[發明專利]超聲霧化濃縮乙醇的裝置和濃縮乙醇的方法

有效

• 申請號: 201010222437.1
• 申請日: 2010-07-07
• 公開（公告）號: CN102311308A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 范丹丹;張寶國;黎元生;喬凱;陳明;翟慶銅;蘇杰;張淑梅
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院
• 主分類號: C07C31/08
• 分類號: C07C31/08;C07C29/78;B05B17/06
• 代理公司: 撫順宏達專利代理有限責任公司 21102
• 代理人: 李微

技術領域

本發明涉及一種超聲霧化濃縮乙醇的裝置和方法，特別涉及一種回收超聲產生霧狀物的方法。

背景技術

生物質具有可再生、產量大、可儲存、碳循環等優勢。開發生物質能源是解決化石能源危機的一種有效途徑。生物乙醇是受到較多關注的一種生物質能源。利用農、林業的纖維素廢料生產纖維乙醇，具有很好的研究前景。生物質經預處理等步驟轉化為葡萄糖，再經微生物發酵獲得乙醇。生物質可大體分為糖質原料、淀粉質原料和纖維素原料。糖質原料、淀粉質原料制取燃料酒精的技術已很成熟。巴西主要用甘蔗直接生產燃料酒精，美國每年用玉米生產燃料酒精的產量也很大。但從總體看，依靠糖蜜、糧食淀粉原料解決用量很大的燃料問題顯然是不現實的，特別是對于人口壓力較大的國家和地區更是如此。美國《工業酶學》認為：“如果乙醇工業要生存，就必須利用木質纖維素生產”。利用葡萄糖直接發酵制備乙醇是糧食發酵工業一個比較成熟的工藝，而在纖維素發酵制備乙醇過程中，套用該工藝使纖維素發酵乙醇至今未能走出技術經濟關。纖維素發酵制備乙醇的主要過程包括預處理、水解、發酵、提濃等步驟，具有生產流程長、能耗高、廢水多等不足，影響工業應用的經濟性。

微生物發酵直接得到的發酵液中的乙醇溶液普遍濃度較低，要想得到利用，就必須經過提濃。最簡單、應用最廣泛的濃縮方法是蒸餾，但在乙醇體積濃度低于15％時，采用蒸餾的方法能耗大，經濟性差。此外，提濃的方法還有吸附濃縮、滲透濃縮等方法，這些方法都存在提濃效率低、經濟性差等不足。

超聲提濃是本領域出現的新穎的乙醇濃縮方法。乙醇具有表面濃度過高的物性，超聲濃縮正是利用了乙醇的這一性質。超聲提濃裝置通常由超聲波振蕩器、鼓風機、冷凝回收裝置幾部分構成。由于輸送給振蕩器的能量比待濃縮乙醇溶液的潛熱小得多，超聲濃縮方法可比蒸餾濃縮方法節約更多的能量。超聲霧化產生的霧滴十分微小，采用一般的冷凝方法或捕集法，很難有效地將霧狀物凝結為正常狀態的乙醇溶液。JP2005066554提出了幾種凝集霧狀物的方法，其中包括：加大回收單元的體積、冷卻凝集、回收單元密閉、噴淋吸收、向霧狀物強制吹風攪拌、設置擋板、設置霧狀物振動器，這些方法可以配合使用，提高對霧狀物的凝集效率。該回收系統設備復雜。在乙醇超聲提濃裝置中，鼓風設備的作用一般是提供給氣體(通常為空氣)循環動力，尤其是使超聲產生的霧狀物隨氣流到達捕集器中。例如JP2005066526、JP2005066553、JP2005066554、CN200810011464.7中都有帶鼓風設備的超聲工藝的實例。采用鼓風設備的超聲提濃裝置中，鼓風設備的動力效率較低，能耗相對較高；同時需要補充適量氣體；對載氣壓力和速率也有潛在的要求，例如對于常見的盤管式冷凝捕集裝置，盤繞的冷凝管給氣體的流動造成了相當的阻力，要使夾帶著霧狀物的氣體順利通過，鼓風設備必須提供給氣體高于特定值的壓力，然而氣壓過大氣流速度過大會使霧狀物在捕集設備中的停留時間大大縮短，不利于其被順利捕集、凝聚，未被捕集的霧狀物又隨著氣流在整個環路中不斷循環直至在某次循環中被凝集，這個過程中又消耗了不少的傳送能量，因此需進一步提高以鼓風為動力的超聲提濃裝置的經濟性。

發明內容

本發明提供了一種超聲霧化濃縮乙醇的裝置及濃縮乙醇的方法，本發明具有超聲霧化后的霧狀物回收效率高，裝置處理量大，經濟性好等優點。

本發明超聲霧化濃縮乙醇的裝置，包括設有超聲霧化器的超聲霧化罐、液環式輸送泵、氣液接觸設備和氣液分離設備。液環式輸送泵的氣相入口與超聲霧化罐的霧狀物出口相通，液環式輸送泵出口依次連通氣液接觸設備和氣液分離設備，液環式輸送泵的工作液為乙醇濃縮液。

本發明裝置中，超聲霧化器及超聲霧化罐可采用本領域常規的裝置。超聲霧化器中設有振蕩器，用于使待濃縮的乙醇溶液超聲霧化，振蕩器至少設置一個可以設置多個。超聲霧化罐設有氣體入口，溶液入口和溶液出口，以及霧狀物出口。

本發明裝置中，超聲霧化罐溶液出口、換熱器、泵、霧化罐溶液入口構成循環回路。用于物料的降溫，循環物料的循環速率根據要設定的待濃縮液溫度及換熱器的換熱能力確定。

本發明裝置中，超聲霧化罐的氣體入口優選設置單向閥，該單向閥為機械式單向閥，控制超聲霧化罐中的真空度小于5kPa(即低于環境壓力5kPa)。該閥也可以采用電磁控制閥，由設定的壓力范圍或時間間隔控制單向閥的開啟和關閉。