[发明专利]一种酸碱中和与膜分离耦合法制备无水乙醇的装置及方法

说明书

本发明公开了一种酸碱中和与膜分离耦合法制备无水乙醇的装置及工艺方法。本发明装置包括原料罐、预热器、降膜蒸发器、过热器、蒸汽渗透膜分离装置、产品冷凝器、渗透液冷凝器、真空缓冲罐、真空机组，其中还包括碱液罐、计量泵、管道静态混合器、检测罐、输送泵。本发明工艺方法包括将含酸原料、碱液输送至管道静态混合器中进行酸碱中和，中和产物进入检测罐，从检测罐出来的中性或弱碱性原料换热后进入降膜蒸发器脱除碱性物质和盐后得到原料蒸汽加热至110～150℃后进入蒸汽渗透膜分离装置进行分离，得到高纯乙醇产品和渗透液。采用本发明装置及工艺处理含水酸性乙醇原料液，产品乙醇中水含量可降低至0.5wt.％以下。

技术领域

本发明属于乙醇生产领域，特别涉及一种酸碱中和与膜分离耦合法制备无水乙醇的装置及方法。

背景技术

无水乙醇是乙醇含量≥99.5％的乙醇产品，在现代工业中起着举足轻重的作用，可作为有机溶剂广泛应用于医药化工、精细化工、能源、电子、环保、食品等行业，同时作为重要的基础化学化工原料，用于生产乙醛、乙酸、乙胺、乙酸乙酯等。传统有机溶剂脱水方法主要有共沸精馏、萃取精馏、吸附等方法。膜精制脱水分离工艺方法是用于有机溶剂脱水的一种新型膜分离技术，该工艺方法是在液体混合物中组分蒸汽分压差的推动下，利用无机膜材料对组分的选择透过性及扩散速度不同实现分离的一种分离过程。然而，无机膜材料由于材料特性无法处理酸性原料液，膜使用寿命大幅度降低，从而限制了膜分离法的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种酸碱中和与膜分离耦合法制备无水乙醇的装置及工艺方法。通过将酸碱中和工艺与膜分离进行耦合，有效地保证了进膜分离单元的原料液pH。采用该工艺处理含水酸性乙醇原料液，产品乙醇中水含量可降低至0.5wt.％以下。

为实现上述目的，本发明具体通过如下技术方案予以实现。

本发明提供了一种酸碱中和与膜分离耦合法制备无水乙醇的装置，包括：包括：原料罐、进料泵、预热器、降膜蒸发器、过热器、蒸汽渗透膜分离装置、产品冷凝器、产品罐、渗透液冷凝器、真空缓冲罐、真空机组，其中：还包括碱液罐、计量泵、管道静态混合器、检测罐、输送泵；所述的原料罐、进料泵、管道静态混合器之间通过管线依次连通；所述的碱液罐、计量泵、管道静态混合器之间通过管线依次连通；所述的管道静态混合器出口、检测罐、输送泵、预热器、降膜蒸发器、过热器、蒸汽渗透膜分离装置通过管线依次连通；所述的蒸汽渗透膜分离装置的产品侧出口、预热器、产品冷凝器、产品罐通过管线依次连通；所述的蒸汽渗透膜分离装置的渗透液出口、渗透液冷凝器、真空缓冲罐、真空机组通过管线依次连通。

进一步地，所述蒸汽渗透膜分离装置的蒸汽渗透膜构型包括管式、中空纤维式。

进一步地，所述蒸汽渗透膜为有机或无机膜，包括NaA分子筛膜、T型分子筛膜、MOR分子筛膜、ZSM-5分子筛膜。

本发明还提供一种酸碱中和-膜分离耦合法制备无水乙醇的工艺，利用上述酸碱中和-膜分离耦合法制备无水乙醇的装置，所述工艺包括如下步骤：

待处理含酸原料从原料罐经进料泵输送至管道静态混合器，同时，一定浓度的碱液从碱液罐中由计量泵输送至管道静态混合器中，含酸原料和碱液在管道静态混合器中进行酸碱中和，经过中和的原料进入检测罐，通过在线远传pH计实时检测pH值；若检测罐内的溶剂为中性或弱碱性，则为合格溶剂，合格溶剂经泵输送至预热器；若检测罐内溶剂为酸性，则为不合格溶剂，不合格溶剂经泵打回管道混合器中，不合格的酸性溶剂进一步在管道静态混合器中进行酸碱中和反应至溶剂pH值合格；从缓冲罐出来的合格中性或弱碱性原料由输送泵加压后进入原料预热器与产品蒸汽进行换热后进入降膜蒸发器，被饱和蒸汽加热汽化，蒸发器底部外排浓缩液，通过降膜蒸发器浓酸外排脱除溶解在溶液的碱性物质和盐。同时，原料蒸汽经过热器加热至110～150℃后进入膜组件进行分离，分离后的截留组分进入预热器，与原料液换热，然后进入产品冷凝器进一步冷却，进入产品罐；渗透液进入渗透液冷凝器与低温冷媒换热，液相进入真空缓冲罐，气相经真空泵机组维持真空压力约1KPaA。