酒精生产精馏工艺和热耦合方式发展分析

酒精生产精馏工艺和热耦合方式发展分析

孟凡铁

吉林中粮生化能源销售有限公司  151100

摘要：高纯度酒精是符合国家酒精标准的酒精产品，主要应用于食品、医药和石油化工领域，包括食品、燃料和工业酒精以及医疗酒精。酒精生产过程中，首先通过酵母产生乙醇，然后通过蒸馏分离乙醇和固体废物，最后通过各种纯酒精收集方法。最常见的方法是蒸馏、蒸馏、连接、与乳液分离、气动等。酵母的工业成分复杂，五塔蒸馏法是国内外制备高纯度酒精最常用的方法。原则是成熟的烤鸡(乙醇质量值10%)加热后引导塔进入粗塔，通过热引导塔进入水净化塔，去除部分Kelse和酸，将塔蒸馏到塔中，分离塔后从侧壁抽走半精饮料，然后将甲醇排出塔中，从蒸馏塔中获得合格的酒精产品。

关键词：酒精生产；精馏工艺；热耦合

引言

酒精工业在国民经济中占有重要地位，主要用于代替部分汽油作为燃料，调制酒精饮料以及化工、医药行业，锂电池电解液溶剂等。随着经济发展和社会进步，酒精生产规模不断扩大，新建单套装置产能可达30万吨/年，酒精产能迅猛发展，2021年我国食用酒精和工业酒精产能约1600万吨。酒精生产主要指以玉米和木薯等淀粉质为原料，经过粉碎、液化、糖化、发酵和酒精分离等工艺制成酒精产品。目前精馏是企业实现酒精分离采用的最普遍的方法，精馏后乙醇浓度很高，同时酒精损失极少。但是精馏工艺能耗高，占酒精生产过程的50%～80%。“热耦合”主要指利用低品位余热作为热源，将其直接或者升级后通过直接或者间接方式供热，是一种简单易行的节能手段。在酒精生产中，精馏系统中的热耦合主要通过闪蒸或差压热交换方式来实现。在精馏工艺设计中，如何通过精馏设计和计算，实现能量梯级利用，是实现热耦合的关键。通过热耦合能够降低精馏能耗，提高精馏工艺先进性。

1理论

精馏是该行业最有效的分离技术之一，广泛应用于乙醇生产。将材料送入精馏塔时，由于性质不同，塔或填料之间的空气中多次吸入材料，从而使液体中低沸点组成为较低熔点组，从而达到组分离的目的。但存在几个问题:第一，乙醇生产从蒸馏塔底部抽取水，乙醇导致塔顶高度污染，类似于其沸点。第二:乙醇和水具有共同沸点，乙醇质量值不能通过简单的微调提高95.6%。此外，乙醇生产需要多个精馏塔同时运行，这可能导致巨大的功耗和高昂的成本。吸收剂用于根据化学和物理特性简单地将化学物质绑定到吸收剂上，通常从罐中提取，如果是液体物质，从罐中提取到大气中，由于扩散率低而吸入较大颗粒，并且类似吸附剂表面极性的化学物质更容易吸收。纯酒精对吸收剂的影响要求吸收剂具有良好的非极性表面和较大的间隙分布，因为乙醇是可能含有不同种类颗粒的两极分化。在水处理中，动态煤层开采和活性铝是最常用的吸收手段。膜分离是一种通过半透明膜选择性分离分子级不同半径混合物的技术。渗透调节分离机理是一种分子分解机制，由三个步骤组成:从送料到终膜的分子选择性吸附剂；二、分子通过膜基的扩散；三、浸润侧排气相。材料的正确温度随加热装置一起提供，除冷却电容器外，通过膜两侧的选择性分离膜和真空泵增加分离。由于随后的有效真空泵和吸油步骤运行迅速，融合分离率是溶液和传播率的函数。渗滤技术的工业应用包括去除有机组分、溶剂残留和有机/有机化合物从废水处理厂排出。

2热耦合方式存在问题

发动机塔主要是蒸馏内部热耦合。该工艺能耗较低，利用各级热开发，大大降低了能耗。发动机的缺点主要是工艺冗长，蒸汽要求高，设备投资增加。温度较高，原材料较弱，自由浮动材料发生变化(例如稻谷)可能导致交通堵塞，给经营造成经济负担；高温下DDGS颜色深度和售价低易受影响；差压温度计深度耦合降低了设备的灵活性。完全压缩精馏过程的热耦合是液态、精细和蒸发的。其中考虑到了机组与机组之间的整体热耦合，工艺简单，设备投资低。低温、稳定的原料、较低的涡轮温度、较好的堵塞和DDGS深度解决方案。

3精馏系统优化建议

3.1跨单元外部热耦合

（1）蒸发与精馏耦合。酒精生产中蒸发浓缩产生的低品位二次蒸汽，需冷凝后排到无水工序处理，增加无水工序处理成本。MVR技术能够将低品位蒸汽转换为高品位蒸汽。可以利用蒸发浓缩产生的低品位二次气，经过MVR提高二次气品位，作为粗塔热源，降低精馏能耗。（2）蒸馏与液化耦合。酒精生产中的液化工艺可以采用多级闪蒸液化工艺，将精馏蒸汽凝液闪蒸，作为液化闪蒸气热源，降低液化工段蒸汽消耗。利用蒸汽凝水闪蒸时，要系统考虑经济性。酒精生产工艺在设计时考虑将精馏和干燥单元一次蒸汽凝水闪蒸后的热进行回收利用，以减少蒸汽消耗。由于蒸汽凝水可以直接作为锅炉给水，部分凝液闪蒸后，导致返回电厂的蒸汽凝液量减少，需要额外补充新鲜水，新鲜水温度较低，并且要经过处理才能进入锅炉，需要额外增加成本，因此在进行凝液闪蒸时，要进行成本核算。（3）精馏与公用工程耦合。精馏过程产生许多余热，利用精馏的余热进行制冷也是降低能耗的一种方法。酒精生产过程需要较多冷却过程，公用工程配有电驱或蒸汽驱动的冷冻水用于冷却。精馏产生的高温酒精气需要降温，通过热交换将酒精气冷凝的热利用，将68℃热水加热到90℃中温热水，用于驱动余热水型制冷机，生产12℃冷冻水，可以减少公用工程制冷机组的频繁启机，降低装置蒸汽或电耗。

3.2精馏塔最佳进料位置

在确定精馏塔板数为37和回流比为9后，30塔的初始进料位置，塔的乙醇质量值为94.61%。使用敏感度分析模块研究进料位置如何影响热载荷和废乙醇。随着供料位置的增加，塔出口乙醇质量评价迅速提高，速度下降。对反应堆加热负荷的影响基本上与乙烯基含量变化趋势相同，因为第五塔有一个弯折。当供料位置进一步提高时，趋势逐渐稳定，进入点35片时乙醇质量评价为94.61片。因此，膜分离强化溶液中40%的乙醇质量值是集中液输送位置的灵敏度分析，研究其对精馏塔塔顶的乙醇质量分数和再沸器热负荷的影响很有必要。塔高乙醇值随浓度液体变化控制的增加以及原料药对顶乙醇的影响，变化幅度约为原料药的3.65%，因此塔高乙醇质量点值为87-95%，最大值为94.62%(如果引入点为34)。塔是；为了达到塔上期望的乙醇浓度，浓缩液体的输送位置从上到下发生变化，活塞的热负荷增加，但仅在226千瓦到231千瓦之间。25块板后，进料相对稳定。因此，选择第34块塔板作为浓缩液体的入口位置。

结束语

精馏是酒精生产过程中不可缺少的化工单元。原料的多样化带来的堵塔等问题，必将推动酒精工艺流程的优化与升级。优化的热耦合设计对装置节能起到积极作用。随着新技术不断出现，及时升级酒精生产工艺，使酒精生产更加节能、环保，能够增强企业核心竞争力，促进酒精产业健康发展。

参考文献

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