黃原膠提純過程中乙醇回收節能工藝研究

韓品謙

(濟寧市化工設計院，山東 濟寧 272000 )

黃原膠提純過程中乙醇回收節能工藝研究

韓品謙

(濟寧市化工設計院，山東 濟寧 272000 )

針對黃原膠提純過程中的乙醇回收問題，提出了常規精餾法和雙效精餾法兩種方法及其工程設計要點，并對兩種方法的能耗、工藝參數和優缺點進行了對比；雙效精餾法能有效解決乙醇回收的難題，降低了黃原膠的生產成本。

黃原膠提純；乙醇回收；節能工藝; 雙效精餾

黃原膠又稱黃膠、漢生膠，黃單胞多糖，是以甘蘭黑腐病黃單胞菌為產生菌，以淀粉質為主要原料，經特定的生物發酵并經提純、干燥、粉碎而成的，集增稠、懸浮、乳化、穩定等功能于一體的生物膠，是目前世界上生產規模最大且用途極為廣泛的多糖聚合物[1-2]。分離提純黃原膠是黃原膠生產的關鍵工序之一，直接決定了黃原膠產品的質量和生產成本，黃原膠發酵液多采用醇析法或加鹽醇析法，后者采用氯化鉀、氯化鈣等氯鹽溶液、乙醇作沉淀劑然后進行沉降分離，但會產生大量含有氯離子的廢乙醇需要回收，回收成本占據黃原膠生產成本的較大比重[2-4]，因此，研究更加節能高效的乙醇回收工藝是降低黃原膠生產成本的一個有效途徑。針對黃原膠提取過程中的乙醇回收工藝尚未見報道，筆者結合多套黃原膠乙醇回收裝置的實踐經驗，提出了常規精餾法和雙效精餾法兩種方案，并對其工程設計要點進行了研究，有效地解決了黃原膠乙醇回收中設備堵塞、氯離子應力腐蝕和再沸器碳化等難題。

1 常規精餾法

常規精餾法的流程圖如下圖1所示。

如圖1所示，來自黃原膠提純車間的原料乙醇經兩級預熱后進入精餾塔，精餾塔頂部氣相經一級預熱器部分冷凝后，不凝氣去尾冷繼續冷凝后進入回流罐，經泵打出作為塔頂回流，從塔上部或回流泵出口采出體積分數為90%以上的成品乙醇。

1.一級預熱器;2.尾冷;3.二級預熱器;4.精餾塔;5.再沸器;6.廢水泵;7.廢水冷卻器

精餾塔采用減壓或微負壓操作，有利于裝置的長期穩定運行。通過降低操作壓力，降低了操作溫度，塔頂溫度低于氯離子腐蝕奧氏體不銹鋼的臨界溫度60℃，使得黃原膠乙醇在低溫低壓的平和環境中分離，可以有效避免預熱器的堵塞，并可以避免管道和設備腐蝕。

節能措施：①蒸汽消耗：負壓下操作提高了乙醇-水的相對揮發度，降低精餾塔的回流比，噸成品的蒸汽消耗比常壓精餾降低。②使用再沸器間接加熱，可減少廢水產生量，鍋爐軟水可以回收利用，適合新疆等缺水地區使用；③同時采用較低溫度一次蒸汽間接加熱再沸器，可以避免再沸器碳化。

設備設計：一級預熱器采用精餾塔頂部蒸汽作熱源，結構采用“抗堵塞多管束結構”[5]。二級預熱器采用廢水作熱源，結構采用套管式防堵設計。塔內件采用高效立體連續傳質塔盤[6]和高效規整填料相結合的設計，提高了塔的抗堵塞能力和傳質效率，可將塔的停車清洗周期延長至6個月以上。

2 雙效精餾法

雙效精餾的原理是重復利用給定數量的能源來提高精餾設備的熱力效率。精餾系統由不同操作壓力的塔組成，利用高壓塔塔頂蒸汽的冷凝潛熱作為低壓塔再沸器的熱源，較大程度地節約了精餾裝置的能耗。按照加熱蒸汽與物料的流向不同，雙效精餾可分為順流法、逆流法和平流法等工藝流程[7]。本文采用節能率最高的平流法雙效精餾，設計的工藝流程如圖2所示。

1-一級預熱器; 2-尾冷 ;3-負壓塔進料預熱器; 4負壓塔; 5-負壓塔再沸器;6-廢水泵; 7-廢水冷卻器; 8-正壓塔進料預熱器 ;9-正壓塔 ;10-正壓塔再沸器

圖2 雙效精餾法乙醇回收流程圖

如圖2所示，原料乙醇經一級預熱器預熱后，分成兩股：一股經負壓塔進料預熱器預熱后進入負壓塔，頂部氣相經預熱器部分冷凝，不凝氣經尾冷繼續冷凝，一部分作為塔頂回流，一部分作為成品乙醇采出到成品罐。另一股經正壓塔進料預熱器預熱后進入正壓塔，正壓塔頂部的氣相經負壓塔再沸器冷凝后，一部分作為塔頂回流，一部分作為成品乙醇采出到成品罐。

節能措施：正壓塔塔釜采用直接蒸汽加熱或通過再沸器間接加熱，正壓塔廢水可經閃蒸后，噴射回收潛熱，閃蒸后的廢水再進入負壓塔塔釜。

設備設計：一級預熱器采用負壓塔頂部蒸汽作熱源，結構采用“抗堵塞多管束結構”[5]。負壓塔和正壓塔進料預熱器分別采用廢水和回流液作熱源，結構采用套管式防堵設計。塔內件采用高效立體連續傳質塔盤[6]和高效規整填料相結合的設計，提高了塔的抗堵塞能力和傳質效率，可將塔的停車清洗周期延長至6個月以上。

3 對比和結論

以某黃原膠廠130m3/h的處理量，年操作時間8000h，操作彈性60%～120%。原料乙醇按體積分數48% ～ 52%，成品乙醇按體積分數90%，計算每噸成品乙醇的公用工程消耗指標如下表1所示。

表1 主要能源消耗指標表

由表1可以看出，雙效精餾法通過配置正壓塔和負壓塔，僅正壓塔消耗一次蒸汽，比常規精餾節省蒸汽消耗約44.9%；僅負壓塔消耗大部分的循環水，大幅降低了40%的循環水消耗量。

兩種方法的工藝操作參數和對比如下表2所示。

表2 常規精餾法和雙效精餾法的對比

由表2可知，雙效精餾法中正壓塔的操作壓力和操作溫度較高，高溫下氯離子對奧氏體不銹鋼的腐蝕程度較負壓塔高，設備的抗腐蝕要求增加，可采用碳鋼設備降低氯離子點腐蝕，條件允許的情況可采用雙相不銹鋼代替奧氏體不銹鋼。

綜上所述，雙效精餾法的能耗低于常規精餾法，設備投資略高于常規精餾法，通過對雙效精餾裝置熱量集成、設備選型和優化設計，可有效地解決設備堵塞、氯離子應力腐蝕和再沸器碳化等難題，大大降低了黃原膠的生產成本，是值得推廣的適合黃原膠提純過程的乙醇回收方法。

[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] 中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會.GB1886.41-2015食品安全國家標準 食品添加劑 黃原膠[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3] 朱圣東,童海寶,陳大昌,等.醇析法分離提純黃原膠工藝研究[J].精細石油化工進展,2002,3(3):44-46.

[4] 朱圣東,雷云周,童海寶,等.超濾-醇析提取黃原膠工藝條件[J].過程工程學報,2004,4(6):525-530.

[5] 周宏才,姜新春,韓品謙,等.多管束防堵塞管殼換熱器: CN 202002517 U[P].2010-12-15.

[6] 杜佩衡. 立體連續傳質塔板及其在精餾中的應用[J].現代化工,2008,28(9):77-81.

[7] 王以清. 雙效精餾流程的節能分析[J].化學工程師,2002 (5):47-49.

[8] 肖 豐,高維平,楊家軍. 平流雙效精餾流程模擬與優化設計[J].安徽化工,2006,32(1):40-42.

(本文文獻格式：韓品謙.黃原膠提純過程中乙醇回收節能工藝研究[J].山東化工，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

韓品謙(1984—)，山東濟寧人，工程師，碩士，主要從事化工工藝技術開發與工程設計工作。

TQ223.122

A

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