流程是:脫水塔1接收95%(體積分數)酒精,頂部的三元恒沸物進入分離器2中,不凝氣體在冷凝器中冷凝,最終經洗滌塔3洗滌。分離器中的貧水相送入脫水塔1中重新利用,富水相經過換熱器6加熱後送入共沸劑回收塔4,以回收其中的環己烷及酒精。
(3)利用環己烷作共沸劑生產無水酒精。
該方法是美國專利。從發酵醪液等任何較稀的原料中,在較高的熱效率下蒸餾無水酒精都比較容易,其設備包括精餾塔、脫水塔和潷析器。利用塔頂引出的蒸汽或釜餾液的熱值將酒精料液預熱,可大幅度提高整個係統的熱效率。
從稀的含水酒精料液中提取無水乙醇的過程,需要用頭餾分汽提塔來除去低沸點雜質,否則該雜質有可能妨礙潷析器中的相分離;用精餾塔來濃縮酒精,並除去沸點雜質,否則該雜質將在上述塔中積聚;用脫水塔除去濃縮酒精中殘餘的水分;在潷析器內,上層(相)中含有較多的共沸劑與少量的酒精和水,下層(相)中基本上由水組成,隻含有少量的酒精和共沸劑,這樣可使共沸劑從料液中分離出來。將塔頂引出的蒸氣對進入精餾塔的稀酒精預熱,在精餾塔內使酒精濃縮,然後在脫水塔內,對酒精進行共沸蒸餾,從脫水塔出來經過冷凝蒸氣中水相與共沸相分離,在精餾塔頂得到的基本是餘餾水。具體操作按工藝流程進行。
(4)用戊烷作夾帶劑的共沸精餾無水酒精生產 采用戊烷作夾帶劑,戊烷在常壓下的沸點為36.2℃,與乙醇、水形成的共沸溫度,比苯、水、乙醇形成的共沸溫度更低,所以和酒精的沸點差更大,更易和酒精分離。
5.共沸精餾生產無水酒精的質量
共沸精餾生產無水酒精的質量。
(二)分子篩脫水法生產無水酒精
1.生產工藝原理
分子篩是一種硬的顆粒物料,呈圓形或圓柱形,是由矽鋁酸鉀一類的物料經過擠出而得到的,是一類具有骨架結構的矽鋁酸鹽晶體。晶體內的陽離子和水分子在骨架中有很大的移動自由度,可進行陽離子交換和可逆地脫水利用。特殊分子篩對水的吸附作用及可脫附性,在工藝流程上使用多塔交替吸附再生的方式。酒精經汽化器加熱氣化後,再經過加熱至一定溫度進入吸附塔進行吸附過程,同時放熱。當溫度升到一定時,控製係統控製相關閥門的切換,使吸附塔由吸附狀態進入解吸狀態,從而完成吸附塔的再生。解吸時,塔溫逐漸降低,解吸停止,通過閥門切換,進入下一周期的吸附過程。
分子篩牌號是根據其微晶結構內部無數空隙的通稱直徑來確定的。用於酒精脫水的典型牌號為3A,表示其間隙通道的平均直徑為0.3nm。因此,結構內的通道直徑已達到分子規模。水分子能吸附在分子篩結構通道的內表麵,這種物理性質決定了分子篩能分離酒精和水的混合物。當水分子能進入分子篩內部結構並吸附在內表麵上時,由於酒精分子相比之下太大,故直接流出分子篩,而不被分子篩的內部通道所吸附,從而完成了無水酒精的製備。應當注意,酒精-水混合物的篩法過程既可以用液相操作,也可以用氣相操作。當然兩者的操作細節是不同的。
2.分子篩法生產無水酒精的優點
①高度自動化,無人操作;②脫水能力強,脫水深度高,可使無水酒精含水量小於0.01%(體積分數);③使用壽命長;④操作溫度低,能耗少,操作成本低,節省費用;⑤流程短,裝置投資省;⑥無任何汙染及三廢排放;⑦酒精回收率高;⑧得到的產品質量高;⑨設備緊湊,占地麵積小。因此,目前分子篩吸附脫水得到廣泛應用,其設備與技術以絕對優勢成為燃料乙醇生產企業的首選。
3.分子篩生產無水酒精工藝
分子篩生產無水酒精裝置。分子篩生產無水酒精有兩種工藝:一種是以酒精為原料在蒸餾塔回收生產無水酒精;另一種是在一個用汽化液體進料的專用塔回收生產無水酒精。
(1)蒸餾塔回收流程 本流程的特點是將還原分子篩填料柱排出的低濃度酒精,在回收塔中濃縮成95%的酒精,再進入係統。
(2)專用塔回收流程 本流程的特點是將還原分子篩填料柱排出的低濃度酒精,送到專用塔去濃縮,先濃縮成95%(體積分數)的酒精,再進入係統。
以上產品蒸氣被冷凝後送去貯存。為節約能源,可利用酒精產品蒸氣預熱液體進料,循環液在蒸餾之前被加熱。
(三)離子交換脫水法生產無水酒精
1.離子交換裝置
離子交換裝置。
2.樹脂的選擇與轉型
(1)樹脂的選擇常采用國產732型陽離子交換樹脂(即苯乙烯磺酸型鈉鹽樹脂),需經過轉型與活化處理後才能用於脫水。
(2)樹脂的轉型將Na+型樹脂用水洗淨,再用5%鹽酸在充分攪拌下浸泡3~4次,使Na+型轉化為H+型,然後洗滌、濾幹;再用10%氯化鉀溶液浸泡2~3次,充分攪拌,待接近中性,加少量氫氧化鉀,將浸泡液pH控製在8~9,後用水稍洗一下,濾幹,得K+型樹脂後進一步用0.05mol/L高錳酸鉀溶液浸泡數次,以除去其中的還原物質;最後經水洗、烘幹,即可得到脫水用的K+型樹脂。
3.具體操作方法
(1)工藝流程。
(2)樹脂裝填方法 采用塔徑φ600mm,塔高2800mm的脫水塔。在脫水塔底部花板上鋪上一層鋁環(鋁環規格為φ20mm×30mm,厚度為1mm),然後裝入樹脂,間隔裝填,即一層鋁環,一層樹脂。每塔中幹樹脂約500kg,鋁環約55kg。
(3)交換過程 樹脂裝好後,用夾套及加熱列管在294.2~392.3kPa壓力下蒸汽加熱。塔內減壓,保持10h左右,使樹脂基本無水。然後將塔內溫度冷卻到70℃左右,此時打開進料閥,並保持進出平衡。當出來的酒精含水量接近0.5%時,關閉出料閥,停止脫水操作,所得無水酒精平均含水量0.1%~0.3%。
(4)稀酒精的回收 脫水完成後,在減壓條件下,以蒸汽間接加熱樹脂;回收稀酒精的濃度為70%~80%;集中後簡單蒸餾成濃度90%以上酒精,再與新工業酒精混合使用。
(5)樹脂再生 回收稀酒精後,在真空條件下加熱樹脂,達到無水狀態。如此循環操作。
4.脫水塔選型
(1)塔的交換容積 根據生產實踐經驗:操作周期24h;每1kg幹樹脂,每批得到無水酒精0.7kg;每100kg幹樹脂,所需操作體積140L。
(2)塔徑及塔高 塔徑φ600mm,塔高2800mm。
(3)塔的傳熱麵積 除塔身夾套外,塔內設加熱管,全部加熱麵積為8m3。塔的傳熱盡可能均勻,以便縮短稀酒精回收及樹脂烘幹時間。
5.主要原料規格及單耗
(1)工業酒精 酒精含量≥94.5%,單耗1.2~1.25t/t。
(2)732型陽離子交換樹脂 交換量≥4.5mol/g,粒度:16~50目占95%以上。
(四)用玉米粉等有機物作吸附劑製無水酒精
玉米澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米粉、纖維素、甘蔗渣等都可作脫水劑,其中玉米粉對酒精-水蒸氣的吸水、脫水和玉米粉的再生過程都十分穩定,試驗證明,采用通過20目的玉米粉填充吸附塔,會造成很低壓力降,因此,可以和酒精增濃塔連接在一起,操作也比較容易。
(五)應用可溶性鹽製無水酒精