专利名称：一种超声浓缩乙醇溶液的方法
技术领域：
本发明涉及一种超声浓缩乙醇溶液的方法，特别是一种利用负压抽吸捕集超声所产生雾状物的方法。
背景技术：
由生物质生产燃料乙醇的研究和应用已经持续了很长时间。利用糖质原料、淀粉质原料制取燃料酒精的技术已经相当成熟。但是由于粮食危机和原料成本等因素，生物乙醇工业要得到长足的发展，必须以纤维素，尤其是木质纤维(纤维素、半纤维素和木质素的混合物)为原料。无论以什么种类的生物质为原料生产乙醇，都会涉及微生物发酵单糖的步骤，这样得到的乙醇溶液浓度不会很高，否则会抑制微生物正常的生长代谢。要想由此得到燃料乙醇，就必须对乙醇溶液提浓。常见的浓缩乙醇的方法有蒸馏法、膜法、吸附法。蒸馏法是工业上应用最为广泛的浓缩方法，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。吸附浓缩、渗透浓缩等方法也都存在提浓效率低、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。超声提浓乙醇的核心部件是高频振荡器，市场上常见的高频振荡器频率有1. 1兆赫、1. 8兆赫、2. 4兆赫和3. 0兆赫几种。由于提供给振荡器的能量要比待浓缩乙醇溶液的潜热小得多，所以乙醇的超声浓缩法比蒸馏法更加节能、更具经济性。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。JP20050665M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JP20050665^、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
本发明提出了一种超声浓缩乙醇溶液的方法，特别是雾状物捕集单元同以往的相关工艺有所不同，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单等优点。本发明超声浓缩乙醇溶液的方法包括如下内容采用单级超声浓缩或多级超声浓缩，待浓缩乙醇溶液的液面下设置超声波雾化器，雾化物采用文丘里吸气混合器与浓缩后的乙醇溶液混合，雾化物从文丘里吸气混合器的喉管入引入文丘里吸气混合器，从文丘里吸气混合器排出的物料经过分配器进入乙醇浓缩溶液中。本发明方法中，超声波雾化器可以采用本领域常规技术，超声波的频率一般为 1 10MHz，超声波雾化器的数量和功率可以根据装置规模和所需的操作时间等计算或实验确定，如果装置规模大，要求分离时间短，则需要的超声波雾化器数量和功率可以增加， 反之则减少。超声波雾化器设置于待浓缩乙醇溶液的液面以下1 10cm。本发明方法中，文丘里吸气混合器采用常规的文丘里管结构，文丘里吸气混合器喉管处压力一般为低于常压1 60KPa，压力通过液相流速调整。本发明利用吸收液(乙醇浓缩液)在文丘里管中循环流动产生负压，使雾状物从文丘里吸气混合器的喉管处吸入，并使雾状物溶于吸收液中，从而获得浓度提高的乙醇溶液。随着对雾状物的不断吸收，吸收液浓度不断提高，最终成为浓缩产品——浓度较高的乙醇溶液。本发明在文丘里管下部管线的出口端设置了液体分布器，该分布器可以采用莲蓬头式结构也可以采用耙式结构或其他形式。液体分布器的作用就是使吸收液能进一步吸收超声振荡所产生的雾化物。本发明在乙醇浓缩液储罐的顶部还设置了丝网除沫器，它可以使少量未被吸收的雾状物经累积后最终凝集为液滴，滴落到储罐中。本发明装置和方法具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单，经济性好等优点。相对于鼓风循环中途捕集的装置，采用本发明的文丘里吸气混合器能够使雾状物直接溶入浓缩乙醇溶液中，因此，避免了单纯使雾状物凝集的步骤，对雾状物的吸收效果好， 回收效率高，同时也避免了重复鼓风循环输送雾状物的动力消耗，节约能量。在本发明中， 雾状物捕集罐又是浓缩液储罐，节约成本和空间，罐中的浓缩乙醇溶液既是产生负压的媒介又是雾状物吸收液，而且在达到要求浓度后又成为产品，所以本发明装置结构简单，排布精巧，经济性好。
图1是本发明方法一种具体流程示意图。1-待浓缩乙醇溶液入口阀；2-超声雾化罐；3-振荡器；4-超声雾化后的稀乙醇溶液排放口 ；5-雾状物出口阀；6-文丘里管；7-泵；8-雾状物捕集罐；9-丝网除沫器；10-液体分布器；11-浓缩液排放阀；12-气体引入单向阀。
具体实施例方式下面结合附图，具体说明一种本发明装置的详细构成和操作方法。在具体实施方案中，待浓缩乙醇溶液由入口阀1进入超声雾化罐，到达一定液位 (振荡器3必须浸没在溶液中)。此时，超声雾化后的稀乙醇溶液排放口 4处于关闭状态。 开启振荡器3，部分待浓缩乙醇溶液经超声振荡而雾化，雾状物在超声雾化罐的顶部积累， 到达一定浓度，雾状物出口阀5开启(雾状物出口阀5也可以处于常开状态)。泵7将雾状物捕集罐8中的吸收液打到文丘里管6中。随着吸收液的循环流动，在文丘里管中产生局部负压，雾状物从超声雾化罐2的顶部经雾状物出口阀5被抽吸到文丘里管6的喉管位置，并随吸收液返回雾状物捕集罐8的底部。吸收液循环管线的出入口都浸没在溶液当中，尤其在出口端设置了液体分布器，这样更有利于雾状物的吸收。等到雾状物捕集罐8中的吸收液满足一定浓度要求时，可以开启浓缩液排放阀11，排出产品。同样，当超声雾化罐2中待浓缩乙醇溶液的浓度降到特定值时，可以开启阀4排出稀释的乙醇溶液，更换超声雾化罐2 中的部分或全部溶液，开始新一轮的浓缩过程。实施例本实施例浓缩乙醇步骤如下发酵液中乙醇的体积比浓度达到5%时，排入超声雾化罐，开启超声振荡器进行雾化，开启文丘里管入口液体输送泵，使文丘里管喉管处的压力低于常压20KPa，得到的浓缩乙醇溶液中乙醇体积百分比浓度为15%左右，当超声雾化罐中乙醇体积百分比浓底低于3%时，排出至发酵装置。使用的超声波频率为1.8MHz，功率约为每升液体物料4W。
权利要求
1.一种超声浓缩乙醇溶液的方法，采用单级超声浓缩或多级超声浓缩，待浓缩乙醇溶液的液面下设置超声波雾化器，其特征在于雾化物采用文丘里吸气混合器与浓缩后的乙醇溶液混合，雾化物从文丘里吸气混合器的喉管处引入文丘里吸气混合器，从文丘里吸气混合器排出的物料经过分配器进入乙醇浓缩溶液中。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于超声波雾化器的超声波的频率为1 IOMHz。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于文丘里吸气混合器喉管处压力为低于常压1 60KPa，压力通过液相流速调整。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在文丘里管下部管线的出口端设置液体分布器。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于液体分布器采用莲蓬头式结构或者采用耙式结构。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于在乙醇浓缩液储罐的顶部设置丝网除沫ο
全文摘要
本发明公开了一种超声浓缩乙醇溶液的方法，采用单级超声浓缩或多级超声浓缩，待浓缩乙醇溶液的液面下设置超声波雾化器，雾化物采用文丘里吸气混合器与浓缩后的乙醇溶液混合，雾化物从文丘里吸气混合器的喉管处引入文丘里吸气混合器，从文丘里吸气混合器排出的物料经过分配器进入乙醇浓缩溶液中。随着对雾状物的吸收，吸收液浓度不断提高，最终成为浓缩产品——浓度较高的乙醇溶液。与现有技术相比，本发明具有超声雾化后的雾状物回收效率高，装置简单等优点。
文档编号C07C29/78GK102311309SQ201010222448
公开日2012年1月11日 申请日期2010年7月7日 优先权日2010年7月7日
发明者乔凯, 张宝国, 张淑梅, 翟庆铜, 苏杰, 范丹丹, 陈明, 黎元生 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院