1、第十三章 酒精差壓蒸餾技術蒸餾的根本原理差壓蒸餾的實際根底差壓蒸餾的工藝特征國內外差壓蒸餾運用實例燃料乙醇產業的興起/節能.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性的不同，到達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性物質從發酵醪液中分別出來的過程，稱之為粗餾；2進一步提高酒精濃度，并除去粗酒精中的雜質，使之成為各種規格的廢品酒精，稱之為精餾。 .常壓蒸餾：各座塔設備均在常壓下任務，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：差壓蒸餾是根據多效蒸餾的原理，把各座塔有機地結合在一同。各座塔在不同的壓力下任務

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

3、發系數之比，用表示。 某雜質精餾系數大于1，闡明該雜質揮發比乙醇快。 精餾系數更為準確地描畫了雜質和酒精在塔內的相互關系以及它們和酒精分別的難易程度。 K = 1/21K雜 =2K = 1221x.三、 雜質的分類 1頭級雜質 典型的頭級雜質的精餾系數一直大于1，它們在塔內的運動方向是往上的，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 尾級雜質的精餾系數小于1，它們在塔內的運動方向向下，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動的，所以雜醇油同樣屬于尾級雜質的概念范疇。 3中級雜質 中級雜質的精餾系數約等于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 差壓蒸餾的根底實際 一、熱力學分析 蒸餾過程的節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、適當的塔板構造和塔板數等。 3提高蒸餾系統的熱力學效率， 1屬于“回收型節能途徑。 2、3兩類節能途徑的出發點是如何減少蒸餾過程的驅動熱源，它屬于“節減型節能途徑。 . 能量不僅有數量上的大小，而且有檔次上的高低。熱量不能夠全部轉換為功，只需部分轉化為功，另一部分必需傳給低溫熱源，而可以轉化為功的那一部分正是我們所關懷的，它的數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。 穩態蒸餾過程如圖一所示 穩態下的有效能平衡方程： 當過程可逆進展時，熵增率Sg=0，此時可得最小分別功耗為： . 分別過程熱力學效率定義為最小分別功耗和實踐功耗凈功耗之比。即 ： 實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，它由原料和產品的組成、溫度、壓力所決議，是個定值。 因此，要提高熱力學效率，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、塔內上升蒸汽與下流液體直接接觸產生熱交換時的溫差以及再沸器和冷凝器中傳熱介質和物料之間的溫差。 3、上升蒸汽與下

6、流液體進展傳質時，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，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，蒸汽在塔釜再沸器中冷凝。依次逐效進展，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，根據進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體系的相對揮發度； 2板效率；3物料的熱形狀；4進料中低、高沸點物質的組成；5熱源蒸汽壓力和冷卻介質溫度；6現有塔設備的利用。 .四、多效蒸餾節能效果和效數的關系 其中，N為效數。 從公式可以看出，雖然添加效數可以進一步降低能耗，但效數的添加和能耗的降低并不是線性關系， 隨著效數的添加，各效之間換熱器的溫差減小，因此，換熱器傳熱面積添加；假設添加首效和

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

9、揮發組份；加壓蒸餾時的汽相中易揮發組份，略低于常壓蒸餾的汽相中易揮發組份。 . 因此，從實際上，在設有兩座或兩座以上蒸餾塔的酒精蒸餾系統中，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據：.第二節 差壓蒸餾的工藝特征 一、加壓精餾塔回流比確實定 回流是保證精餾過程延續穩定操作的必要條件。 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系數會降低，因此，在加壓條件下要獲得與常壓蒸餾條件下一樣規格的酒精，須添加回流比或添加塔板數。 添加回流比能耗添加，增加塔板數投資添加。.回流比和壓力的關系不僅節能，也要保證產質量量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、異戊醇等雜質簡稱雜醇油在塔中的聚積峰發生漂移。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高效采出，但是B線回流比并不能完全彌補壓力對雜醇油等雜質分布的影響。 C線 回流比完全彌補了壓力的影響，塔內酒精分布和常壓條件下完全一樣。* 日本的研討結果.二、 減壓條件下雜質的分布 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，壓力過高從節能的觀念來看并非上策，因此，差壓蒸餾系統中受熱一側常采用減壓，以減少精餾塔的負荷。 粗餾塔采用減壓蒸餾，不僅有節能的效果，也有利于提高雜質的去除率。 由于減壓條件下，

11、雜質對酒精的相對揮發系數增大，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. 低壓降塔板的運用 差壓蒸餾中的另一個節能途徑是低壓降塔板的運用。 假設塔底輸入系統和塔頂輸出系統的物料之間的焓差很小，與輸入系統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，應減小塔頂、塔底間溫差，其極限是塔釜沸點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絡統，就出現了單塔系統中所沒有的問題： 即聯效兩塔之間存在著動態過程相互影響，添加了過程控

12、制的難度。 自動控制技術.第四節 酒精差壓蒸餾的開展動態 我國酒精工業近年技術提高較大，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。 在酒精消費過程中，蒸餾能耗約占總能耗的6070。因此，推行運用酒精差壓蒸餾技術，是我國酒精蒸餾技術提高的必然趨勢。特別是大規模的“燃料乙醇產業。 .二、國際上先進的差壓蒸餾技術 1、二塔差壓蒸餾消費燃料酒精工藝流程 該流程為二塔差壓蒸餾系統，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，該塔塔頂的酒精蒸汽那么作為常壓塔塔釜

13、的熱源。 該流程的蒸汽耗費只需1.5-2.0噸/噸酒精。 普通3-3.5噸/噸酒精。.2、四塔差壓蒸餾消費優質酒精工藝流程 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器16中自蒸發，產生的二次蒸汽加熱排醛塔，排醛塔頂的酒精蒸汽用來加熱甲醇塔。.3、 無水酒精差壓蒸餾工藝流程 該流程本質上是三效蒸餾，有三個壓力梯度，所以節能效果明顯，和消費無水酒精的普通方法相比，平均節約蒸汽耗量50以上。 .三、 國內差壓蒸餾工藝流程 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酵酒精蒸餾上的 運用 .四、 差壓蒸餾的運用前景 節能降耗是一個永久的課題。酒精差壓蒸餾經過多次反復利用熱能，極大地節約了燃料，具有積極的經濟效益和社會效益。 另一方面，酒精的質量相當程度上依賴于蒸餾技術，因此，酒精質量要求的提高，也對酒精蒸餾技術提出了更高的要求。差壓蒸餾不僅降低了能耗，同時也提高了酒精質量，較好地處理了這個在常規蒸餾中不可調和的矛盾。 .四、 差壓蒸餾的運用前景/實例丙酮丁醇蒸餾、稀酒精回收等 闡