生物柴油生产中的蒸馏
蒸馏塔可出现在生物柴油生产的多个环节,例如分离和纯化步骤中。根据所涉及组分沸点差异的大小,也可采用较为简单的蒸发或闪蒸汽化方式。分离过程利用待回收组分之间的沸点差异实现分离。了解塔内件如何控制分离过程,有助于操作人员理解在工艺层面所观察到的现象,以及为何对能量输入与移除的控制对于稳定运行至关重要。
塔板:逐级气液接触
板式塔提供逐级气液接触。在每块塔板上,液体横向流过水平板面并越过溢流堰,然后经降液管向下流动,同时蒸汽通过塔板底部的开孔向上升起。由此形成的充分接触推动两相间的传质过程。液泛是液体与蒸汽流量失配时发生的现象,其特征是在液泛开始时塔压降显著升高。蒸汽流量过低会导致漏液,即液体穿过塔板孔洞下落而非横向流过,从而降低分离效果。
填料:连续接触分离
填料塔是板式塔的替代方案。与逐级接触不同,填料提供连续的表面,液膜沿其向下流动,蒸汽向上升起。可实现的分离程度取决于组分的相对挥发度、所提供的填料高度以及回流比。填料高度和回流比是设计与操作层面的考量因素,对分离效果、水力负荷、能耗和成本均有影响。塔板与填料之间的选择,需在分离任务、处理量、压降容忍度以及特定应用的资本考量之间取得平衡。
再沸器操作:能量驱动
再沸器在塔底提供热量以产生向上流动的蒸汽流,而冷凝器在塔顶移除热量以产生向下流动的回流液体。因此,塔内液体和蒸汽的流量直接受能量输入与移除的控制。回流将冷凝后的塔顶液体返回塔内。回流比是返回流量与馏出产品流量之间的比值,而非简单地表示某一流量的多少。改变回流会在塔的水力极限范围内影响内部负荷、能耗和分离效果。分离段的温度和压力控制被认为是生物柴油生产中的关键工艺变量。
甲醇回收与循环利用的考量
甲醇是生物柴油生产中优选的醇类,部分原因在于,与乙醇不同,甲醇与水不形成共沸物,因此回收过程更为简便,能耗也更低。回收的甲醇被循环利用,以降低运营成本和环境影响。经甘油分离后的生物柴油相中可能仍含有残余甲醇。生产指南描述了热回收方式,以及在湿洗路线中将剩余甲醇转移至洗涤水中的方法。实际的回收方案因情况而异。残余甲醇可能显著降低成品燃料的闪点,因此,ASTM D 6751中的闪点规格在实际上也将残余醇含量限制在极低水平。
产品质量与蒸馏后处理
生产指南将真空蒸馏和蒸发描述为可能的精制操作。其适用性取决于进料物料的性质和所需产品的质量要求。可见水分离后,溶解水仍可能残留,其存在不应与游离水和沉积物测试结果相混淆。适当的干燥处理和分析验证取决于适用的产品规格。温度和停留时间同样重要,因为过度的热暴露可能导致燃料降解。仅凭颜色变化无法唯一确定化学机理,蒸馏步骤本身也不能证明产品完全符合规格要求。
甲醇-水精馏
在大气压(绝对压力101.325 kPa)下,甲醇和水不形成共沸物,与乙醇和水不同。精馏可提高甲醇浓度,不受共沸纯度极限的限制。纯度仍取决于塔的设计和操作,应使用实际压力下经过验证的汽液平衡数据。