乙醇蒸馏主机塔器配套规范研究

许开天

【摘 要】根据长期从事化工塔器及酒精(乙醇)工程科研开发的经验,并参考国内外有关文献,首先在国内开展乙醇蒸馏主机塔器配套规范的研究,内容包括96%(v/v)酒精产量为0.3～100万t/a共23个系列. 【期刊名称】《化工装备技术》 【年(卷),期】2010(031)006 【总页数】5页(P41-45)

【关键词】乙醇;蒸馏;塔器;配套规范 【作 者】许开天

【作者单位】南京创新精馏技术设计研究所 【正文语种】中 文

笔者常遇到有关酒精蒸馏机组配套方面的咨询,但对此问题的解答并非三言两语能说清楚的。因为其涉及的因素比较多,包括原料的品种质量、发酵醪的质量及所含酒精成分的多寡,还有各单位的具体情况、塔器塔型的选用、技术参数的选用、操作及管理人员素质的差异等诸方面。尤其是工艺路线的不同会使工艺装置截然不同。 笔者将长期从事化工塔器及酒精工程方面的科研和发明创新实践活动所获得的经验体会,并参阅国内外有关文献,就乙醇(酒精)蒸馏和精馏机组塔器主机方面的配套规范提出自己的见解,供大家参考。

日本《酒精手册》中的酒精蒸馏机组规范表如表1所示。

笔者在研究分析表1中所列数据及其相互关系的基础上,经进一步细化,又列出较为详细的分析表,见表2。其中按10个系列分别计算出了下列相应的衍生的相关技术参数:醪液的日处理量和小时处理量,酒精的日产量、小时产量,醪塔的塔径、截面积、单位负荷量[按m3/(m2·h)计],精馏塔的塔径、截面积、单位负荷量[按t/(m2·h)计]等。按以上这些关系参数,当可为本文的展开讨论提供线索和依据。

根据表1和表2的数据来分析,再加上笔者的实践和设计经验,可判定日本机组所采用的塔型极有可能为老式泡罩型塔,故其单位负荷能力极低。

在此不妨设想,如果采用笔者所发明、研制、设计的多种新型塔板和专利技术,装备各组塔器,模拟取代日本机组中的醪塔和精馏塔,则两塔的塔径可大为缩减,而醪液的处理量则相同。现以笔者的新型化工塔器NSD型、SD型和NWD型、NW型、SDJ/SD型精馏塔和醪塔为例,仅按“中等负荷”计算所需塔径,也按10个系列的不同生产能力加以对比,即可清楚地看出其中差异之处和奥妙所在。在此,请允许权且按“中国机组”之名与之作一比较,如表3所示。其中精馏塔的单位负荷能力按醪液酒精含量的折中数值10%计。

从表3“日本机组”与“中国机组”的比较中可看出,在醪液处理量对等的条件下,后者醪塔和精馏塔的塔径较大幅度地下降,而单位处理负荷能力则大幅度地上升。其中以10号机组为例,“中国机组”的醪塔塔径比“日本机组”缩小达1 000 mm,而单位负荷能力增加至2.25倍;精馏塔塔径缩小700 mm,而单位负荷能力增加到1.887倍。由此可见,醪液处理量相同之机组,其材料、投资、安装所占面积、土建、能耗等项均可相应地缩减。再从其他国外引进的装备来看,也有类似的情况。如我国宿州特级酒精厂引进法国Speich im公司的机组,年产1.5万t,其中醪塔直径为2 m。但按笔者之见,塔径1.5 m足矣。此外,所用方形浮阀板也非最先进之术。 近些年来,笔者对新生代塔器机组作了一些研究。笔者在2002年曾为吉林省乾安酒精公司设计了年产5万t酒精的五塔系精馏机组,并命名其为“新生代顺压差节

能优质型酒精精馏机组。”目前,该机组实际已达6万t/a酒精,经历了实践的检验。 新生代顺压差节能优质型酒精精馏机组如图1所示,有关技术分析数据如表4所示。 该机组达到了21世纪初的先进水平,故称之为“新生代”。该机组系由醪-精耦合型塔(上部为精馏段,下部为醪液段,具有醪塔、精塔的双重功能)、杂质集中处理塔、二精塔、高纯化塔等组成,其充分利用各塔顺次的压差、温差、位差,也有别于国外技术倒压差法(即差压法),故谓之“顺压差”,或称“顺差法”。为了节能起见,充分利用余热,采用二次预热,使醪塔的进料温度高达88～95℃,实施近沸点或沸点进料,可以大量节能,同时又将精馏塔之精馏段置于醪塔之上,实施优化组合更趋节能化;各塔底均采用再沸器加热,仅由醪塔底再沸器一处供应直接蒸汽,其余均利用二次蒸汽及凝液加热,最终热凝水入锅炉房作进水之用,故热能可充分利用。再加之发酵采用浓醪发酵,故本方案的节能(蒸汽)十分显著,汽耗之低可达先进之列。同时,又采用强制回流与自然回流相结合方法。在本方案中醪-精组合塔因塔身较高,为节省建筑费用,故采用强制回流,其余各塔均采用自然回流,这样就比全部强制回流相应减少了设备。电耗低,其电耗仅为差压蒸馏法(国外差压蒸馏方案每吨酒精电耗高达160～180 kW)之1/20左右,故谓之节能型。为提高产品质量,又采用低沸物超前分离工艺、化学处理法、塔内反应接触法、卡头去尾法、杂醇类高沸物分离法等相结合,并采用了多个巴氏净化区,如此结合可有效地分离杂质,确保质量,故谓之“优质型”。 该工艺路线中的主体设备系采用笔者的数个国家专利及南京创新精馏技术设计研究所的科研成果,其对节能优质高产将提供有力的基础保证。其中醪塔所采用之塔板,比相同塔径之老式圆泡罩板每吨酒精可节约700 kg蒸汽;其抗污性能优异,长期运行而不堵塔;所有塔器的内部结构均采用顺流型(即并流型)结构,具有高汽速、大通量的特点;物料在塔板上的滞留时间短,不易形成新的杂质,同时流体的驱动能力大,元件外形呈流线型抛物型,泥砂等杂物不易滞留。总之,该技术具有节能、优质、抗污性能好等综合性能优异之特性。

笔者在综合分析国内外有关酒精蒸馏装备的基础上并结合个人的实践经验,经过详细的计算推敲,特提出主机塔器配套规范,详见表5。

(1)在机组塔器配套方面,首先要抓住塔型的优化选择,因为其涉及塔板等汽液接触装置的传热传质效率及单位负荷等核心技术。尽量选用新型高效节能装置。如欲采用醪-精耦合塔,可将精塔精馏段置于醪塔顶部。

(2)老式泡罩塔对历史作出了巨大的贡献,但在如今新的历史时期可能要逐步“退休”,而以新生代塔器取而代之。这是技术发展的必然规律。

(3)与此同时,在生物工程方面应加强发酵技术的研究,向高浓度、高酒精度方向发展,达到节能、高效和优质三者的完美结合。

【相关文献】

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