电解液溶剂用无水乙醇生产装置研究

电解液溶剂用无水乙醇生产装置研究

蒋京利

中盐安徽红四方股份有限公司  安徽肥东  231602

摘要：无水乙醇在化工产业中主要被用作碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等电解液的溶剂，从而确保化工生产的顺利进行。目前，随着科学技术的发展，无水乙醇的生产装置呈现出了不同的特征。基于此，本文对其中一种电解液溶剂用无水乙醇的生产装置进行研究，首先对传统装置的应用现状进行分析，并对新型装置的制备策略开展讨论，以供参考。

关键词：电解液溶剂；无水乙醇；乙醇生产装置

引言：化工产业是我国的核心产业之一，其生产效果能够对科技与经济的发展产生影响。无水乙醇在化工生产过程中得到了广泛使用，其在多数场合中作为电解液的溶剂，为化学反应的有效性提供保障。无水乙醇可以通过多种生产装置进行制备，下文将选用以汽化冷凝与膜组件为主体的无水乙醇生产装置进行研究。

1. 电解液溶剂用无水乙醇生产装置的应用现状

无水乙醇指的是乙醇含量高于99.5%的一种乙醇，对于化工产业而言，无水乙醇是一种基础材料，在工业中占据了重要地位。无水乙醇主要作用于碳酸二甲酯，其二者发生酯交换反应，形成碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等物质，并形成甲醇。碳酸二甲酯能够被应用于农业、医药、化学等领域，其毒性较低、化学反应活性较强。当碳酸二甲酯经过提纯后，可以用作锂电池的重要组成部分。目前，随着移动智能终端的发展，全球市场对锂电池的需求逐渐增加，因此，作为电解液溶剂的无水乙醇，应具有更高的乙醇含量，才能够保证有关反应的正常进行。然而，在实际应用的过程中，尤其在作为电解液溶剂时，无水乙醇的体积百分比要比标准更高，即水的含量要低于0.1%。只有这样，才能够确保在化工生产的过程中，产品具有高质量、高效益以及高水平的反应收率。就目前而言，无水乙醇具有多种工业化制备方式，其中，氧化钙反应工艺、镁反应工艺为常见的生产方法。同时，蒸馏法、吸附法等也得到了广泛使用。蒸馏法主要包括三元共沸技术、萃取技术等；吸附法主要包括分子筛吸附法等。通过以上的常见生产方式，仅能够制备体积百分比在99.5%左右的无水乙醇，若想工业化生产99.9%即以上乙醇含量的酒精时，常规的技术往往难以满足要求，即使能够制备对应含量的无水乙醇，也需要耗费大量的能源、高额的成本，制备的成功率相对较低，并可能会对周围环境造成大量污染。因此，通过传统方式制备高纯度的无水乙醇往往伴随着较高的风险。目前，大多数化工企业在生产电解液溶剂的过程中，通过分子筛吸附工艺制备99.9%以上乙醇含量的无水乙醇，这种方法操作难度较大，且消耗的资源较多，良品率较低，因此，基于节约成本、提升反应收率、降低能耗的原则，下文将对新型电解液溶剂用无水乙醇生产装置的制备策略进行展开研究[1]。

2. 新型电解液溶剂用无水乙醇生产装置的制备策略

2.1关键部件

新型电解液溶剂用无水乙醇生产装置的关键组成部件如图1所示。依照序号从1至12的顺序，分别为原料缓冲罐、进料泵、换热装置、汽化装置、膜组件、蒸汽渗透冷凝装置、蒸汽渗透冷凝储液器、真空泵机（8、9、12）、产品用冷凝器、产品罐。

图 1 新型电解液溶剂用无水乙醇生产装置的关键部件构成

装置的连接过程如下，其中，化学原料从原料缓冲罐进入到进料泵，换热装置的入口与进料泵相连，出口与汽化装置相连。在经过汽化后，原料进入到膜组件中。膜组件的右侧出口与换热装置相连，且换热装置上方出口与冷凝装置相连。产品通过冷凝装置进入产品罐，膜组件上方的出口与蒸汽渗透冷凝装置与冷凝储液器相连。在真空泵机方面，蒸汽渗透冷凝装置的上出口与真空泵机相连，蒸汽渗透冷凝储液器的下出口与又一真空输送泵机相连，产品罐与再一真空输送泵机相连。

膜组件是该新型电解液溶剂用无水乙醇生产装置的重要部件，其由以下组件构成：分离膜、上下端盖、壳体、乙醇出入口、真空接口、支撑板、真空上接口等。其中，支撑板位于壳体与上端盖之间，分离膜以多组的形式排列于支撑板上。乙醇的入口与出口分别设置在壳体的下端与上端。对于支撑板而言，其应为多孔设置，且每孔装置一组分离膜。同时，分离膜的上侧应为凸起状态，材料为陶瓷，形状为空心的管状，并在表面附有涂层。当水分子通过涂层时，会在分离膜的一侧形成渗透，使得渗透液能够在真空接口处进行冷凝，以实现乙醇与水的有效分离[2]。

2.2装置实施方式

在该装置对无水乙醇的生产过程中，乙醇首先依次通过原料缓冲罐、进料泵、换热装置与汽化装置。之后，原料进入膜组件，通过膜组件的分离膜除去乙醇中的水分子，使得乙醇中的含水量得到大幅度降低，从而以不产生较大能耗的方式制得可用作电解液溶剂的无水乙醇。在该装置的实施过程中，传统无水乙醇制备方式中的缺陷得到了有效解决，通过对分离膜进行科学合理的使用，能够将乙醇含量为95%的乙醇进行脱水处理，逐渐获得99.9%以上乙醇含量的无水乙醇。在对该生产装置进行使用时，原料首先被放置于原料缓冲罐中，通过进料泵后进入换热装置与汽化装置，形成乙醇蒸气，并以此形态进入到膜组件中。在膜组件中乙醇蒸气进入壳体，水分子透过分离膜后，会在一侧得到渗透，并通过真空的方式进行冷凝，获得渗透后的液体。当乙醇气体脱水后，其中的一部分会被应用于乙醇溶液的预热过程中，其他的部分将再次通过换热装置，进入产品用冷凝器中，并在产品罐中获得符合电解液溶剂产品要求的无水乙醇。同时，水蒸气在一侧渗透后，通过以低温水液体为介质的蒸汽渗透冷凝装置进行冷凝，最终在蒸汽渗透冷凝储液器中进行贮存，并在积累一定量后通过真空输送泵机排出。对于膜组件而言，可以在壳体的外部加装保温层，使膜组件的温度能够达到稳定的状态，这种方式能够有效避免外界温度对无水酒精浓度的影响，有效提升了电解液溶剂用无水乙醇的制备效果，对产量的提升提供了帮助。

2.3能源消耗与成本评价

对该装置的使用效果进行观察，发现电解液溶剂用无水乙醇在制备的过程中，需要能量的部分仅为热量交换装置、汽化装置、冷凝装置，并且，在膜组件中，分离膜对水分子进行分离的过程主要为物理渗透，其间产生的热量可以忽略不计，因此，该装置可以在能量消耗较低的情况下完成99.9.%以上乙醇含量的无水乙醇的制备。在成本方面，该装置的主要材料成本在于换热装置、汽化装置、冷凝装置、分离膜、存放容器等，所需的成本均较低，因此，该装置的造价也相对较低。

结论：总而言之，电解液溶剂用无水乙醇是化工行业在生产过程中较为常见的产品，然而，这类无水乙醇所需要的乙醇含量通常在99.9%以上，使得大多数无水乙醇生产装置难以满足实际的需求。因此，本文对一种基于汽化冷凝与分离膜的无水乙醇生产装置进行了研究，发现其能量消耗较小，所需成本较低，因此可以广泛应用于生产中。

参考文献：

[1]魏涛,吴淑晶,宋一诺. 盐效应在制备无水乙醇中的作用研究[J]. 上海化工,2022,47(02):24-26.

[2]仲富,戴继民. 无水乙醇制备新进展[J]. 山东化工,2020,49(19):68+75.