专利名称：从淡酒液中活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收乙醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种针对酒精工业中产生的淡酒液(含量为4 8%)用活性炭吸 附-微波共沸精馏解吸方法提纯回收其中可利用乙醇的方法。属化工技术领域。
背景技术：
酒精工业生产过程中产生的大量淡酒液主要含有乙醇(4 8%)、少量脂类和 酸类物质。目前对这类淡酒液主要采用直接排放的方法。由于淡酒液中的乙醇含量很低，且 水和乙醇可形成共沸物，故传统的加热分馏方法很难将之分离，而用一般的废水处理技术又 很难达到预期效果。活性炭是一种黑色多孔性固体吸附材料，广泛地应用在环境保护中，用于消除大气污染 的脱硫脱氮、各种工业废水的处理等。活性炭对水中的有机物具有很强的吸附能力。对淡酒 液，若采用活性炭吸附法进行处理，既可回收其中的乙醇，又可解决环境污染问题。用活性炭吸附法回收淡酒液中的低浓度乙醇，该方法是否经济可行的决定因素除了吸附 过程的理论研究基础外，活性炭再生方式的选择及其理论研究也同样重要，否则势必会带来 治理成本高、造成二次污染、治理不彻底等问题。活性炭吸附法的经济性主要取决于再生方式。目前，活性炭再生方法主要有以下几大类 加热再生法、药剂再生法、生物再生法、化学再生法、湿式氧化再生法等。其中加热再生法 是各种再生方法中应用、研究最多也是最成熟的一种方法。传统变温解吸可通过间接加热吸 附剂或直接与热气体接触来实现。对活性炭，常利用水蒸气来解吸，由于活性炭热传导系数较 低,要使整个固定床加热到吸附质被解吸的温度，需加热的时间很长。变温解吸的另一缺点是 能量消耗大，再生不仅需要将吸附质提升到解吸所需温度，而且为使吸附剂进一步活化，还需 将温度进一步升到吸附剂的活化温度，且经多次加热冷却后，烧损严重。如果利用过热蒸汽 再生，固定床在重新吸附前还要再干燥。如果解吸的有机物含水，还须设置水和有机物的分离 设备。发明内容本发明的目的在于发明一种从淡酒液中可用活性炭吸附-微波共沸精馏解吸方法提纯回收乙醇的方法。本发明一种从淡酒液中活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收乙醇的方法特征是用颗粒活性炭对淡酒液中低浓度的乙醇进行吸附，饱和后在氮气氛围中用微波辐照解吸， 得到产品乙醇的同时活性炭得以再生，重新用于吸附过程。具体按下列歩骤吸附、解吸回收乙醇1) 制备饱和载乙醇活性炭常温下操作，称取一定量颗粒活性炭，并按20 30mL: lg 的配比量取乙醇水溶液，将颗粒活性炭直接放入装有乙醇水溶液的容器中，并以磁力搅拌l 2h，用真空泵抽滤5min，滤出的饱和活性炭留待解吸；2) 微波解吸再生微波功率与活性炭量之比32 68W/g，解吸时间为80s 140s，微波工 作频率为2450MHz;3) 解吸乙醇气体的冷凝回收馏出液依据乙醇出口浓度曲线冷凝后分罐收集；4) 系统气氛控制整个系统保持良好的密闭性，微波解吸在氮气氛围中操作，控制氮气流量在O. 04m7h 0. 08 m7h。含乙醇和水的解析气的出口温度达到130°C 200°C，须先经冷凝器冷却至30°C 50°C。 吸附温度为常温，吸附平衡时间为l 2h,乙醇水溶液量与活性炭量的配比为20 30mL:lg。吸附剂为煤质颗粒活性炭，其前处理步骤为:活性炭浸没于质量浓度5% 8%的盐酸中,然 后在沸水中煮30min，用蒸馏水反复漂洗以除去大颗粒和杂质，漂洗至洗涤水pH值5 6后 105t烘干至恒重；用80目筛滤去小颗粒及粉末，储存于干燥器中备用。本发明工作机理微波共沸精馏解吸指载有机物活性炭在微波加热下达到完全解吸或接 近完全解吸(共沸的含义)，以实现活性炭的再生，重新用于吸附过程。由于微波具有选择 性，对不同的物质具有不同的加热效率，可导致解吸过程中不同物质的解吸速率不同，形成 尖锐的出口浓度曲线。分罐收集馏出液，可将较低浓度的馏出液重新用于活性炭吸附过程以 进一步提纯。经多次活性炭吸附-微波解吸后，混合液可分离成纯粹的组成。微波共沸精馏解吸即通过微波的选择性，这一点对于载乙醇活性炭微波解吸过程中水和 乙醇这类可形成共沸物的组分的分离是有效果的，形成气相组成与液相组成的差异，来达到 分离目的。出口浓度曲线是体现微波选择性的重要参数，是衡量微波共沸精馏解吸分离效果的重要 指标。出口浓度曲线越陡，峰形越尖锐，说明微波共沸精馏解吸过程不同时段的解吸气体组 成差异越大，微波对各加热组分的选择性越强，分离效果越好。乙醇和水对微波的吸收效率 不同，导致解吸速率不同，形成尖锐的出口浓度曲线，据此分罐收集馏出液以得到不同级别 的乙醇产品。在制备饱和载乙醇活性炭的过程中，控制吸附温度、吸附平衡时间、乙醇水溶液量与活 性炭量的配比。工业氮气具有化学惰性，不与活性炭中的C反应，成本相对低廉，选择氮气 作为微波解吸再生载乙醇活性炭过程的载气。微波解吸在氮气氛围中操作，控制氮气流量、 微波功率、活性炭量及辐照时间，对载乙醇活性炭进行解吸。测定解吸过程中不同时段的乙 醇出口浓度，依据乙醇出口浓度曲线分罐收集馏出液。制备在淡酒液中对低浓度乙醇吸附饱和的载乙醇活性炭，需要确定的主要因素有吸附温 度、吸附时间及乙醇水溶液量与活性炭量的配比。本发明提出以下的制备饱和载乙醇活性炭 的工艺条件:常温吸附，吸附平衡时间为1 2h,乙醇水溶液量与活性炭量的配比为20 30mL: lg。在载乙醇活性炭的微波共沸精馏解吸过程中，主要指标有微波共沸精馏解吸的分离效果、 解吸率、再生炭的吸附容量及质量损耗率等。在解吸再生过程中对这几项指标产生影响的因 素是微波功率、辐照时间、活性炭量及氮气流量等。针对载乙醇活性炭微波共沸精馏解吸的特点，本发明提出以下的微波共沸精馏解吸载乙醇活性炭的工艺条件控制氮气流量在0. 04m7h 0. 08 m7h，微波功率与活性炭量之比32 68W/g，解吸时间为80s 140s，微波工 作频率为2450MHz。研究结果表明1)载乙醇活性炭在320W微波功率下解吸，80s左右即出现乙醇出口度的最高峰值，120s左右即可解吸完全；2)微波功率越大，乙醇出口浓度曲线的峰形越尖锐，峰值越高且越早出现，说明解吸过程不同时段的解吸气体组成差异越大，分离效果越好， 且解吸越快。但功率增大，再生炭的质量损耗率也将增加，而且在高功率下辐照颗粒活性炭 容易烧损，导致再生炭的吸附容量远低于新炭，甚至失活。因此要综合考虑微波功率对解吸再生的影响，本工艺确定320W为最佳功率；3)经过七次活性炭吸附-微波共沸精馏解吸循环 后，活性炭质量损耗率为17. 4%，再生炭的吸附能力仍保持在较高的水平；4)在680W微波 功率条件下，乙醇质量浓度4% 8%的淡酒液经三次活性炭吸附-微波共沸精馏解吸循环后， 分罐收集的馏出液的乙醇质量浓度最高可达94%。 本发明按以下步骤完成1) 饱和载乙醇活性炭的制备采用间歇动力学装置。将乙醇水溶液与颗粒活性炭以20 30mL: lg的配比混合，并以磁 力搅拌l 2h。用真空泵抽滤5 10min，滤出的饱和活性炭留待解吸。2) 载气(氮气)流速控制系统这部分的作用是通过减压阀与转子流量计调节控制氮气的压力、流量，保证使工业级氮 气在钢瓶本身的压力下以O. 04m7h 0. 08 m7h的流量进入反应器。3) 微波解吸再生部分微波炉顶部中央部位开一相当于反应器直径尺寸的圆孔，石英玻璃反应器通过此孔插入 微波炉腔。在石英玻璃反应器内安装一块石英玻璃材料的打孔筛板，并在筛板上均匀地铺一 层玻璃棉，用于承托载乙醇活性炭。反应器底部接氮气管，氮气流经筛板下的缓冲区后均匀 分布于整个活性炭床层。测量活性炭床层温度的热电偶探头插入到活性炭床层接近中心的位 置。反应器的顶部支管与冷凝系统连接，用收集瓶收集馏出液。控制解吸再生条件为微波 功率与活性炭量之比32 68W/g，解吸时间为80s 180s,微波工作频率为2450MHz。4) 解吸乙醇气体的冷凝回收反应器的顶部支管与冷凝系统连接。从反应器顶部支管出来的乙醇和水的混合解吸气经冷凝器冷凝，馏出液根据乙醇出口浓度曲线分罐收集。可将较低浓度的馏出液重新经活性炭 吸附-微波共沸精馏解吸以进一步提纯乙醇。与传统的热再生方法相比,本发明微波加热解吸再生有以下优点l)微波对反应物起深层加热作用；2)微波加热温度均匀；3)解吸速度快；4)在微波辐照 下，各种被蒸发的吸附质的电子损失不同，因此能实现对吸附质的选择加热。本发明具有操作简单，速度快，容易控制，再生炭吸附容量高、损耗少及解吸过程的乙醇出口浓度曲线峰形尖锐，峰值高的优点。
图1是本发明从淡酒液中活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收乙醇的流程框图。
具体实施例方式实施例l:采用图l所述的工艺流程。微波装置为自行改装的WP800型格兰仕家用微波炉，微波功率连续可调；再生反应器为石英玻璃管，进行解吸处理的活性炭为煤质颗粒活性炭。将活性炭浸没于质量浓度6%的盐酸中，然后在沸水中煮30min，用蒸馏水反复漂洗以除去 大颗粒和杂质，漂洗至洗涤水PH值6后105。C烘干至恒重，用80目筛滤去小颗粒及粉末， 储存于干燥器中，作为预处理的颗粒活性炭吸附剂备用。工艺流程制备饱和载乙醇活性炭吸附温度为常温，用10. OOOg经预处理的颗粒活性炭在250mL 质量浓度4.00%的乙醇水溶液中混合吸附，并以磁力搅拌2h，用真空泵抽滤5min，滤出的饱 和活性炭留待解吸。微波解吸再生系统及氮气流量的控制把饱和活性炭放置于石英玻璃反应器内，在上述 微波共沸精馏解吸系统中在氮气氛围中解吸，氮气流量控制在O. 06m7h。当微波工作频率为 2450MHz，微波功率680W，辐照时间80s时，解吸率为99. 79%，再生炭质量损耗率为6. 89%，分 罐收集的馏出液中乙醇质量浓度最高可达45%。可将较低浓度的馏出液重新经活性炭吸附-微 波共沸精馏解吸以进一步提纯乙醇。采用以上解吸工艺条件，乙醇质量浓度4. 00%的淡酒液经三次活性炭吸附-微波共沸精馏解吸循环后，分罐收集馏出液，最高可以回收到质量浓度94% 的乙醇。实施例2:采用工艺流程和预处理与实施例1相同，不再重述。将活性炭浸没于质量浓度8%的盐酸中，然后在沸水中煮30min，用蒸馏水反复漂洗以除去 大颗粒和杂质，漂洗至洗涤水PH值5.5后105t烘干至恒重，用80目筛滤去小颗粒及粉末，储 存于干燥器中，作为预处理的颗粒活性炭吸附剂备用。制备饱和载乙醇活性炭吸附温度为常温，用10. OOOg经预处理的颗粒活性炭在200mL 质量浓度4.00%的乙醇水溶液中混合吸附，并以磁力搅拌1.5h，用真空泵抽滤5min，滤出的 饱和活性炭留待解吸。10. OOOg经预处理的颗粒活性炭在质量浓度4. 00%的乙醇水溶液中吸附饱和后置于微坡 共沸精馏解吸系统中在氮气氛围中解吸，氮气流量0.08m7h。当微波工作频率为2450MHz， 微波功率550W，辐照时间100s时，解吸率为95.36%，再生炭亚甲蓝吸附值156. 72mg/g (新 炭亚甲蓝吸附值为146.26mg/g)，质量损耗率3.50%。分罐收集的馏出液中乙醇质量浓度最高 可达37%。可将较低浓度的馏出液重新经活性炭吸附-微波共沸精馏解吸以进一步提纯乙醇。 采用以上解吸工艺条件，乙醇质量浓度4. 00%的淡酒液经三次活性炭吸附-微波共沸精馏解吸 循环后，分罐收集馏出液，最高可以回收到质量浓度9W的乙醇。实施例3:采用工艺流程和设备连接与实施例l相同，不再重述。将活性炭浸没于质量浓度5%的盐酸中，然后在沸水中煮30min，用蒸馏水反复漂洗以除去 大颗粒和杂质，漂洗至洗涤水PH值5后105t烘干至恒重，用80目筛滤去小颗粒及粉末，储存 于干燥器中，作为预处理的颗粒活性炭吸附剂备用。制备饱和载乙醇活性炭采用间歇动力学装置，吸附温度为常温，用10.000g经预处理 的颗粒活性炭在300mL质量浓度4.0(W的乙醇水溶液中混合吸附，并以磁力搅拌lh，用真空泵抽滤5min，滤出的饱和活性炭留待解吸。10. 000g经预处理的颗粒活性炭在质量浓度4. 00%的乙醇水溶液中吸附饱和后置于微波共 沸精馏解吸系统中在氮气氛围中解吸，氮气流量0.04m7h。当微波工作频率为2450MHz，微波 功率320W，辐照时间140s时，解吸率为39.43%，再生炭质量损耗率为1.49%，分罐收集的馏出 液中乙醇质量浓度最高可达35%。可将较低浓度的馏出液重新经活性炭吸附-微波共沸精馏解 吸以进一步提纯乙醇。采用以上解吸工艺条件，乙醇质量浓度4. 00%的淡酒液经三次活性炭吸 附-微波共沸精馏解吸循环后，分罐收集馏出液，最高可以回收到质量浓度90%的乙醇。
权利要求
1，一种从淡酒液中活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收乙醇的方法，其特征在于用颗粒活性炭对淡酒液中低浓度的乙醇进行吸附，饱和后在氮气氛围中用微波辐照解吸，得到产品乙醇的同时活性炭得以再生，重新用于吸附过程。
2，根据权利要求1所述的从淡酒液中活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收乙醇的方 法，其特征是按下列步骤吸附、解吸回收乙醇1) 制备饱和载乙醇活性炭常温下操作，称取一定量颗粒活性炭，并按20 30mL: lg的配比量取乙醇水溶液，将颗粒活性炭直接放入装有乙醇水溶液的容器中，并以磁力搅 拌1 2h，用真空泵抽滤5min,滤出的饱和活性炭留待解吸；2) 微波解吸再生微波功率与活性炭量之比32 68W/g，解吸时间为80s 140s，微 波工作频率为2450MHz;3) 解吸乙醇气体的冷凝回收馏出液依据乙醇出口浓度曲线冷凝后分罐收集；4) 系统气氛控制整个系统保持良好的密闭性，微波解吸在氮气氛围中操作，控制氮气流量在O. 04mVh 0. 08 m7h。
3，根据权利要求1或2所述的活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收淡酒液中乙醇的 方法，其特征是含乙醇和水的解析气的出口温度达到130°C 200°C，须先经冷凝器冷却至30 。C 50。C。.
4，根据权利要求1或2所述的活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收淡酒液中乙醇的 方法，其特征是吸附温度为常温，吸附平衡时间为l 2h，乙醇水溶液量与活性炭量的配比 为20 30mL: lg。
5，根据权利要求1或2所述的饱和载乙醇活性炭的制备方法及解吸再生方法，其特征 是吸附剂为煤质颗粒活性炭，其前处理步骤为活性炭浸没于质量浓度5% 8%的盐酸中，然 后在沸水中煮30min，用蒸馏水反复漂洗以除去大颗粒和杂质，漂洗至洗涤水pH值5 6后 105。C烘干至恒重；用80目筛滤去小颗粒及粉末，储存于干燥器中备用。
全文摘要
本发明涉及一种针对酒精工业中产生的淡酒液(含量为4～8％)用活性炭吸附-微波共沸精馏解吸提纯回收淡酒液中乙醇的方法。本发明先用颗粒活性炭对淡酒液中低浓度的乙醇进行吸附，饱和后在氮气氛围中用微波辐照解吸，得到较高浓度乙醇的同时活性炭得以再生。制备条件为常温吸附，吸附平衡时间为1～2h，乙醇水溶液量与活性炭量的配比为20～30mL∶1g。以氮气作载气，干燥洁净的工业级氮气在钢瓶本身的压力下进入反应器，减压阀及流量计调节控制流量在0.04m<sup>3</sup>/h～0.08m<sup>3</sup>/h；微波功率与活性炭量之比32～68W/g；解吸再生时间为80s～180s；微波工作频率为2450MHz。在680W微波功率条件下，乙醇质量浓度4％～8％的淡酒液经三次颗粒活性炭吸附-微波共沸精馏解吸循环后，分罐收集的馏出液中乙醇的质量浓度最高可达94％。
文档编号B01D15/00GK101255096SQ200810058270
公开日2008年9月3日 申请日期2008年4月9日 优先权日2008年4月9日
发明者冯权莉, 平 宁, 连明磊 申请人:昆明理工大学