低压三效乙醇精馏回收工艺的研究

马建智，李　璟，李　超

(广东中科天元新能源科技有限公司，广东　广州　510640)



低压三效乙醇精馏回收工艺的研究

马建智，李璟，李超

(广东中科天元新能源科技有限公司，广东广州510640)

研究了低压三效乙醇精馏回收装置及工艺，并采用流程模拟软件ASPEN Plus对工艺进行模拟优化，结果显示：相比传统两塔差压精馏工艺，低压三效精馏工艺蒸汽消耗降低了38.9%，对蒸汽品位的要求相当。相比普通三效精馏工艺，低压三效精馏工艺蒸汽消耗降低了10.8%，对蒸汽品位的要求降低620 kPa，从而对设备的耐高温耐腐蚀性能要求降低，减少了设备投资和维护费用。

乙醇回收；三效精馏；节能

随着轻工、食品、制药、化工等行业飞速发展，作为工业溶剂的乙醇消耗量不断上升，对乙醇的需求快速增加[1-3]。传统乙醇回收装置大多采用间歇釜式、单塔连续精馏或两塔双效精馏[4]。间歇釜式蒸馏工艺简单，但能耗较高，现已逐渐被连续蒸馏回收工艺所替代。单塔单效精馏工艺较间歇釜式蒸馏能耗要低，但产品质量差。双塔双效精馏相比单效精馏能耗进一步降低，产品质量稍高。单塔或双塔工艺多用于中小装置生产，对于大型乙醇回收生产装置，采用双效精馏仍然存在能量大的问题[5-6]。近几年，有人开发了一种普通三效精馏回收乙醇工艺，该工艺在产品质量与能耗上都有很大进步[7-9]。但普通三效精馏工艺对蒸汽品位要求高，高压塔操作压力大，降低了锅炉蒸汽背压发电量。同时，换热器设备投资大，尤其是高压塔进料板式预热器，操作温度达到170～180 ℃左右，需要采用耐高温的密封垫片，更容易发生漏液现象，而且，乙醇原料中含有的氯化钠等电解质成分，在高温下更容易对塔器和换热设备产生，往往需要采用更加昂贵的材料。

本文在现有普通三效精馏乙醇回收工艺的基础上，通过增加真空系统，优化三效精馏工艺中各精馏塔的温度和压力，对工艺路线和能量集成进行更好的配置，开发了低压三效乙醇精馏回收生产工艺。相比普通三效精馏工艺，低压三效乙醇回收工艺能量消耗更低，操作压力也大大降低，设备材质要求也相应降低，从而也减小了设备的固定投资。

1　低压三效精馏回收乙醇工艺

低压三效精馏乙醇回收工艺如图1所示。

主要设备有低压塔、中压塔、高压塔、再沸器、预热器、冷凝器等。

图1　低压三效精馏乙醇回收工艺流程图Fig.1　Process of ethanol recovery by low pressure and three-effect distillation technology

原料稀乙醇经过低压塔顶部酒汽预热后，分成三股。第一股稀乙醇原料经过低压塔废水预热后进入低压塔，低压塔顶部酒汽冷凝后回流，从低压塔顶部塔板上采出成品进入成品罐。第二股稀乙醇经中压塔成品预热后进入中压塔，中压塔顶部酒汽供热低压塔后冷凝回流，从中压塔顶部塔板上采出的成品，预热进料稀乙醇后进入成品罐。通过控制中压塔成品采出量，使中压塔塔底液相乙醇含量为5%～30%(w/w)，中压塔底部液相进入低压塔下部塔板。第三股稀乙醇经高压塔废水预热后进入高压塔，高压塔顶部酒汽冷凝后回流，从高压塔顶部塔板上采出的成品，预热进料稀乙醇后进入成品罐。高压塔的塔底废水进入中压塔塔釜。高压塔采用蒸汽间接加热。成品罐中的成品，经冷却水冷却后送往成品罐区。

2　案例分析

2.1操作工况

与普通三效精馏工艺相比，低压三效乙醇回收工艺增加了真空系统，粗馏塔在负压下运行，这样粗馏塔底部温度可由108 ℃降为88 ℃，同样也降低了中压塔和高压塔的操作压力和操作温度。同时中压塔塔釜乙醇含量控制在5%～30%(w/w)，因为乙醇沸点低，在相同压力下，含一定量乙醇的饱和溶液比水的沸点低，进一步的降低了中压塔的底温，从而也相应的降低了高压塔的操作压力。低压三效乙醇回收工艺的操作参数见表1。

表1　工艺运行参数Table 1　Operating parameters of process

由表1可看出，与普通三效精馏工艺相比，优化后的低压三效乙醇回收工艺操作压力大大降低，极大的减少了中压塔和高压塔的设备投资，中压塔和高压塔的再沸器、预热器和冷凝器的设备厚度也相应降低，对密封垫片的要求也远远小于普通三效精馏工艺。

2.2能耗结果与分析

采用流程模拟软件ASPEN Plus对两塔双效差压工艺、普通三效回收工艺和低压三效回收工艺分别进行模拟。对于乙醇-水体系，采用NRTL-RK模型计算汽液平衡，塔板效率设定为0.6，不计热损失。原料温度为30 ℃，原料质量组成为乙醇42.5%，水57.5%，最终产品乙醇质量分数≥90wt%，塔板单板压降500 Pa，再沸器传热温差≥7 ℃。利用软件模型分析工具中的灵敏度分析、设计规定及优化等功能，对各流程的进料分配比、能耗等进行优化模拟。优化模拟结果见表2。

表2　各流程模拟结果Table 2　Simulation results of each process

由表2可知，在相同的设计基础和产品指标要求下，优化后的低压三效乙醇回收工艺，相比两塔双效差压工艺，蒸汽消耗由0.54吨/吨成品下降为0.33吨/吨成品，下降达38.9%，能耗的大量降低也意味着再沸器和冷凝器面积大幅度减少，而对蒸汽品位的要求仅增加50 kPa。相比普通三效回收工艺，低压三效回收工艺蒸汽消耗下降10.8%，而对蒸汽品位的要求由1.12 MPa降为0.5 MPa，蒸汽品位的降低也意味着锅炉蒸汽背压发电量的提高。

3　结　论

在普通三效精馏乙醇回收工艺的基础上，通过增加真空系统进行优化配置，开发了低压三效乙醇精馏回收工艺。采用ASPEN Plus软件对两塔双效差压工艺、普通三效回收工艺和低压三效回收工艺分别进行模拟，在相同的设计基础和要求下，从操作工况和节能效果方面进行比较分析，结论如下：

(1)优化后的低压三效回收工艺操作压力大大降低，对蒸汽品位的要求只需0.5 MPa，相应的减小了中压塔和高压塔以及附属的再沸器、预热器和冷凝器等的设备投资。

(2)相比两塔双效差压工艺，低压三效回收工艺蒸汽消耗下降达38.9%，从而也大幅度减少了再沸器和冷凝器的面积，而对蒸汽品位的要求仅增加50 kPa。

(3)相比普通三效回收工艺，低压三效回收工艺蒸汽消耗下降10.8%，而对蒸汽品位的要求由1.12 MPa降为0.5 MPa，蒸汽品位的降低也提高了锅炉蒸汽的背压发电量。

[1]靳胜英. 世界燃料乙醇产业发展态势[J].环球石油,2011(2): 52-54.

[2]冯文生, 张天云, 杨国勋.世界生物燃料乙醇发展现状及预测[J].现代化工,2013,33(8): 18-20.

[3]孙朋朋.纯净酒工艺研究[D].济南:齐鲁工业大学,2013.

[4]王君高.高纯度酒精精馏原理[J].酿酒, 2002, 29(4): 40-42.

[5]林国宁.节能蒸馏塔[P].中国: CN2765650,2006-03-22.

[6]凌凤.酒精蒸馏塔[P].中国: CN2197364,1995-05-17.

[7]彭文辉.具有节能控制装置的酒精蒸馏塔[P].中国: CN201482235U,2010-05-26.

[8]刘建文,李江辉,罗欣欣.一种五塔三级差压蒸馏生产食用乙醇的节能系统[P].中国: CN201668968U,2010-12-15.

[9]易治虎.一种高效节能白酒连续蒸馏方法及其装置[P].中国: CN104178406A,2014-12-03.

Research on Recycling Ethanol Process by Low Pressure and Three-effect Distillation Technology

MA Jian-zhi, LI Jing, LI Chao

(Guangdong Zhongke Tianyuan New Energy Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510640, China)

A recycling ethanol process by low pressure and three-effect distillation technology was developed. Compared to the traditional two towers and two-effect rectification process, steam consumption of recycling ethanol process by low pressure and three-effect distillation technology was decreased by 38.9%. Compared to the general three-effect distillation technology, steam consumption was decreased by 10.8%, and only needed steam grade under pressure 500 kPa. Corresponding reduction in requirements equipment about high temperature and corrosion resistance also reduced the costs of equipment investment and maintenance.

ethanol recovery; three-effect distillation; energy-saving

马建智(1975-)，女，本科，主要从事化工工艺设计。

TQ028.3

A

1001-9677(2016)09-0077-02