精馏－吸附－膜分离耦合工艺制备高纯度酒精流程模拟

精馏－吸附－膜分离耦合工艺制备高纯度酒精流程模拟

韩贵亮 刘帅

山东金塔机械集团有限公司 271600

摘要：高纯度酒精应用功能相对比较广泛，其应用于各行各业之中，尤其是在食品行业、医疗行业以及化工行业等，但是为保证酒精蒸馏工艺的质量，所消耗的成本也随实际流程以及设备方面的应用上升。借助流程模拟软件对精馏－吸附-膜分离与和新工艺展开研究，以优化的形式保证精馏过程的科学性，在此基础上保证高纯度酒精流程实现全面更新，以为之后的技术提升做出准备。

关键词：流程模拟；精馏；吸附；膜分离；高纯度酒精

前言：本文主要针对一种新型工艺技术展开研究，具体从乙醇发酵技术中获得高纯度酒精。由于酒精蒸馏是通过乙醇发酵技术和各种物质的沸点进行提取的，酒精蒸馏装置再进行蒸出，酒精蒸馏则是通过对发酵醪液中各组分相对挥发度的差异，使乙醇与其他挥发性有机物进行分离，进而达成提纯的目的。

一、精馏－吸附－膜分离技术工艺实践及流程

目前，精馏法是我国工业发展中最普遍使用的技术之一，应用在乙醇的生产、加工环节。具体的施工流程为将提取材料送入精馏塔中，利用气液传质、沸点组分受热气化、液相分离等技术，完成乙醇的高精度提取^[1]。但是在实际的提取中，存在诸多问题，具体包含乙醇生产中精馏塔底部的水会通过高温加热进行蒸发，将与沸点相近的杂质带出。除此之外，乙醇与水的沸点几乎一致，达到一定温度的情况下，二者会产生共沸现象，乙醇质量分数在精馏塔中到达一定比例时就无法再进行提纯，只能通过其他形式完成提纯工作^[2]。另外，乙醇的生产工艺需要多个精馏塔共同展开工作。因此，能量消耗数量会随之提升，成本也同比例升高。

图1 精馏－吸附－膜分离技术

吸附工艺是一种利用有较大比例表面积的吸附剂，使化合物根据其物理与化学性质附着在吸附剂之上，工业上物料处理通常被以液态的形式进入，入口为罐顶，若物料为气态时，进料口则在罐底部位，其吸附原理主要是通过扩散率控制方面的原理进行吸附。此时，离子的颗粒相对较大，且其性质与化合物更加相似。通过吸附进行酒精提纯的过程中，杂质的形态不一，质量也各不相同^[3]。因此，吸附剂必须要有良好的非极性表面和大范围控制分布等形态特征。就水处理吸附可以看出，活性炭与具有活性的氧化铝使用普及度相对较高。

膜分离只要是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现分离技术应用，渗透汽化调节分离机制中，该过程中主要包含多个步骤：

①进料到致密膜进行选择性吸附。

②分子通过膜机制进行扩散。

③在渗透侧解吸进入气象。

加热器在进行物料提供的过程中被，物料需要保证，其气化后会有选择地进入分离膜中，在透过侧设置冷凝器与真空泵，利用侧边产生的压力进行分离效果的增强^[4]。醪液发酵的主要组成部分包含水、乙醇、乙酸乙酯、正丙醇、异丁醇、异戊醇、乙酸、辛酸、已酸。具体的分析内容可以从发酵醪液质量分数、密度、沸点等多个方面出发。

图2 精馏、吸附、膜分离设备简图

二、五塔蒸馏工艺实践

工业生产过程中，不同的精馏法不断涌现。工业上发酵醪液成分相对复杂。目前，世界上最受瞩目的提纯工艺主要为五塔精馏工艺与精馏－吸附－膜分离耦合工艺^[5]。实际五塔分离蒸馏中，通过软件模拟技术进行相关参数获取，在进行水洗塔、精馏塔和回收塔设计的过程中，以为耗能巨大而不设再沸器，采用直接汽提的方式对物料进行供热并实现分离目标。

表1 五塔精馏模拟参数

其主要工作原理就是通过预热的形式推动，并在粗馏塔中实行加温、水洗、等工艺，将部分醛和酸性物质去除，去除完成后的淡酒进入精馏塔，完成精馏环节后，以侧向采出的形式生成半成品，继而进入脱甲醛、分解甲醛等环节，该环节完成后，由塔底获得合格的酒精产品，并将分离后不合格的产品进行收集，通过其他的形式得到工业酒精或是杂酒。

图3 五塔精馏工艺流程图

三、提纯效果分析

发酵醪液酒精处理的过程中，分离处理的形式对于乙醇浓缩有一定的效果，对乙醇浓缩质量提升效果较好，但是受到发酵醪液中含有的有机物质特性来说，有机物与水质在达到一定温度时会产生共沸物质。因此，五塔精馏不能够使混合程度较高的酒精分离得更加精细，具体的精馏法可由图1中内容所示，由发酵醪液先进入精馏塔、进而将乙醇、甲醇、乙酸、乙酯等精馏出，此时会携带走部分气化形态的水，在沸点升高的同时，水携带相应的物质进入塔底，塔底采出液体再送入吸附罐进行除水环节，进而获取酒精，以保证酒精的纯度。与此同时，将塔顶采出液体引流至吸附设备，进而达成将甲醇与水分离的效果。此时水的去除率应达到95%以上，此时溶液运用膜分离技术进行技术处理，在其他指标达到一定范围之后，通过膜分离技术进行处理，以减少乙醇损失。下表为两种工艺施工下的参数对比。

表2 两种工艺进行乙醇浓缩的质量分数及流量对比

由此可知，五塔精馏工艺在实际的应用中，精馏塔与脱甲醇塔的塔顶功能方面，溶液可有效排放。乙醇质量分数较高，施工功能可以充当燃料类的商品。耦合工艺在实际的使用应用中，乙醇能够高纯度提纯主要在于吸附环节，吸附剂是其中最主要应用的材料，一般为委托再生与自己再生的功能，再生能力越强，成本控制系数也随之呈正比上升。且在上表中的部分参数为0可以有效反映出，在使用再沸器的情况下，该项技术可以减少五塔精馏中的各项流程，以及塔的使用量，乙醇的浓度也可有效控制，实际使用效果更佳。

结束语：综上所述，本文主要针对精馏－吸附－膜分离耦合技术相关内容展开分析，并与五塔分离技术下质量分数以及流量相关数据进行对比，得出相应结论。具体分析从精馏－吸附－膜分离技术工艺实践及流程、五塔蒸馏工艺实践及流程展开分析进而得出提纯效果与精馏－吸附－膜分离耦合技术下吸附能力密不可分，成本的控制也可从吸附剂的使用处着手。同时，该种技术相较于五塔精馏技术来说设备投入资金相对较低，且提纯技术较高，是目前乙醇提供中不断普及的技术。

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