黄原胶提纯过程中乙醇回收节能工艺研究

韩品谦

(济宁市化工设计院，山东 济宁 272000 )

黄原胶提纯过程中乙醇回收节能工艺研究

韩品谦

(济宁市化工设计院，山东 济宁 272000 )

针对黄原胶提纯过程中的乙醇回收问题，提出了常规精馏法和双效精馏法两种方法及其工程设计要点，并对两种方法的能耗、工艺参数和优缺点进行了对比；双效精馏法能有效解决乙醇回收的难题，降低了黄原胶的生产成本。

黄原胶提纯；乙醇回收；节能工艺; 双效精馏

黄原胶又称黄胶、汉生胶，黄单胞多糖，是以甘兰黑腐病黄单胞菌为产生菌，以淀粉质为主要原料，经特定的生物发酵并经提纯、干燥、粉碎而成的，集增稠、悬浮、乳化、稳定等功能于一体的生物胶，是目前世界上生产规模最大且用途极为广泛的多糖聚合物[1-2]。分离提纯黄原胶是黄原胶生产的关键工序之一，直接决定了黄原胶产品的质量和生产成本，黄原胶发酵液多采用醇析法或加盐醇析法，后者采用氯化钾、氯化钙等氯盐溶液、乙醇作沉淀剂然后进行沉降分离，但会产生大量含有氯离子的废乙醇需要回收，回收成本占据黄原胶生产成本的较大比重[2-4]，因此，研究更加节能高效的乙醇回收工艺是降低黄原胶生产成本的一个有效途径。针对黄原胶提取过程中的乙醇回收工艺尚未见报道，笔者结合多套黄原胶乙醇回收装置的实践经验，提出了常规精馏法和双效精馏法两种方案，并对其工程设计要点进行了研究，有效地解决了黄原胶乙醇回收中设备堵塞、氯离子应力腐蚀和再沸器碳化等难题。

1 常规精馏法

常规精馏法的流程图如下图1所示。

如图1所示，来自黄原胶提纯车间的原料乙醇经两级预热后进入精馏塔，精馏塔顶部气相经一级预热器部分冷凝后，不凝气去尾冷继续冷凝后进入回流罐，经泵打出作为塔顶回流，从塔上部或回流泵出口采出体积分数为90%以上的成品乙醇。

1.一级预热器;2.尾冷;3.二级预热器;4.精馏塔;5.再沸器;6.废水泵;7.废水冷却器

精馏塔采用减压或微负压操作，有利于装置的长期稳定运行。通过降低操作压力，降低了操作温度，塔顶温度低于氯离子腐蚀奥氏体不锈钢的临界温度60℃，使得黄原胶乙醇在低温低压的平和环境中分离，可以有效避免预热器的堵塞，并可以避免管道和设备腐蚀。

节能措施：①蒸汽消耗：负压下操作提高了乙醇-水的相对挥发度，降低精馏塔的回流比，吨成品的蒸汽消耗比常压精馏降低。②使用再沸器间接加热，可减少废水产生量，锅炉软水可以回收利用，适合新疆等缺水地区使用；③同时采用较低温度一次蒸汽间接加热再沸器，可以避免再沸器碳化。

设备设计：一级预热器采用精馏塔顶部蒸汽作热源，结构采用“抗堵塞多管束结构”[5]。二级预热器采用废水作热源，结构采用套管式防堵设计。塔内件采用高效立体连续传质塔盘[6]和高效规整填料相结合的设计，提高了塔的抗堵塞能力和传质效率，可将塔的停车清洗周期延长至6个月以上。

2 双效精馏法

双效精馏的原理是重复利用给定数量的能源来提高精馏设备的热力效率。精馏系统由不同操作压力的塔组成，利用高压塔塔顶蒸汽的冷凝潜热作为低压塔再沸器的热源，较大程度地节约了精馏装置的能耗。按照加热蒸汽与物料的流向不同，双效精馏可分为顺流法、逆流法和平流法等工艺流程[7]。本文采用节能率最高的平流法双效精馏，设计的工艺流程如图2所示。

1-一级预热器; 2-尾冷 ;3-负压塔进料预热器; 4负压塔; 5-负压塔再沸器;6-废水泵; 7-废水冷却器; 8-正压塔进料预热器 ;9-正压塔 ;10-正压塔再沸器

图2 双效精馏法乙醇回收流程图

如图2所示，原料乙醇经一级预热器预热后，分成两股：一股经负压塔进料预热器预热后进入负压塔，顶部气相经预热器部分冷凝，不凝气经尾冷继续冷凝，一部分作为塔顶回流，一部分作为成品乙醇采出到成品罐。另一股经正压塔进料预热器预热后进入正压塔，正压塔顶部的气相经负压塔再沸器冷凝后，一部分作为塔顶回流，一部分作为成品乙醇采出到成品罐。

节能措施：正压塔塔釜采用直接蒸汽加热或通过再沸器间接加热，正压塔废水可经闪蒸后，喷射回收潜热，闪蒸后的废水再进入负压塔塔釜。

设备设计：一级预热器采用负压塔顶部蒸汽作热源，结构采用“抗堵塞多管束结构”[5]。负压塔和正压塔进料预热器分别采用废水和回流液作热源，结构采用套管式防堵设计。塔内件采用高效立体连续传质塔盘[6]和高效规整填料相结合的设计，提高了塔的抗堵塞能力和传质效率，可将塔的停车清洗周期延长至6个月以上。

3 对比和结论

以某黄原胶厂130m3/h的处理量，年操作时间8000h，操作弹性60%～120%。原料乙醇按体积分数48% ～ 52%，成品乙醇按体积分数90%，计算每吨成品乙醇的公用工程消耗指标如下表1所示。

表1 主要能源消耗指标表

由表1可以看出，双效精馏法通过配置正压塔和负压塔，仅正压塔消耗一次蒸汽，比常规精馏节省蒸汽消耗约44.9%；仅负压塔消耗大部分的循环水，大幅降低了40%的循环水消耗量。

两种方法的工艺操作参数和对比如下表2所示。

表2 常规精馏法和双效精馏法的对比

由表2可知，双效精馏法中正压塔的操作压力和操作温度较高，高温下氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀程度较负压塔高，设备的抗腐蚀要求增加，可采用碳钢设备降低氯离子点腐蚀，条件允许的情况可采用双相不锈钢代替奥氏体不锈钢。

综上所述，双效精馏法的能耗低于常规精馏法，设备投资略高于常规精馏法，通过对双效精馏装置热量集成、设备选型和优化设计，可有效地解决设备堵塞、氯离子应力腐蚀和再沸器碳化等难题，大大降低了黄原胶的生产成本，是值得推广的适合黄原胶提纯过程的乙醇回收方法。

[1] GarcíA-Ochoa F, Santos V E, Casas J A, et al. Xanthan gum: production, recovery, and properties[J]. Biotechnology Advances, 2000, 18(7):549-579.

[2] 中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB1886.41-2015食品安全国家标准 食品添加剂 黄原胶[S].北京：中国标准出版社，2015.

[3] 朱圣东,童海宝,陈大昌,等.醇析法分离提纯黄原胶工艺研究[J].精细石油化工进展,2002,3(3):44-46.

[4] 朱圣东,雷云周,童海宝,等.超滤-醇析提取黄原胶工艺条件[J].过程工程学报,2004,4(6):525-530.

[5] 周宏才,姜新春,韩品谦,等.多管束防堵塞管壳换热器: CN 202002517 U[P].2010-12-15.

[6] 杜佩衡. 立体连续传质塔板及其在精馏中的应用[J].现代化工,2008,28(9):77-81.

[7] 王以清. 双效精馏流程的节能分析[J].化学工程师,2002 (5):47-49.

[8] 肖 丰,高维平,杨家军. 平流双效精馏流程模拟与优化设计[J].安徽化工,2006,32(1):40-42.

(本文文献格式：韩品谦.黄原胶提纯过程中乙醇回收节能工艺研究[J].山东化工，2016，45(08)：111-113.)

Study on Energy-efficient Ethanol Recovery Process for Xanthan Gum Purification

Han Pinqian

(Jining Chemical Design Institute, Jining 272000, China)

For ethanol recovery problems in the process of xanthan gum purification, the conventional distillation method, double effect distillation method and their main engineering design points are introduced, the energy consumption, process parameters, advantages and disadvantages of the two methods are compared; double effect distillation method can solve difficult problems of ethanol recovery, reduce the production cost of xanthan gum.

xanthan gum purification; ethanol recovery process; energy-efficient; double effect distillation

2016-03-07

韩品谦(1984—)，山东济宁人，工程师，硕士，主要从事化工工艺技术开发与工程设计工作。

TQ223.122

A

1008-021X(2016)08-0111-03