專利名稱：用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置和乙醇脫水系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及無水乙醇生產領域，更具體地說，涉及一種用于生產無水乙醇的 蒸汽滲透膜裝置和乙醇脫水系統(tǒng)。
背景技術：
乙醇是一種重要的基礎工業(yè)原料，廣泛應用于醫(yī)藥、日化、油墨涂料、化工中間體 和燃料等領域，還可作為酒基、浸出劑、洗滌劑、溶劑、表面活性劑等。工業(yè)乙醇的主要來源 是石油經過在催化劑和高溫條件下裂化長鏈有機化合物而得到的，近期國際原油價格大幅 飚升，能源問題與國計民生息息相關，替代能源的發(fā)展，正受到越來越多的關注。由于世界 石油資源逐年減少，且不可再生，而乙醇在空氣中燃燒充分，無污染，且燃燒值較大，乙醇燃 料成為最佳替代能源之一。乙醇俗稱酒精，以小麥、玉米、高粱、薯類、糖蜜或植物纖維等為原料，經液化糖化、 發(fā)酵、蒸餾制備得到，被稱為綠色能源。將乙醇脫水為無水乙醇后，再加上適量變性劑形成 燃料乙醇。將燃料乙醇和汽油按一定比例混配使用，可形成一種新型車用燃料——乙醇汽 油。乙醇汽油又是環(huán)保燃料，正被廣泛應用，因此乙醇，就具有典型的替代能源概念。研究 表明，乙醇調入汽油后，汽油中的辛烷值及含氧量明顯升高，可以促進汽油的燃燒，而且還 可以降低汽車尾氣的排放，也就是說，乙醇不僅可以起到節(jié)能效果，而且還可以起到環(huán)保效 果。在目前石油價格高以及汽車尾氣困擾城市大氣環(huán)境的背景下，推廣乙醇汽油也就成為 大勢所趨。目前國內大多數(shù)燃料乙醇的生產采用蒸餾塔對燃料乙醇進行蒸餾脫水，而采用普 通的兩塔蒸餾制成的燃料乙醇，其最高質量濃度只能達到95%。此時，乙醇和水形成了恒沸 物，用普通的蒸餾方法進行脫水很困難，并且蒸餾的能耗較大。為了提高乙醇濃度，去除多 余的水分，需要提供一種能夠充分有效地分離出乙醇中的水分，對乙醇進行脫水處理制成 無水乙醇的裝置。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)的燃料乙醇生產過程的脫水處理工藝中兩塔蒸 餾的分離脫水效果較差的缺陷，而提供一種能夠有效分離脫水所述燃料乙醇的蒸汽滲透膜 裝置和乙醇脫水系統(tǒng)。根據(jù)本實用新型的一個方面，提供了一種用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置， 其中，所述蒸汽滲透膜裝置包括筒體，該筒體具有第一入口、第一出口和第二出口 ；兩個端板，該端板設置在所述筒體的內部，密封地將所述筒體的內部空間分隔為
第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口與第一腔室連通，所述第一出口與第二腔室 連通，所述第二出口與第三腔室連通；濾芯，該濾芯設置在所述端板之間，固定于所述第二腔室內，該濾芯的第一端與所述第一腔室連通，第二端與所述第三腔室連通。優(yōu)選地，所述筒體還包括第二入口，所述第二入口與所述濾芯的第二端連通。根據(jù)本實用新型的另一個方面，提供了一種用于生產無水乙醇的乙醇脫水系統(tǒng)， 該乙醇脫水系統(tǒng)包括粗餾塔，該粗餾塔對發(fā)酵液進行蒸餾脫水，從而生成乙醇和水的混合 物料流，其特征在于，該系統(tǒng)還包括蒸汽滲透膜裝置，該蒸汽滲透膜裝置包括筒體，該筒體具有第一入口、第一出口和第二出口 ；兩個端板，該端板設置在所述筒體的內部，密封地將所述筒體的內部空間依次分
隔為第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口與第一腔室連通，所述第一出口與第二 腔室連通，所述第二出口與第三腔室連通；濾芯，該濾芯設置在所述兩個端板之間，固定于所述第二腔室內，該濾芯的第一端 與所述第一腔室連通，第二端與所述第三腔室連通；所述乙醇和水的混合物料流通過所述第一入口進入所述蒸汽滲透膜裝置的筒體 內，進行脫水處理后獲得的無水乙醇通過所述第二出口流出所述筒體，而在所述第二腔室 內生成的乙醇和水的混合氣體通過所述第一出口流出所述筒體。優(yōu)選地，所述乙醇脫水系統(tǒng)還包括冷凝器，該冷凝器接收所述乙醇和水的混合氣體，對該乙醇和水的混合氣體進行 冷凝成為液體；儲液罐，該儲液罐接收冷凝器冷凝生成的液體；和真空泵，該真空泵將所述儲液罐(40)中的氣體排空。優(yōu)選地，所述筒體還包括第二入口，所述第二入口與所述濾芯的第二端連通，一部 分無水乙醇通過第二入口再次進入所述濾芯內。按照本實用新型所提供的用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置和乙醇脫水系統(tǒng)， 當對所述乙醇和水的混合物料流進行處理時，乙醇和水的混合物料流通過第一入口進入筒 體內，由于筒體內的濾芯采用膜滲透的方法對該乙醇和水的混合物料流進行脫水處理，從 而將獲得的無水乙醇通過第二出口排出，將隨之生成的低酒精度的乙醇和水的混合氣體通 過第一出口排出，從而實現(xiàn)了對乙醇和水的混合氣體的脫水處理。由于利用濾芯的膜滲透方法實現(xiàn)對乙醇和水的混合氣體的脫水處理，因而與傳統(tǒng) 的蒸餾處理的方法相比，能夠更為有效地分離出乙醇中的水分，提高無水乙醇中乙醇的濃 度，且降低能耗。優(yōu)選地，所述濾芯為致密高聚物膜，更優(yōu)選地為聚酰亞胺過濾膜。優(yōu)選地，所述濾芯為中空纖維膜。優(yōu)選地，所述第一入口設置在所述筒體的左端面，所述第二入口設置在所述筒體 的右端面，所述第一出口和第二出口設置在所述筒體的側圓周上。本實用新型的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式
部分予以詳細說明。

附圖是用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本實 用新型的具體實施方式
一起用于解釋本實用新型，但并不構成對本實用新型的限制。在附 圖中[0028]圖1為傳統(tǒng)的無水乙醇生產過程中的脫水處理的工藝流程圖；圖2為根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式的蒸汽滲透膜裝置的結構示意圖；圖3為根據(jù)本實用新型的另一種優(yōu)選實施方式的蒸汽滲透膜裝置的結構示意圖； 和圖4為根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式的乙醇脫水系統(tǒng)的工藝流程圖。附圖標記說明1 筒體2濾芯3第一入口[0034]4第二入口5第一出口6第二出口[0035]7第一腔室8第二腔室9第三腔室[0036]10兩個端板11第一端12第二端[0037]20蒸汽滲透膜裝置30冷凝器40儲液罐[0038]50真空泵60粗餾塔
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細說明。應當理解的是，此處 所描述的具體實施方式
僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限制本實用新型。如圖2所示，本實用新型所提供的用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置20的一種 實施方式包括筒體1，該筒體具有第一入口 3、第一出口 5和第二出口 6 ；兩個端板10，該端板設置在所述筒體的內部，密封地將所述筒體的內部空間分隔 為第一腔室7、第二腔室8、第三腔室9，所述第一入口 3與第一腔室7連通，所述第一出口 5 與第二腔室8連通，所述第二出口 6與第三腔室9連通；濾芯2，該濾芯設置在所述端板之間，固定于所述第二腔室8內，該濾芯的第一端 11與所述第一腔室7連通，第二端12與所述第三腔室9連通。如圖3所示，本實用新型提供的用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置20的另一種 實施方式的筒體1還包括第二入口 4，所述第二入口 4與濾芯2的第二端12連通。如上所述，第一入口 3設置在所述筒體1的左端面，所述第二入口 4設置在所述筒 體1的右端面，所述第一出口 5和第二出口 6設置在所述筒體1的側圓周上。筒體1通常為筒形，例如，可以為圓柱形筒或者矩形筒。該筒體1具有中空的內腔， 用于容納兩個端板10和濾芯2。在筒體1上設置有第一入口 3、第二入口 4、第一出口 5和 第二出口 6，其中，第一入口 3用于接收乙醇和水的混合氣體，該混合氣體的酒精度大約為 55% v/v，是由發(fā)酵液(酒精度大約為9% -12% ν/ν)經過粗餾塔蒸餾初步處理生成。通 過第一入口 3進入筒體1內部的乙醇和水的混合氣體進入第一腔室7，并通過與第一腔室7 連通的第一端11進入濾芯2內，進行膜滲透的進一步脫水處理。經過進一步脫水處理生成 的無水乙醇通過第二端12進入第三腔室9，并通過與第三腔室9連通的第二出口 6排出到 所述筒體1外，成為無水乙醇成品，所述無水乙醇成品的酒精度大約為99. 5% ν/ν。而伴隨 生成的少量乙醇和水的混合氣體滲透到第二腔室8內，并通過與第二腔室8連通的第一出 口 5排出到筒體外，等待進一步處理。所述兩個端板10密封地將所述筒體1的內部空間分隔為三個腔室，使得由所述第一入口 3進入所述筒體1內的乙醇和水的混合氣體經過第一腔室7，進入所述濾芯2內，而 不會產生滲漏，使得所述乙醇和水的混合氣體不會未經過膜滲透處理而直接由所述第一出 口 5流出。此外，滲透到濾芯外部的第二腔室8內的少量乙醇和水的混合氣體也不會泄露 到第三腔室9中，因此再次與成品無水乙醇混合通過所述第二出口 6排出，而只能由所述第 一出口 5排出筒體1。因此，實現(xiàn)了膜滲透過程中各組分的嚴格分離，使得脫水處理過程更 加徹底。所述濾芯2通常為中空管狀，優(yōu)選地，所述濾芯2為中空纖維膜，該濾芯2設置在 所述兩個端板10之間，由所述兩個端板10固定在所述第二腔室內，該濾芯2的第一端11 與所述第一腔室7連通，第二端12與所述第三腔室9連通，并且其體積小于所述第二腔室 的體積，使得滲透到濾芯外部的少量乙醇和水的混合氣體易滲透分離，使得乙醇和水的分 離更容易實現(xiàn)。所述濾芯2由具有過濾分離功能的膜材料制成，優(yōu)選地，所述濾芯為致密高聚物 膜，更優(yōu)選地為聚酰亞胺過濾膜，由于水蒸氣在膜內的溶解系數(shù)和擴散系數(shù)都大大高于乙 醇蒸汽的溶解系數(shù)和擴散系數(shù)，當乙醇和水蒸汽的混合物進入中空纖維膜的內部時，水蒸 汽優(yōu)先透過膜，在中空纖維膜的外部，即滲透側得到含有少量乙醇的混合物，在膜的截留側 得到脫水后的無水乙醇，從而可以實現(xiàn)水和乙醇的分離。其中，一部分無水乙醇通過第二入 口 4再次進入所述濾芯2內，穩(wěn)定膜內部和膜外部的分壓差，保證分離過程的連續(xù)穩(wěn)定。通過以上對本實用新型所提供的蒸汽滲透膜裝置20的主要結構進行了描述，由 于該蒸汽滲透膜裝置20利用濾芯2的過濾脫水作用來實現(xiàn)對所述發(fā)酵液進行脫水處理，因 而能夠獲得更為充分的脫水效果，提高了無水乙醇產品的酒精度。根據(jù)本實用新型還提供了一種用于生產無水乙醇的乙醇脫水系統(tǒng)，根據(jù)該乙醇脫 水系統(tǒng)的一種實施方式，該乙醇脫水系統(tǒng)包括粗餾塔60，該粗餾塔60對發(fā)酵液進行蒸餾脫 水，從而生成乙醇和水的混合物料流，該系統(tǒng)還包括蒸汽滲透膜裝置20，該蒸汽滲透膜裝置 20包括筒體1，該筒體具有第一入口 3、第一出口 5和第二出口 6 ；兩個端板10，該端板設置在所述筒體1的內部，密封地將所述筒體1的內部空間依 次分隔為第一腔室7、第二腔室8、第三腔室9，所述第一入口 3與第一腔室7連通，所述第一 出口 5與第二腔室8連通，所述第二出口 6與第三腔室9連通；濾芯2，該濾芯設置在所述兩個端板之間，固定于所述第二腔室8內，該濾芯的第 一端11與所述第一腔室7連通，第二端12與所述第三腔室9連通。所述乙醇和水的混合物料流通過所述第一入口 3進入所述蒸汽滲透膜裝置20的 筒體1內，進行脫水處理后獲得的無水乙醇通過所述第二出口 6流出所述筒體1，而在所述 第二腔室8內生成的乙醇和水的混合氣體通過所述第一出口 5流出所述筒體1。優(yōu)選地，所述乙醇脫水系統(tǒng)還包括冷凝器30，該冷凝器30接收所述乙醇和水的混合氣體，對該乙醇和水的混合氣體 進行冷凝成為液體，在膜的滲透側形成低壓，使得膜內部和膜外部形成分壓差；儲液罐40，該儲液罐40接收冷凝器30冷凝生成的液體，所述液體重新進入粗餾塔 60進行蒸餾脫水；真空泵50，該真空泵50將所述儲液罐40中的氣體排空，使乙醇脫水系統(tǒng)內部的壓
6力不會過高。根據(jù)該乙醇脫水系統(tǒng)的另一種實施方式，所述筒體1還包括第二入口 4，所述第二 入口 4與所述濾芯2的第二端12連通，一部分無水乙醇通過第二入口 4再次進入所述濾芯 2內。所述蒸汽滲透膜裝置20為本實用新型所提供的蒸汽滲透膜裝置，其中，所述乙醇 和水的混合物料流通過所述第一入口 3進入所述蒸汽滲透膜裝置20的筒體1內，進行脫水 處理后獲得的無水乙醇蒸汽通過所述第二出口 6流出所述筒體1，其中一部分低酒精度的 無水乙醇通過第二入口 4再次進入所述濾芯2內，穩(wěn)定膜內部和膜外部的分壓差，而在所述 第二腔室8內生成的乙醇和水的混合氣體通過所述第一出口 5流出所述筒體。如圖4所示，圖4為根據(jù)本實用新型的一種優(yōu)選實施方式的乙醇脫水系統(tǒng)的工藝 流程圖。首先經過發(fā)酵的酒精度為9% -12% ν/ν的發(fā)酵液進入粗餾塔60進行蒸餾脫水， 生成酒精度為55% ν/ν的乙醇和水的混合氣體，進入本實用新型所提供的蒸汽滲透膜裝置 20，通過所述蒸汽滲透膜裝置內由滲透膜制成的濾芯2對該乙醇和水的混合物進行滲透分 離脫水處理，將獲得的無水乙醇通過第二出口 6排出，將隨之生成的乙醇和水的混合氣體 通過第一出口 5排出，從而實現(xiàn)了對乙醇和水的混合氣體的脫水分離處理。附帶生成的乙醇和水的混合氣體其酒精度較低，該混合氣體通過第一出口 5排出 后，進入冷凝器30內進行冷凝成為液體，在膜的滲透側形成低壓，使膜的滲透側和截留側 形成分壓差，為混合氣體的滲透過程提供動力，從而提高滲透分離過程的效率。此外，所述 液體重新進入粗餾塔60進行蒸餾脫水，循環(huán)上述過程，達到了物料的再次利用，提高了原 料的利用率和產品的產出率。而乙醇脫水系統(tǒng)產生的二氧化碳廢氣通過真空泵50排出。比較圖3的工藝和圖1的工藝可知，主要的區(qū)別在于用本實用新型所提供的蒸汽 滲透膜裝置20代替?zhèn)鹘y(tǒng)的精塔和分子篩脫水，從而克服了傳統(tǒng)精塔和分子篩脫水所帶來 的各種缺陷。由于利用蒸汽滲透膜裝置20的濾芯的膜滲透方法實現(xiàn)對乙醇和水的混合氣體的 脫水處理，單級就能達到很高的分離度，能夠獲得酒精度更高的無水乙醇，提高了產品的質 量。而且膜滲透的方法比傳統(tǒng)的恒沸精餾法能耗低，能夠節(jié)約能源，降低成本，過程簡單，易 于操作，不引入其它化學試劑，避免了環(huán)境污染。需要說明的是，在上述具體實施方式
中所描述的各個具體技術特征，可以通過任 何合適的方式進行任意組合，其同樣落入本實用新型所公開的范圍之內。另外，本實用新型 的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本實用新型的思想，其同 樣應當視為本實用新型所公開的內容。以上結合附圖詳細描述了本實用新型的優(yōu)選實施方式，但是，本實用新型并不限 于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本實用新型的技術構思范圍內，可以對本實用新型的技 術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述蒸汽滲透膜裝置(20)包括筒體(1)，該筒體具有第一入口(3)、第一出口(5)和第二出口(6)；兩個端板(10)，該端板設置在所述筒體的內部，密封地將所述筒體的內部空間依次分隔為第一腔室(7)、第二腔室(8)、第三腔室(9)，所述第一入口(3)與第一腔室(7)連通，所述第一出口(5)與第二腔室(8)連通，所述第二出口(6)與第三腔室(9)連通；濾芯(2)，該濾芯設置在所述兩個端板之間，固定于所述第二腔室(8)內，該濾芯的第一端(11)與所述第一腔室(7)連通，第二端(12)與所述第三腔室(9)連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述筒體(1)還包括第 二入口(4)，所述第二入口(4)與所述濾芯(2)的第二端(12)連通。
3.根據(jù)權利要求1所述的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述濾芯(2)為致密高 聚物膜。
4.根據(jù)權利要求1所述的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述濾芯(2)為聚酰亞 胺過濾膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述濾芯(2)為中空纖維膜。
6.根據(jù)權利要求2所述的蒸汽滲透膜裝置(20)，其特征在于，所述第一入口(3)設置 在所述筒體(1)的左端面，所述第二入口(4)設置在所述筒體(1)的右端面，所述第一出口 (5)和第二出口(6)設置在所述筒體(1)的側圓周上。
7.一種用于生產無水乙醇的乙醇脫水系統(tǒng)，該乙醇脫水系統(tǒng)包括粗餾塔(60)，該粗餾 塔對發(fā)酵液進行蒸餾脫水，從而生成乙醇和水的混合物料流，其特征在于，該系統(tǒng)還包括蒸 汽滲透膜裝置(20)，該蒸汽滲透膜裝置(20)包括筒體(1)，該筒體具有第一入口(3)、第一出口(5)和第二出口(6)； 兩個端板(10)，該端板設置在所述筒體的內部，密封地將所述筒體的內部空間依次分 隔為第一腔室(7)、第二腔室(8)、第三腔室(9)，所述第一入口(3)與第一腔室(7)連通，所 述第一出口(5)與第二腔室(8)連通，所述第二出口(6)與第三腔室(9)連通；濾芯(2)，該濾芯設置在所述兩個端板之間，固定于所述第二腔室(8)內，該濾芯的第 一端(11)與所述第一腔室(7)連通，第二端(12)與所述第三腔室(9)連通，所述乙醇和水的混合物料流通過所述第一入口(3)進入所述蒸汽滲透膜裝置的筒體 (1)內，進行脫水處理后獲得的無水乙醇通過所述第二出口(6)流出所述筒體，而在所述第 二腔室(8)內生成的乙醇和水的混合氣體通過所述第一出口(5)流出所述筒體。
8.根據(jù)權利要求7所述的乙醇脫水系統(tǒng)，其特征在于，所述乙醇脫水系統(tǒng)還包括 冷凝器(30)，該冷凝器接收所述乙醇和水的混合氣體，對該乙醇和水的混合氣體進行冷凝成為液體；儲液罐(40)，該儲液罐接收冷凝器冷凝生成的液體；和 真空泵(50)，該真空泵將所述儲液罐(40)中的氣體排空。
9.根據(jù)權利要求8所述的乙醇脫水系統(tǒng)，其特征在于，所述筒體(1)還包括第二入口 (4)，所述第二入口(4)與所述濾芯(2)的第二端(12)連通，一部分所述無水乙醇通過第二 入口(4)再次進入所述濾芯(2)內。
專利摘要一種用于生產無水乙醇的蒸汽滲透膜裝置，包括筒體，該筒體具有第一入口、第一出口和第二出口；兩個端板，該端板設置在所述筒體的內部，密封的將所述筒體的內部空間分隔為第一腔室、第二腔室、第三腔室，所述第一入口與第一腔室連通，所述第一出口與第二腔室連通，所述第二出口與第三腔室連通；濾芯，該濾芯設置在所述端板之間。一種用于生產無水乙醇的乙醇脫水系統(tǒng)，包括粗餾塔，該粗餾塔對發(fā)酵液進行蒸餾脫水；蒸汽滲透膜裝置，該蒸汽滲透膜裝置接收乙醇和水的混合物料流，并進行進一步的脫水處理，生成無水乙醇以及乙醇和水的混合氣體。
文檔編號C07C29/76GK201744279SQ20102028645
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月5日 優(yōu)先權日2010年8月5日
發(fā)明者周勇, 周永生, 楊冬, 鄧洲 申請人:安徽豐原生物化學股份有限公司