化工原理-酒精差壓蒸餾

第十三章酒精差壓蒸餾技術(shù)蒸餾的基本原理

差壓蒸餾的理論基礎(chǔ)

差壓蒸餾的工藝特征

國內(nèi)外差壓蒸餾應(yīng)用實(shí)例燃料乙醇產(chǎn)業(yè)的興起……/節(jié)能

蒸餾

是分離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，達(dá)到將各組分分離的目的。酒精蒸餾包括兩個(gè)過程:（1）將酒精和所有易揮發(fā)性物質(zhì)從發(fā)酵醪液中分離出來的過程，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)格的成品酒精，稱之為精餾。常壓蒸餾：

各座塔設(shè)備均在常壓下工作，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)合在一起。各座塔在不同的壓力下工作，利用高壓塔塔頂待冷凝的酒精蒸汽作為低壓塔的驅(qū)動(dòng)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，如粗塔在真空下工作，低沸點(diǎn)雜質(zhì)的揮發(fā)能力加大，有利于提高酒精質(zhì)量。第一節(jié)基本原理

酒精發(fā)酵醪液蒸餾的理論基礎(chǔ)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=ω1/ω2汽液平衡時(shí)，乙醇

ω1汽相中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω2液相中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω1'

汽相中某雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω2'

液相中某雜質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)

ω1'K雜=

ω2'二、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)和酒精的揮發(fā)系數(shù)之比，用表示。

某雜質(zhì)精餾系數(shù)大于1，說明該雜質(zhì)揮發(fā)比乙醇快。

精餾系數(shù)更為精確地描述了雜質(zhì)和酒精在塔內(nèi)的相互關(guān)系以及它們和酒精分離的難易程度。K=ω1/ω2

ω1'K雜=

ω2'K'==ω1'ω2'ω2ω1x三、雜質(zhì)的分類

（1）頭級(jí)雜質(zhì)

典型的頭級(jí)雜質(zhì)的精餾系數(shù)始終大于1，它們?cè)谒?nèi)的運(yùn)動(dòng)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(jí)雜質(zhì)

尾級(jí)雜質(zhì)的精餾系數(shù)小于1，它們?cè)谒?nèi)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)的，所以雜醇油同樣屬于尾級(jí)雜質(zhì)的概念范疇。（3）中級(jí)雜質(zhì)

中級(jí)雜質(zhì)的精餾系數(shù)約等于1，它們?cè)诔善肪凭沙隹诓课粷饪s，因而很難和酒精分離，如異戊酸、異戊酯、乙酸戊酯等。第二節(jié)差壓蒸餾的基礎(chǔ)理論

一、熱力學(xué)分析

蒸餾過程的節(jié)能途徑歸納起來有三個(gè)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度；（2）減少蒸餾過程本身需要的熱量，如采用最佳回餾比、適當(dāng)?shù)乃褰Y(jié)構(gòu)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(dòng)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，而且有品位上的高低。熱量不可能全部轉(zhuǎn)換為功，只有部分轉(zhuǎn)化為功，另一部分必須傳給低溫?zé)嵩?，而能夠轉(zhuǎn)化為功的那一部分正是我們所關(guān)心的，它的數(shù)量大小取決于體系所處的狀態(tài)，體系在不同狀態(tài)下，具有不同的做功本領(lǐng)。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)行時(shí)，熵增率Sg=0，此時(shí)可得最小分離功耗為：分離過程熱力學(xué)效率定義為最小分離功耗和實(shí)際功耗（凈功耗）之比。即：實(shí)際的分離過程都是不可逆過程，最小分離功耗（可逆功耗）是前者的極限，它由原料和產(chǎn)品的組成、溫度、壓力所決定，是個(gè)定值。因而，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，盡可能降低過程的不可逆性。精餾塔的不可逆性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1、流動(dòng)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(shí)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、上升蒸汽與下流液體進(jìn)行傳質(zhì)時(shí)，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代替原先的單塔，使各塔在不同壓力下工作，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)行，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(jí)降低，充分利用了各級(jí)品位的能量，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(dòng)方式的不同，可以把雙效蒸餾分成五種基本組合方式，如圖三、多效蒸餾的工藝流程對(duì)于選用何種工藝流程方案和操作壓力，要受以下幾個(gè)重要因素限制：（1）體系的相對(duì)揮發(fā)度；（2）板效率；（3）物料的熱狀態(tài)；（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，雖然增加效數(shù)可以進(jìn)一步降低能耗，但效數(shù)的增加和能耗的降低并不是線性關(guān)系，隨著效數(shù)的增加，各效之間換熱器的溫差減小，因此，換熱器傳熱面積增加；如果增加首效和尾效的溫差，首效的壓力更高；從而設(shè)備費(fèi)用也增加。和石油化工相比，酒精蒸餾的規(guī)模和分離所需塔板數(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、差壓蒸餾的理論依據(jù)差壓蒸餾是多效蒸餾的延伸和發(fā)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(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)，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揮發(fā)組份；加壓蒸餾時(shí)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，從理論上，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(duì)比

（我與張老師的研究數(shù)據(jù)）：第二節(jié)差壓蒸餾的工藝特征一、加壓精餾塔回流比的確定

回流是保證精餾過程連續(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(duì)水的相對(duì)揮發(fā)系數(shù)會(huì)降低，因此，在加壓條件下要獲得與常壓蒸餾條件下相同規(guī)格的酒精，須增加回流比（或增加塔板數(shù)）。

增加回流比能耗增加，增加塔板數(shù)投資增加?；亓鞅群蛪毫Φ年P(guān)系

（不僅節(jié)能，也要保證產(chǎn)品質(zhì)量）A線

為不同壓力下獲得餾出酒精濃度為95.3％（V）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(duì)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相同。*日本的研究結(jié)果二、減獅壓條件下驗(yàn)雜質(zhì)的分末布塔壓的巖上升同寺時(shí)需要臺(tái)增加回柿流比，雅增加回綿流比意攝味著增恐加蒸餾賓能耗，費(fèi)壓力過媽高從節(jié)歲能的觀冒點(diǎn)來看鑰并非上測(cè)策，因?qū)哟耍罘謮赫麴s錄系統(tǒng)中你受熱一龍側(cè)常采扮用減壓蒙，以減跨少精餾斯塔的負(fù)機(jī)荷。粗餾塔采逢用減壓蒸養(yǎng)餾，不僅會(huì)有節(jié)能的悠效果，也享有利于提蝕高雜質(zhì)的潤去除率。由于減壓榴條件下，貸雜質(zhì)對(duì)酒致精的相對(duì)啞揮發(fā)系數(shù)皺增大，乙更醛和甲醇厚在減壓條逼件下，具蔥有在粗餾膀塔頂濃縮賽段更易聚堤集的傾向欠。乙醛甲醇三.突低壓降杰塔板的貼應(yīng)用差壓蒸磨餾中的蘆另一個(gè)駐節(jié)能途菊徑是低探壓降塔州板的應(yīng)列用。若塔底虎輸入系接統(tǒng)和塔捕頂輸出桂系統(tǒng)的挎物料之學(xué)間的焓垂差很小碑，與輸充入系統(tǒng)稿的熱量苗相比可里以忽略振不計(jì)，鉆即Q1=Q2=Q，竄則：因此，宮為了減今少有效傳能損失夫，應(yīng)減齡小塔頂紐奉、塔底枯間溫差欺，其極移限是塔娃釜沸點(diǎn)右和塔頂診冷凝溫染度之差迷。其有勢(shì)效的解掉決方法才是采用蛇低壓降械塔板。四.犯差壓仰蒸餾的顧動(dòng)態(tài)控恰制在酒精溉差壓蒸肺餾中，由于將幟一個(gè)塔您的再沸器和另一躺個(gè)塔的冷凝器合并組刪成一個(gè)耦聯(lián)系召統(tǒng)，就出霉現(xiàn)了單陸塔系統(tǒng)華中所沒稼有的問飲題：即聯(lián)效兩鎮(zhèn)塔之間玩存在著互動(dòng)態(tài)過哭程相互習(xí)影響，鵲增加了犁過程控你制的難府度。自動(dòng)控零制技術(shù)第四節(jié)嫩酒精資差壓蒸餾免的發(fā)展動(dòng)綁態(tài)我國酒圈精工業(yè)連近年技澤術(shù)進(jìn)步鼻較大，親和國際凈水平相貍比，原攔料利用旗率相差豆無幾，謙但在能支耗方面桶要比發(fā)桶達(dá)國家高50戴％以上。在酒精安生產(chǎn)過卵程中，期蒸餾能撲耗約占洋總能耗炸的60－蓬70％。因而丘，推廣韻使用酒蔬精差壓滅蒸餾技易術(shù)，是查我國酒徐精蒸餾伯技術(shù)進(jìn)判步的必膜然趨勢(shì)喂。特別鑼是大規(guī)頁模的“燃料驢乙醇”產(chǎn)業(yè)。二、國也際上先潔進(jìn)的差煤壓蒸餾軍技術(shù)1、二塔慰差壓蒸餾縱生產(chǎn)燃料杏酒精工藝稼流程該流程為陪二塔差壓侍蒸餾系統(tǒng)坡，兩只塔讀分別由提庭餾段和精史餾段組成博，即將精處餾塔安裝省在醪塔上繞面，組成烏一個(gè)塔。兩塔同時(shí)所進(jìn)料，塔蒙頂同時(shí)出稈成品酒精身。其中一羽個(gè)塔加壓額，另一個(gè)伶塔是常壓炮，加壓塔驗(yàn)用直接蒸聞汽加熱，灣該塔塔頂荒的酒精蒸蒼汽則作為厘常壓塔塔槐釜的熱源簡。該流程的群蒸汽消耗緞只有1.污5-2.小0噸/噸走酒精。一般3國-3.練5噸/將噸酒精輪。2、四塔宮差壓蒸餾做生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)酒精工藝流爬程該流程撤中包含亭兩組雙望效差壓莫蒸餾：香加壓精璃餾塔用繁蒸汽加蝦熱，塔況頂酒精嬌蒸汽加嗓熱醪塔仇，塔底洞高溫余族餾水在逐自蒸發(fā)糞器（1義6）中勁自蒸發(fā)夾，產(chǎn)生言的二次權(quán)蒸汽加污熱排醛堅(jiān)塔，排句醛塔頂豆的酒精梨蒸汽用慮來加熱仿甲醇塔聯(lián)。3、無洋水酒精差拋壓蒸餾工報(bào)藝流程該流程實(shí)有質(zhì)上是三慘效蒸餾，帝有三個(gè)壓婦力梯度，谷所以節(jié)能貞效果明顯徒，和生產(chǎn)逮無水酒精仔的一般方芹法相比，掏平均節(jié)約蒸汽耗量50％以上。三、斗國內(nèi)差喝壓蒸餾眠工藝流楊程1、針對(duì)湊糖蜜和玉白米原料的纖四塔差壓投蒸餾流程2、針鞭對(duì)薯干襯原料的快三塔差擱壓蒸餾制流程3、差壓糕蒸餾在造遵紙廢液發(fā)婦酵酒精蒸圾餾上的應(yīng)用四、差之壓蒸餾的測(cè)應(yīng)用前景節(jié)能降逝耗是一雅個(gè)永久啟的課題甘。酒精回差壓蒸崖餾通過滿多次重凱復(fù)利用班熱能，全極大地貝節(jié)約了角燃料，筒具有積瞎極的經(jīng)販濟(jì)效益森和社會(huì)罰效益。另一方面流，酒精的旋質(zhì)量相當(dāng)程蹤蝶度上依繡賴于蒸倍餾技術(shù)場(chǎng)，因此禿，酒精槽質(zhì)量要葉求的提影高，也玩對(duì)酒精用蒸餾技死術(shù)提出監(jiān)了更高立的要求涂。差壓蒸餾鍋不僅降低害了能耗，征同時(shí)也提俯高了酒精刪質(zhì)量，較儉好地解決恭了這個(gè)在引常規(guī)蒸餾戚中不可調(diào)倘和的矛盾已。四、邪差壓蒸駝餾的應(yīng)