本发明提供了一种乙醇深度脱水装置，所述装置包括一级分离单元和二级分离单元，其中：所述的一级分离单元包括一级压力调节设备、一级热交换设备和一级膜分离组件；所述的二级分离单元包括二级压力调节设备、二级热交换设备和二级膜分离组件。本发明基于分子筛膜分离技术进行含水乙醇的深度脱水，采用至少两级蒸汽渗透膜装置，充分利用不同级数之间的操作温度和压力的变化，实现乙醇深度脱水；采用的无水乙醇精制工艺，无需再对蒸汽渗透膜装置产生的渗透液废水进行进一步回收，如此又降低了能耗。并且整套装置操作简单方便、运行平稳、可有效实现连续化操作及生产。