化工原理-酒精差壓蒸餾ppt課件

1、第十三章 酒精差壓蒸餾技術(shù)蒸餾的根本原理差壓蒸餾的實(shí)際根底差壓蒸餾的工藝特征國內(nèi)外差壓蒸餾運(yùn)用實(shí)例燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的興起/節(jié)能.蒸餾 是分別液體混合物的典型化工單元操作，它利用液體混合物中各組分揮發(fā)性的不同，到達(dá)將各組分分別的目的。 .酒精蒸餾包括兩個過程:1 將酒精和一切易揮發(fā)性物質(zhì)從發(fā)酵醪液中分別出來的過程，稱之為粗餾；2進(jìn)一步提高酒精濃度，并除去粗酒精中的雜質(zhì)，使之成為各種規(guī)格的廢品酒精，稱之為精餾。 .常壓蒸餾：各座塔設(shè)備均在常壓下任務(wù)，每一座塔底用蒸汽加熱，而塔頂需用冷卻水移走熱量，蒸餾能耗較大。 差壓蒸餾：差壓蒸餾是根據(jù)多效蒸餾的原理，把各座塔有機(jī)地結(jié)合在一同。各座塔在不同的壓力下任務(wù)

2、，利用高壓塔塔頂待冷凝的酒精蒸汽作為低壓塔的驅(qū)動熱源，并在低壓塔的再沸器中被冷凝，節(jié)約了蒸汽和冷凝水。 . 從下表可以知道：差壓蒸餾可節(jié)約蒸汽40-50%，節(jié)約冷凝水30%以上；酒糟排放量減少15%以上。 另外，如粗塔在真空下任務(wù)，低沸點(diǎn)雜質(zhì)的揮發(fā)才干加大，有利于提高酒精質(zhì)量。.第一節(jié) 根本原理酒精發(fā)酵醪液蒸餾的實(shí)際根底是拉烏爾定律。一、揮發(fā)系數(shù)K 同理，某雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)K/表示該雜質(zhì)揮發(fā)性的強(qiáng)弱。 K = 1/2汽液平衡時，乙醇1汽相中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)2液相中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 汽相中某雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)2 液相中某雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1K雜 =2.二、 雜質(zhì)的精餾系數(shù) 雜質(zhì)的精餾系數(shù)是指雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)和酒精的揮

3、發(fā)系數(shù)之比，用表示。 某雜質(zhì)精餾系數(shù)大于1，闡明該雜質(zhì)揮發(fā)比乙醇快。 精餾系數(shù)更為準(zhǔn)確地描畫了雜質(zhì)和酒精在塔內(nèi)的相互關(guān)系以及它們和酒精分別的難易程度。 K = 1/21K雜 =2K = 1221x.三、 雜質(zhì)的分類 1頭級雜質(zhì) 典型的頭級雜質(zhì)的精餾系數(shù)一直大于1，它們在塔內(nèi)的運(yùn)動方向是往上的，其濃度在塔頂最高，如乙醛、甲酸乙酯、乙酸甲酯等。2尾級雜質(zhì) 尾級雜質(zhì)的精餾系數(shù)小于1，它們在塔內(nèi)的運(yùn)動方向向下，在塔底隨廢醪排出。而雜醇油在精餾塔的精餾段也是逐板向下運(yùn)動的，所以雜醇油同樣屬于尾級雜質(zhì)的概念范疇。 3中級雜質(zhì) 中級雜質(zhì)的精餾系數(shù)約等于1，它們在廢品酒精采出口部位濃縮，因此很難和酒精分別，如

4、異戊酸、異戊酯、乙酸戊酯等。 .第二節(jié) 差壓蒸餾的根底實(shí)際 一、熱力學(xué)分析 蒸餾過程的節(jié)能途徑歸納起來有三個方面 ：1蒸餾過程熱能的充分回收利用，使散失到系統(tǒng)之外的熱量降到最低限制； 2減少蒸餾過程本身需求的熱量，如采用最正確回餾比、適當(dāng)?shù)乃鍢?gòu)造和塔板數(shù)等。 3提高蒸餾系統(tǒng)的熱力學(xué)效率， 1屬于“回收型節(jié)能途徑。 2、3兩類節(jié)能途徑的出發(fā)點(diǎn)是如何減少蒸餾過程的驅(qū)動熱源，它屬于“節(jié)減型節(jié)能途徑。 . 能量不僅有數(shù)量上的大小，而且有檔次上的高低。熱量不能夠全部轉(zhuǎn)換為功，只需部分轉(zhuǎn)化為功，另一部分必需傳給低溫?zé)嵩?，而可以轉(zhuǎn)化為功的那一部分正是我們所關(guān)懷的，它的數(shù)量大小取決于體系所處的形狀，體系在不

5、同形狀下，具有不同的做功身手。 穩(wěn)態(tài)蒸餾過程如圖一所示 穩(wěn)態(tài)下的有效能平衡方程： 當(dāng)過程可逆進(jìn)展時，熵增率Sg=0，此時可得最小分別功耗為： . 分別過程熱力學(xué)效率定義為最小分別功耗和實(shí)踐功耗凈功耗之比。即 ： 實(shí)踐的分別過程都是不可逆過程，最小分別功耗可逆功耗是前者的極限，它由原料和產(chǎn)品的組成、溫度、壓力所決議，是個定值。 因此，要提高熱力學(xué)效率，只能采取措施降低過程的凈功耗W總，或者說，盡能夠降低過程的不可逆性。 .精餾塔的不可逆性表如今以下幾個方面： 1、流動液體有阻力。 2、塔內(nèi)上升蒸汽與下流液體直接接觸產(chǎn)生熱交換時的溫差以及再沸器和冷凝器中傳熱介質(zhì)和物料之間的溫差。 3、上升蒸汽與下

6、流液體進(jìn)展傳質(zhì)時，兩相濃度和平衡濃度之差。 為了降低過程的不可逆性，較常用的方法是設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器，使之接近所謂的“可逆蒸餾。 中間再沸器中間冷凝器. 多效蒸餾是以多塔替代原先的單塔，使各塔在不同壓力下任務(wù)，前一效壓力高于后一效的壓力，前一效塔頂蒸汽冷凝溫度略高于后一效塔釜液體的沸騰溫度。第一效塔釜用蒸汽加熱，塔頂蒸汽作為第二效塔釜再沸器的加熱介質(zhì)，蒸汽在塔釜再沸器中冷凝。依次逐效進(jìn)展，直到最后一效塔頂蒸汽用外來冷卻水冷凝。 多效蒸餾有效地利用了固定冷、熱介質(zhì)之間的過剩溫差，使得總能量逐塔、逐級降低，充分利用了各級檔次的能量，從而降低了有效能的損失，提高了熱力學(xué)效率。 二、 多效蒸餾

7、的原理 .三、多效蒸餾的工藝流程 多效蒸餾中最常用的工藝流程為雙效蒸餾，根據(jù)進(jìn)料方式和汽液之間相互流動方式的不同，可以把雙效蒸餾分成五種根本組合方式，如圖 .三、多效蒸餾的工藝流程 對于選用何種工藝流程方案和操作壓力，要受以下幾個重要要素限制：1體系的相對揮發(fā)度； 2板效率；3物料的熱形狀；4進(jìn)料中低、高沸點(diǎn)物質(zhì)的組成；5熱源蒸汽壓力和冷卻介質(zhì)溫度；6現(xiàn)有塔設(shè)備的利用。 .四、多效蒸餾節(jié)能效果和效數(shù)的關(guān)系 其中，N為效數(shù)。 從公式可以看出，雖然添加效數(shù)可以進(jìn)一步降低能耗，但效數(shù)的添加和能耗的降低并不是線性關(guān)系， 隨著效數(shù)的添加，各效之間換熱器的溫差減小，因此，換熱器傳熱面積添加；假設(shè)添加首效和

8、尾效的溫差，首效的壓力更高；從而設(shè)備費(fèi)用也添加。 和石油化工相比，酒精蒸餾的規(guī)模和分別所需塔板數(shù)都很小，因此，從目前我國酒精工業(yè)的水準(zhǔn)來看，酒精差壓蒸餾以二效蒸餾為宜。 .五、 差壓蒸餾的實(shí)際根據(jù) 差壓蒸餾是多效蒸餾的延伸和開展。酒精發(fā)酵液能否采用多效蒸餾呢？從圖中我們可以得出幾個結(jié)論：1酒精發(fā)酵液不論在加壓和減壓下蒸餾，汽相中的易揮發(fā)組份的濃度均高于液相，其濃度和常壓蒸餾相近。 2當(dāng)液相濃度較低時，減壓蒸餾的汽相中易揮發(fā)組份，略低于常壓蒸餾的汽相中易揮發(fā)組份；加壓蒸餾時汽相中易揮發(fā)組份，略高于常壓蒸餾的汽相中易揮發(fā)組份； 3當(dāng)液相濃度較高時，減壓蒸餾的汽相中易揮發(fā)組份略高于常壓蒸餾的汽相中易

9、揮發(fā)組份；加壓蒸餾時的汽相中易揮發(fā)組份，略低于常壓蒸餾的汽相中易揮發(fā)組份。 . 因此，從實(shí)際上，在設(shè)有兩座或兩座以上蒸餾塔的酒精蒸餾系統(tǒng)中，都可以采用差壓蒸餾。 表13-2是常壓蒸餾和差壓蒸餾操作條件的對比我與張教師的研討數(shù)據(jù)：.第二節(jié) 差壓蒸餾的工藝特征 一、加壓精餾塔回流比確實(shí)定 回流是保證精餾過程延續(xù)穩(wěn)定操作的必要條件。 回流比又直接影響蒸餾能耗。 在高壓下酒精對水的相對揮發(fā)系數(shù)會降低，因此，在加壓條件下要獲得與常壓蒸餾條件下一樣規(guī)格的酒精，須添加回流比或添加塔板數(shù)。 添加回流比能耗添加，增加塔板數(shù)投資添加。.回流比和壓力的關(guān)系不僅節(jié)能，也要保證產(chǎn)質(zhì)量量A線 為不同壓力下獲得餾出酒精濃度

10、為95.3V所需的回流比，但是，在A線回流比條件下，具有代表性的正丙醇、異戊醇等雜質(zhì)簡稱雜醇油在塔中的聚積峰發(fā)生漂移。B線 回流比不僅保證了餾出液酒精濃度，而且保證雜醇油等雜質(zhì)高效采出，但是B線回流比并不能完全彌補(bǔ)壓力對雜醇油等雜質(zhì)分布的影響。 C線 回流比完全彌補(bǔ)了壓力的影響，塔內(nèi)酒精分布和常壓條件下完全一樣。* 日本的研討結(jié)果.二、 減壓條件下雜質(zhì)的分布 塔壓的上升同時需求添加回流比，添加回流比意味著添加蒸餾能耗，壓力過高從節(jié)能的觀念來看并非上策，因此，差壓蒸餾系統(tǒng)中受熱一側(cè)常采用減壓，以減少精餾塔的負(fù)荷。 粗餾塔采用減壓蒸餾，不僅有節(jié)能的效果，也有利于提高雜質(zhì)的去除率。 由于減壓條件下，

11、雜質(zhì)對酒精的相對揮發(fā)系數(shù)增大，乙醛和甲醇在減壓條件下，具有在粗餾塔頂濃縮段更易聚集的傾向。 乙醛甲醇.三. 低壓降塔板的運(yùn)用 差壓蒸餾中的另一個節(jié)能途徑是低壓降塔板的運(yùn)用。 假設(shè)塔底輸入系統(tǒng)和塔頂輸出系統(tǒng)的物料之間的焓差很小，與輸入系統(tǒng)的熱量相比可以忽略不計，即Q1=Q2=Q，那么： 因此，為了減少有效能損失，應(yīng)減小塔頂、塔底間溫差，其極限是塔釜沸點(diǎn)和塔頂冷凝溫度之差。其有效的處理方法是采用低壓降塔板。 .四. 差壓蒸餾的動態(tài)控制 在酒精差壓蒸餾中， 由于將一個塔的再沸器和另一個塔的冷凝器合并組成一個耦聯(lián)絡(luò)統(tǒng)，就出現(xiàn)了單塔系統(tǒng)中所沒有的問題： 即聯(lián)效兩塔之間存在著動態(tài)過程相互影響，添加了過程控

12、制的難度。 自動控制技術(shù).第四節(jié) 酒精差壓蒸餾的開展動態(tài) 我國酒精工業(yè)近年技術(shù)提高較大，和國際程度相比，原料利用率相差無幾，但在能耗方面要比興隆國家高50以上。 在酒精消費(fèi)過程中，蒸餾能耗約占總能耗的6070。因此，推行運(yùn)用酒精差壓蒸餾技術(shù)，是我國酒精蒸餾技術(shù)提高的必然趨勢。特別是大規(guī)模的“燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。 .二、國際上先進(jìn)的差壓蒸餾技術(shù) 1、二塔差壓蒸餾消費(fèi)燃料酒精工藝流程 該流程為二塔差壓蒸餾系統(tǒng)，兩只塔分別由提餾段和精餾段組成，即將精餾塔安裝在醪塔上面，組成一個塔。 兩塔同時進(jìn)料，塔頂同時出廢品酒精。其中一個塔加壓，另一個塔是常壓，加壓塔用直接蒸汽加熱，該塔塔頂?shù)木凭羝敲醋鳛槌核?/p>

13、的熱源。 該流程的蒸汽耗費(fèi)只需1.5-2.0噸/噸酒精。 普通3-3.5噸/噸酒精。.2、四塔差壓蒸餾消費(fèi)優(yōu)質(zhì)酒精工藝流程 該流程中包含兩組雙效差壓蒸餾：加壓精餾塔用蒸汽加熱，塔頂酒精蒸汽加熱醪塔，塔底高溫余餾水在自蒸發(fā)器16中自蒸發(fā)，產(chǎn)生的二次蒸汽加熱排醛塔，排醛塔頂?shù)木凭羝脕砑訜峒状妓?3、 無水酒精差壓蒸餾工藝流程 該流程本質(zhì)上是三效蒸餾，有三個壓力梯度，所以節(jié)能效果明顯，和消費(fèi)無水酒精的普通方法相比，平均節(jié)約蒸汽耗量50以上。 .三、 國內(nèi)差壓蒸餾工藝流程 1、針對糖蜜和玉米原料的四塔差壓蒸餾流程 2、針對薯干原料的三塔差壓蒸餾流程 3、差壓蒸餾在造紙廢液發(fā)酵酒精蒸餾上的 運(yùn)用 .四、 差壓蒸餾的運(yùn)用前景 節(jié)能降耗是一個永久的課題。酒精差壓蒸餾經(jīng)過多次反復(fù)利用熱能，極大地節(jié)約了燃料，具有積極的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 另一方面，酒精的質(zhì)量相當(dāng)程度上依賴于蒸餾技術(shù)，因此，酒精質(zhì)量要求的提高，也對酒精蒸餾技術(shù)提出了更高的要求。差壓蒸餾不僅降低了能耗，同時也提高了酒精質(zhì)量，較好地處理了這個在常規(guī)蒸餾中不可調(diào)和的矛盾。 .四、 差壓蒸餾的運(yùn)用前景/實(shí)例丙酮丁醇蒸餾、稀酒精回收等 闡