板，不仅便于固态酒醅放置和蒸汽上行，而且能够将固态酒醅中的高级醇及时分离到弧形蒸馏釜中；

精馏塔顶部设置有乙醇蒸汽出口并通过该出口用管道与冷凝器连接，实现冷凝液回流便于排除低沸点杂质；所述弧形甑盖上设置有进料口，通过该进料口可将液态发酵醪直接输送到酒甑中，实现液态蒸馏；所述精馏塔下部一侧设置有杂醇油排出口，通过该排出口可将蒸馏过程中的杂醇油等杂质排出；而精馏塔最上层塔板下设置有乙醇出料口，便于将最高纯度的乙醇排出；

所述轮式篦板酒甑底部两侧分别设有两个万向轮，该万向轮可方便篦板酒甑的移动与装卸；所述的带孔的隔层篦板厚度为20mm，采用孔距由边缘区域向中心递减的不等距孔眼，孔径5~10mm；其目的在于减少中心区域的供汽阻力，适当增加边区供汽阻力，促成整个酒甑平面上各点酒醅温度趋于一致，上汽均匀，从而形成酒醅的同步蒸馏，以避免各点因受热不均出酒有先有后，造成优质酒与酒头酒尾混在一起影响酒质。

所述的弧形蒸馏釜和精馏塔内均设有温度计与压力计，便于实时监控设备内的温度和压力；所述冷凝器上设置有回流管，该回流管通入精馏塔内这样不仅提供塔板上的冷回流，取走塔内多余的热量，维持塔内的热量平衡，而且提供塔板上的冷流体，气液两相在塔板上逆向接触，上行的气体中重组分冷凝，下行的液体中的轻组分吸热汽化，反复的冷凝汽化作用进一步增加乙醇产品分离的精度，更具体的，经过最上层塔板的乙醇蒸汽中除乙醇外还含有其他低沸点组分，而这些组分经过冷凝后会混杂在乙醇中，而将冷凝后的乙醇再次送入塔板后这些低沸点组分受热又转化为气态，从而提高了乙醇的纯度，同时上行的蒸汽中的乙醇蒸汽遇到乙醇冷凝液后也会部分发生冷凝，从而提高了最终从乙醇出料口排出的乙醇的纯度，而为了达到最佳的效果，尽可能的获得高纯度的乙醇，发明人发现本设备采用冷凝液的回流比在0.4~0.8时最佳，且可在上述回流比内获得不同浓度的高纯度乙醇。

应用上述固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置，可以进行固态酒醅乙醇蒸馏其工艺具体步骤如下：

向轮式篦板酒甑中加入固态酒醅，将物料均匀分布在轮式篦板酒甑内，向弧形蒸馏釜内加入水，将轮式篦板酒甑推入蒸馏室内，控制液压升降架，将轮式篦板酒甑底部通过法兰与弧形蒸馏釜密封连接，将轮式篦板酒甑的上部通过法兰与弧形甑盖密封连接；

开启弧形蒸馏釜内的蛇形蒸汽加热管，加热后弧形蒸馏釜内产生水蒸汽，水蒸汽穿过轮式篦板酒甑底部的带孔隔层篦板进入固态酒醅中，固态酒醅与水蒸汽发生热量交换，形成水与乙醇的混合蒸馏汽；蒸馏汽上升进入精馏塔，经过精馏塔内的泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口进入冷凝器，调节回流管阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8之间，经冷凝后的乙醇液体通过回流管回流到精馏塔，通过乙醇出料口排出乙醇产品。

其中所述的固态酒醅的装料系数为0.5~0.8。

上述的固态酒醅乙醇蒸馏工艺，较之现有的固态酒醅蒸馏，乙醇蒸汽直接进入精馏塔进行精馏，省去了先冷凝再进入精馏塔的步骤，缩短了生产时间，提高了蒸馏效率，降低了设备的投资与能耗；独特的酒甑设计，既提高了传质传热效率，又降低了劳动强度，同时由于控制了回流比，可以获得不同浓度的高纯度的乙醇。

而应用上述固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置，还可以进行液态酵醪乙醇蒸馏，其工艺具体步骤如下：

控制液压升降架，将轮式篦板酒甑底部通过法兰与弧形蒸馏釜密封连接，将轮式篦板酒甑的上部通过法兰与弧形甑盖密封连接；

通过弧形甑盖顶部设置的进料口将液态酵醪输送到轮式篦板酒甑与弧形蒸馏釜内；开启开启弧形蒸馏釜内的蛇形蒸汽加热管，轮式篦板酒甑与弧形蒸馏釜内的液态酵醪经过加热后升温产生乙醇与水的混合蒸馏汽；乙醇与水的混合蒸馏汽上升进入精馏塔；经过精馏塔内泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口进入冷凝器，调节回流管阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8，经冷凝后的乙醇液体通过回流管回流到精馏塔，通过乙醇出料口排出乙醇产品。

其中所述的液态酵醪的装料系数为0.6~0.8。

采用上述的液态酵醪乙醇蒸馏工艺，较之现有的液态乙醇蒸馏，可以根据液态发酵醪的特性选择液态蒸馏方式，液态蒸馏工艺更加灵活，乙醇产品品质的可控性也更强，最终获得的产品纯度高。

综合上述内容可知本发明的工艺及设备具有如下效果：

1.弧形蒸馏釜与轮式篦板酒甑的独特设计可直接从发酵物料中获得高浓度乙醇，既可以固态物料蒸馏，又可以液态物料蒸馏，设备拆卸方便，操作灵活，蒸馏工艺更加简单。

2.将蒸馏塔与精馏塔组合为一体，将蒸馏与精馏连续化，蒸汽直接进入精馏塔进行精馏，省去了先冷凝再进入精馏塔的步骤，缩短了生产时间，提高了蒸馏效率，降低了设备的投资与能耗。

3.通过调节回流比，可连续化生产不同浓度的乙醇，产品品质的可控性强，每批乙醇产品的质量稳定，性能可靠。

可见采用本发明的设备和工艺后可以实现同一个设备对于固液双态物料的兼容，乙醇的回收率高达99.8%，乙醇浓度高达95.7％。实现了蒸馏塔与精馏塔的一体化，降低了设备成本，简化了操作工艺，增加设备灵活性与多功能性，缩短了蒸馏时间，提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明所述固液双态通用高效蒸馏乙醇装置的结构示意图；

图2为本发明所述弧形蒸馏釜的结构示意图；

图3为本发明所述轮式篦板酒甑的结构示意图；

图4为本发明所述轮式篦板酒甑中的隔层篦板的结构示意图；

图5为本发明所述轮式篦板酒甑的结构剖视图；

图中1为塔底固定台；2为液压升降架；3为残液排出口；4为蛇形蒸汽加热管；5为万向轮；6为弧形蒸馏釜；7为法兰；8为蒸馏室；9为轮式篦板酒甑；10为蒸馏室外壳；11为法兰；12为弧形甑盖；13为进料口；14为杂醇油排出口；15为电加热保温带；16为泡罩塔板；17为精馏塔；18为蒸汽出口；19为冷凝器；20为乙醇出料口；21为回流管。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明，可以使本领域技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置，包括塔底固定台1、设置在塔底固定台1上的蒸馏室8以及设置在蒸馏室8上方的精馏塔17，塔底固定台1上设置有升降架2，升降架2顶部固定有弧形蒸馏釜6，弧形蒸馏釜6上部通过法兰7与轮式篦板酒甑9底面连接，轮式篦板酒甑9上部通过法兰11与精馏塔17下部设置的弧形甑盖12底面连接；弧形蒸馏釜6与轮式篦板酒甑9均设置在蒸馏室8内；弧形蒸馏釜6内设置有的底部设有蛇形蒸汽加热管4；

其中所述弧形蒸馏釜6的底部还设有残液排出口3；轮式篦板酒甑9的底板为一层带孔的隔层不锈钢篦板；精馏塔17顶部通过蒸汽出口18连接有冷凝器19；所述弧形甑盖12上设置有进料口13；所述精馏塔17最上层塔板下设置有乙醇出料口20，精馏塔17下部设置有杂醇油排出口14。

所述轮式篦板酒甑9底部两侧分别设有两个万向轮5；所述的带孔的隔层篦板厚度为20mm，采用孔距由边缘区域向中心递减的不等距孔眼，孔径5~10mm；

所述的弧形蒸馏釜6和精馏塔17内均设有温度计与压力计，所述精馏塔外壁使用保温材料，在精馏塔外壁上设有电加热保温带15；

所述冷凝器19上设置有回流管21，回流管21通入精馏塔17内，并通入到精馏塔最上层塔板上方。

实施例2

应用实施例1所述固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置的固态酒醅乙醇蒸馏工艺，具体步骤如下：

向轮式篦板酒甑9中加入固态酒醅，将物料均匀分布在轮式篦板酒甑9内，向弧形蒸馏釜6内加入水，将轮式篦板酒甑9推入蒸馏室8内，控制液压升降架2，将轮式篦板酒甑9底部通过法兰7与弧形蒸馏釜6密封连接，将轮式篦板酒甑9的上部通过法兰11与弧形甑盖12密封连接；

开启弧形蒸馏釜6内的蛇形蒸汽加热管4，加热后弧形蒸馏釜6内产生水蒸汽，水蒸汽穿过轮式篦板酒甑9底部的带孔隔层篦板进入固态酒醅中，固态酒醅与水蒸汽发生热量交换，形成水与乙醇的混合蒸馏汽；蒸馏汽上升进入精馏塔17，经过精馏塔内的泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口18进入冷凝器，调节回流管21阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8之间，经冷凝后的乙醇液体通过回流管21回流到精馏塔17，通过乙醇出料口20排出乙醇产品。

其中上述工艺中的具体参数如下：

向轮式篦板酒甑中加入固态酒醅，固态酒醅中乙醇含量为6%（体积分数），将物料均匀松散的分布在轮式篦板酒甑内，装料系数为0.7；向弧形蒸馏釜内加入水，装水系数为0.8；弧形蒸馏釜内水蒸汽的蒸汽压为0.6Mpa；调节回流比为0.5。蒸馏结束后取糟渣进行乙醇含量分析，结果表明，乙醇的回收率为99.3%。取冷凝液进行乙醇含量分析，结果显示，乙醇浓度为95.3%。

实施例3

控制液压升降架2，将轮式篦板酒甑9底部通过法兰7与弧形蒸馏釜6密封连接，将轮式篦板酒甑9的上部通过法兰11与弧形甑盖12密封连接；

通过弧形甑盖12顶部设置的进料口13将液态酵醪输送到轮式篦板酒甑9与弧形蒸馏釜6内；开启开启弧形蒸馏釜6内的蛇形蒸汽加热管4，轮式篦板酒甑与弧形蒸馏釜内的液态酵醪经过加热后升温产生乙醇与水的混合蒸馏汽；乙醇与水的混合蒸馏汽上升进入精馏塔17；经过精馏塔17内泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口18进入冷凝器，调节回流管21阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8之间，经冷凝后的乙醇液体通过回流管21回流到精馏塔17，通过乙醇出料口20排出乙醇产品。

其中上述工艺中的具体参数如下：

向轮式篦板酒甑中加入液态酵醪，液态酵醪中乙醇含量为9%（体积分数），总装料系数为0.8；维持轮式篦板酒甑内水与乙醇的混合蒸馏汽的蒸汽压为0.4Mpa；调节回流比为0.7。蒸馏结束后对釜残液进行乙醇含量分析，结果表明，乙醇的回收率为99.8%。取冷凝液进行乙醇含量分析，结果显示，乙醇浓度为95.7%。

实施例4

应用实施例1所述固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置的固态酒醅乙醇蒸馏工艺，具体步骤如下：

向轮式篦板酒甑9中加入固态酒醅，将物料均匀分布在轮式篦板酒甑9内，向弧形蒸馏釜6内加入水，将轮式篦板酒甑9推入蒸馏室8内，控制液压升降架2，将轮式篦板酒甑9底部通过法兰7与弧形蒸馏釜6密封连接，将轮式篦板酒甑9的上部通过法兰11与弧形甑盖12密封连接；

开启弧形蒸馏釜6内的蛇形蒸汽加热管4，加热后弧形蒸馏釜6内产生水蒸汽，水蒸汽穿过轮式篦板酒甑9底部的带孔隔层篦板进入固态酒醅中，固态酒醅与水蒸汽发生热量交换，形成水与乙醇的混合蒸馏汽；蒸馏汽上升进入精馏塔17，经过精馏塔内的泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口18进入冷凝器，调节回流管21阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8之间，经冷凝后的乙醇液体通过回流管21回流到精馏塔17，通过乙醇出料口20排出乙醇产品。

其中上述工艺中的具体参数如下：

向轮式篦板酒甑中加入固态酒醅，固态酒醅中乙醇含量为7%（体积分数），将物料均匀松散的分布在轮式篦板酒甑内，装料系数为0.8；向弧形蒸馏釜内加入水，装水系数为0.7；弧形蒸馏釜内水蒸汽的蒸汽压为0.5Mpa；调节回流比为0.6。蒸馏结束后取糟渣进行乙醇含量分析，结果表明，乙醇的回收率为99.6%。取冷凝液进行乙醇含量分析，结果显示，乙醇浓度为96.4%。

实施例5

应用如实施例1所述固液双态通用高效蒸馏乙醇的装置的液态酵醪乙醇蒸馏工艺，具体步骤如下：

控制液压升降架2，将轮式篦板酒甑9底部通过法兰7与弧形蒸馏釜6密封连接，将轮式篦板酒甑9的上部通过法兰11与弧形甑盖12密封连接；

通过弧形甑盖12顶部设置的进料口13将液态酵醪输送到轮式篦板酒甑9与弧形蒸馏釜6内；开启开启弧形蒸馏釜6内的蛇形蒸汽加热管4，轮式篦板酒甑与弧形蒸馏釜内的液态酵醪经过加热后升温产生乙醇与水的混合蒸馏汽；乙醇与水的混合蒸馏汽上升进入精馏塔17；经过精馏塔17内泡罩塔板的精馏后，乙醇蒸汽从精馏塔顶蒸汽出口18进入冷凝器，调节回流管21阀门，控制冷凝液的回流比在0.4~0.8之间，经冷凝后的乙醇液体通过回流管21回流到精馏塔17，通过乙醇出料口20排出乙醇产品。

其中上述工艺中的具体参数如下：

向轮式篦板酒甑中加入液态酵醪，液态酵醪中乙醇含量为8%（体积分数），总装料系数为0.7；维持轮式篦板酒甑内水与乙醇的混合蒸馏汽的蒸汽压为0.3Mpa；调节回流比为0.8。蒸馏结束后对釜残液进行乙醇含量分析，结果表明，乙醇的回收率为99.7%。取冷凝液进行乙醇含量分析，结果显示，乙醇浓度为96.6%。