[发明专利]超声雾化浓缩乙醇的装置和浓缩乙醇的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声雾化浓缩乙醇的装置和方法，特别涉及一种回收超声产生雾状物的方法。

背景技术

生物质具有可再生、产量大、可储存、碳循环等优势。开发生物质能源是解决化石能源危机的一种有效途径。生物乙醇是受到较多关注的一种生物质能源。利用农、林业的纤维素废料生产纤维乙醇，具有很好的研究前景。生物质经预处理等步骤转化为葡萄糖，再经微生物发酵获得乙醇。生物质可大体分为糖质原料、淀粉质原料和纤维素原料。糖质原料、淀粉质原料制取燃料酒精的技术已很成熟。巴西主要用甘蔗直接生产燃料酒精，美国每年用玉米生产燃料酒精的产量也很大。但从总体看，依靠糖蜜、粮食淀粉原料解决用量很大的燃料问题显然是不现实的，特别是对于人口压力较大的国家和地区更是如此。美国《工业酶学》认为：“如果乙醇工业要生存，就必须利用木质纤维素生产”。利用葡萄糖直接发酵制备乙醇是粮食发酵工业一个比较成熟的工艺，而在纤维素发酵制备乙醇过程中，套用该工艺使纤维素发酵乙醇至今未能走出技术经济关。纤维素发酵制备乙醇的主要过程包括预处理、水解、发酵、提浓等步骤，具有生产流程长、能耗高、废水多等不足，影响工业应用的经济性。

微生物发酵直接得到的发酵液中的乙醇溶液普遍浓度较低，要想得到利用，就必须经过提浓。最简单、应用最广泛的浓缩方法是蒸馏，但在乙醇体积浓度低于15％时，采用蒸馏的方法能耗大，经济性差。此外，提浓的方法还有吸附浓缩、渗透浓缩等方法，这些方法都存在提浓效率低、经济性差等不足。

超声提浓是本领域出现的新颖的乙醇浓缩方法。乙醇具有表面浓度过高的物性，超声浓缩正是利用了乙醇的这一性质。超声提浓装置通常由超声波振荡器、鼓风机、冷凝回收装置几部分构成。由于输送给振荡器的能量比待浓缩乙醇溶液的潜热小得多，超声浓缩方法可比蒸馏浓缩方法节约更多的能量。超声雾化产生的雾滴十分微小，采用一般的冷凝方法或捕集法，很难有效地将雾状物凝结为正常状态的乙醇溶液。JP2005066554提出了几种凝集雾状物的方法，其中包括：加大回收单元的体积、冷却凝集、回收单元密闭、喷淋吸收、向雾状物强制吹风搅拌、设置挡板、设置雾状物振动器，这些方法可以配合使用，提高对雾状物的凝集效率。该回收系统设备复杂。在乙醇超声提浓装置中，鼓风设备的作用一般是提供给气体(通常为空气)循环动力，尤其是使超声产生的雾状物随气流到达捕集器中。例如JP2005066526、JP2005066553、JP2005066554、CN200810011464.7中都有带鼓风设备的超声工艺的实例。采用鼓风设备的超声提浓装置中，鼓风设备的动力效率较低，能耗相对较高；同时需要补充适量气体；对载气压力和速率也有潜在的要求，例如对于常见的盘管式冷凝捕集装置，盘绕的冷凝管给气体的流动造成了相当的阻力，要使夹带着雾状物的气体顺利通过，鼓风设备必须提供给气体高于特定值的压力，然而气压过大气流速度过大会使雾状物在捕集设备中的停留时间大大缩短，不利于其被顺利捕集、凝聚，未被捕集的雾状物又随着气流在整个环路中不断循环直至在某次循环中被凝集，这个过程中又消耗了不少的传送能量，因此需进一步提高以鼓风为动力的超声提浓装置的经济性。

发明内容

本发明提供了一种超声雾化浓缩乙醇的装置及浓缩乙醇的方法，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置处理量大，经济性好等优点。

本发明超声雾化浓缩乙醇的装置，包括设有超声雾化器的超声雾化罐、液环式输送泵、气液接触设备和气液分离设备。液环式输送泵的气相入口与超声雾化罐的雾状物出口相通，液环式输送泵出口依次连通气液接触设备和气液分离设备，液环式输送泵的工作液为乙醇浓缩液。

本发明装置中，超声雾化器及超声雾化罐可采用本领域常规的装置。超声雾化器中设有振荡器，用于使待浓缩的乙醇溶液超声雾化，振荡器至少设置一个可以设置多个。超声雾化罐设有气体入口，溶液入口和溶液出口，以及雾状物出口。

本发明装置中，超声雾化罐溶液出口、换热器、泵、雾化罐溶液入口构成循环回路。用于物料的降温，循环物料的循环速率根据要设定的待浓缩液温度及换热器的换热能力确定。

本发明装置中，超声雾化罐的气体入口优选设置单向阀，该单向阀为机械式单向阀，控制超声雾化罐中的真空度小于5kPa(即低于环境压力5kPa)。该阀也可以采用电磁控制阀，由设定的压力范围或时间间隔控制单向阀的开启和关闭。