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1、 第六章第六章 酒精蒸馏设备酒精蒸馏设备l酒精蒸馏概述酒精蒸馏概述l酒精蒸馏流程酒精蒸馏流程l蒸馏塔的类型及选择蒸馏塔的类型及选择l粗馏塔的设计粗馏塔的设计l精馏塔设计精馏塔设计l脱甲醇塔设计脱甲醇塔设计l蒸馏附属设备蒸馏附属设备6.1 6.1 酒精蒸馏概述酒精蒸馏概述u发酵成熟醪组成发酵成熟醪组成u酒精蒸馏杂质概念及分离原理酒精蒸馏杂质概念及分离原理u杂质分类及分类意义杂质分类及分类意义u酒精分类情况及质量标准酒精分类情况及质量标准6.1.16.1.1发酵成熟醪组成发酵成熟醪组成发酵成熟醪发酵成熟醪挥发性物质挥发性物质挥发性物质挥发性物质不挥发性物质不挥发性物质不挥发性物质不挥发性物质乙醇乙
2、醇乙醇乙醇其它挥发性物质其它挥发性物质其它挥发性物质其它挥发性物质 醇类醇类醇类醇类 酸类酸类酸类酸类酯类酯类酯类酯类醛类醛类甲醇甲醇高级醇高级醇活性戊醇活性戊醇活性戊醇活性戊醇异戊醇异戊醇异戊醇异戊醇异丁醇异丁醇异丁醇异丁醇异丙醇异丙醇异丙醇异丙醇正丙醇正丙醇正丙醇正丙醇其它挥发性物质其它挥发性物质其它挥发性物质其它挥发性物质 高级醇高级醇在酒精蒸过程作为一个馏分分离出来，在酒精蒸过程作为一个馏分分离出来，有油的特性（不溶入水），所以这个馏分被称为有油的特性（不溶入水），所以这个馏分被称为杂杂醇油醇油。杂醇油除了含有上述的高级醇外，还含有一定杂醇油除了含有上述的高级醇外，还含有一定量的水和乙
3、醇及少量其它挥发性物质。量的水和乙醇及少量其它挥发性物质。杂醇油是酒精蒸馏的一个副产物杂醇油是酒精蒸馏的一个副产物,有很好的经济有很好的经济价值。价值。6.1.26.1.2酒精蒸馏杂质的概念及分离原理酒精蒸馏杂质的概念及分离原理l杂杂质概念质概念 在高纯度酒精蒸馏中，乙醇以外的物质统在高纯度酒精蒸馏中，乙醇以外的物质统称为杂质。杂质可分为挥发性杂质和不挥发性杂称为杂质。杂质可分为挥发性杂质和不挥发性杂质，挥发性杂质又可分为质，挥发性杂质又可分为大量的挥发性杂质大量的挥发性杂质和和少少量的挥发性杂质量的挥发性杂质。l蒸馏分离原理蒸馏分离原理 蒸馏是挥发性物质之间的分离，分离原理是利用蒸馏是挥发性
4、物质之间的分离，分离原理是利用蒸馏是挥发性物质之间的分离，分离原理是利用蒸馏是挥发性物质之间的分离，分离原理是利用各组分各组分各组分各组分挥发能力之间的差异挥发能力之间的差异挥发能力之间的差异挥发能力之间的差异。化工原理，用化工原理，用化工原理，用化工原理，用挥发度挥发度挥发度挥发度表示挥发能力，用表示挥发能力，用表示挥发能力，用表示挥发能力，用相对挥发相对挥发相对挥发相对挥发度度度度表示挥发能力之间差异。表示挥发能力之间差异。表示挥发能力之间差异。表示挥发能力之间差异。在酒精蒸馏中，用在酒精蒸馏中，用在酒精蒸馏中，用在酒精蒸馏中，用挥发系数（挥发系数（挥发系数（挥发系数（K K K K）表示
5、挥发能力，表示挥发能力，表示挥发能力，表示挥发能力，用用用用精馏系数（精馏系数（精馏系数（精馏系数（K K K K）表示杂质相对乙醇的挥发能力。表示杂质相对乙醇的挥发能力。表示杂质相对乙醇的挥发能力。表示杂质相对乙醇的挥发能力。用用用用K K K Kn n n n表示某一杂质的挥发系数，用表示某一杂质的挥发系数，用表示某一杂质的挥发系数，用表示某一杂质的挥发系数，用K K K K乙乙乙乙表示乙醇的表示乙醇的表示乙醇的表示乙醇的挥发系数。挥发系数。挥发系数。挥发系数。K K=K Kn n/K/K乙乙 K K 1 1或或1 1，表明杂质与乙醇易分离。，表明杂质与乙醇易分离。K K接近接近1 1，表
6、明杂质与乙醇难分离。，表明杂质与乙醇难分离。K K=1=1，表明杂质与乙醇不能分离。表明杂质与乙醇不能分离。精馏系数是判断杂质与乙醇分离难易程度的依据。精馏系数是判断杂质与乙醇分离难易程度的依据。表表6-16-1乙醇与部分杂质的挥发系数（乙醇与部分杂质的挥发系数（K K）乙醇含量 乙醇 异戊醇 异戊酸 乙 酸 异戊酸 异丁酸 乙酸 乙酸 甲酯 乙醛%V/V 异戊酯 异戊酯 乙 酯 乙 酯 乙酯 甲酯 乙酯10 5.10 29.015 4.10 21.520 3.31 18.025 2.68 5.55 15.230 2.31 3.00 12.635 2.02 2.45 10.5 12.540 1
7、.80 1.92 8.6 10.545 1.63 1.50 3.5 7.1 9.0 4.5 50 1.50 1.20 2.8 5.8 7.9 4.355 1.39 0.98 2.2 4.9 7.0 12.6 4.1560 1.30 0.80 1.30 1.7 2.3 4.2 4.3 6.4 10.4 4.065 1.23 0.65 1.05 1.4 1.9 2.9 3.9 5.9 9.4 3.970 1.17 0.54 0.82 1.1 1.7 2.3 3.6 5.4 8.5 3.875 1.12 0.44 0.65 0.9 1.5 1.8 3.2 5.0 7.8 3.780 1.08 0.3
8、4 0.50 0.8 1.3 1.4 2.9 4.6 7.2 3.685 1.05 0.32 0.40 0.7 1.1 1.2 2.7 4.3 6.5 3.590 1.02 0.30 0.35 0.6 0.9 1.1 2.4 4.1 5.8 3.495 1.004 0.23 0.30 0.55 0.8 0.95 2.1 3.8 5.1 3.397.2 1表表6-26-2部分杂质的精馏系数部分杂质的精馏系数(K)(K)酒精含量（%v/v）异戊醇异戊酸异戊酯乙 酸异戊酯异戊酸乙 酯异丁酸乙 酯乙酸乙酯乙酸甲酯甲酸乙酯乙醛13.2810-5.69252.025.67301.305.43401.054
9、.775.83500.81.8863.865.262.86600.6151.01.3071.763.233.34.928.03.08700.440.70.941.451.963.074.617.263.25800.360.4630.741.201.302.774.256.63.34900.260.3430.6880.8821.072.374.015.683.34950.220.2990.5480.7970.8972.093.785.083.29表表6-3甲醇的挥发系与精馏系数甲醇的挥发系与精馏系数 酒精含量酒精含量%(V/V%(V/V)10 20 30 40 50 60 70 80 90 93
10、 95K 2.96 2.61 2.21 2.08 1.90 1.71 1.55 1.49 1.52 1.69 1.93K0.58 0.79 0.96 1.16 1.26 1.32 1.33 1.38 1.49 1.68 1.92 6.1.36.1.3杂质的分类及意义杂质的分类及意义l 8282年以前分为三类年以前分为三类:比乙醇易挥发的杂质称头级杂质；比乙醇易挥发的杂质称头级杂质；挥发能力与乙醇接近的杂质称为中级杂质；挥发能力与乙醇接近的杂质称为中级杂质；比乙醇难挥发的杂质称为尾级杂质。比乙醇难挥发的杂质称为尾级杂质。头级杂质头级杂质尾级杂尾级杂质质中级杂质中级杂质l 8282年以后分为四类：
11、年以后分为四类：头级杂质头级杂质 中级杂质中级杂质 尾级杂质尾级杂质 端级杂质端级杂质头级杂质：头级杂质：精馏系数精馏系数KK始终始终1 1的为头级杂质，如的为头级杂质，如乙醛、甲酸乙酯、乙酸乙酯等。乙醛、甲酸乙酯、乙酸乙酯等。中级杂质：中级杂质：酒精浓度低，精馏系数酒精浓度低，精馏系数K K 1 1，酒精浓，酒精浓度高，精馏系数度高，精馏系数K K 1 1的杂质。如异戊醇、的杂质。如异戊醇、异丁醇、异丁酸乙酯、异戊酸异戊酯等。异丁醇、异丁酸乙酯、异戊酸异戊酯等。尾级杂质：尾级杂质：精馏系数精馏系数K K 始终始终1 1的为尾级杂质，如水，的为尾级杂质，如水，不挥发性物质。不挥发性物质。端级杂
12、质：端级杂质：酒精浓度低，精馏系数酒精浓度低，精馏系数K K 1 1，酒精浓度高，酒精浓度高，精馏系数精馏系数K K 1 1的杂质；如甲醇。的杂质；如甲醇。两者分类的依据，均为精馏系数，前者在粗酒两者分类的依据，均为精馏系数，前者在粗酒精的基础上，后者在发酵醪基础上。精的基础上，后者在发酵醪基础上。l90909090年有学者提出用挥发系数为依据，将杂质分为三类：年有学者提出用挥发系数为依据，将杂质分为三类：年有学者提出用挥发系数为依据，将杂质分为三类：年有学者提出用挥发系数为依据，将杂质分为三类：头级杂质：头级杂质：头级杂质：头级杂质：挥发系数挥发系数挥发系数挥发系数k k k k始终始终始终
13、始终1 1 1 1的杂质。的杂质。的杂质。的杂质。中级杂质：中级杂质：中级杂质：中级杂质：酒精浓度低，挥发系数酒精浓度低，挥发系数酒精浓度低，挥发系数酒精浓度低，挥发系数 K K K K 1 1 1 1，酒精浓度高，挥发，酒精浓度高，挥发，酒精浓度高，挥发，酒精浓度高，挥发系数系数系数系数K K K K 1 1 1 1的杂质。的杂质。的杂质。的杂质。尾级杂质：尾级杂质：尾级杂质：尾级杂质：挥发系数挥发系数挥发系数挥发系数k k k k始终始终始终始终 1 1 1 1的杂质。的杂质。的杂质。的杂质。这种分类就把甲醇分为头级级杂质，并认为甲醇是典型这种分类就把甲醇分为头级级杂质，并认为甲醇是典型这
14、种分类就把甲醇分为头级级杂质，并认为甲醇是典型这种分类就把甲醇分为头级级杂质，并认为甲醇是典型头级杂质。头级杂质。头级杂质。头级杂质。讨论题：讨论题：你认为甲醇是头级杂质还是端级杂质？你认为甲醇是头级杂质还是端级杂质？杂质分类的依据是精馏系数还是挥发系数？杂质分类的依据是精馏系数还是挥发系数？杂质分类的意义杂质分类的意义 科学设计蒸馏流程，确定塔的数量。科学设计蒸馏流程，确定塔的数量。科学设计蒸馏流程，确定塔的数量。科学设计蒸馏流程，确定塔的数量。N N N N塔分离塔分离塔分离塔分离N+1N+1N+1N+1个组分，酒精蒸馏可以把一类杂质看作个组分，酒精蒸馏可以把一类杂质看作个组分，酒精蒸馏可
15、以把一类杂质看作个组分，酒精蒸馏可以把一类杂质看作一个组分。一个组分。一个组分。一个组分。6.1.46.1.4酒精分类情况及质量指标酒精分类情况及质量指标l8181年以前依据酒精质量不同分为四类：年以前依据酒精质量不同分为四类：高纯度酒精、精馏酒精、医药酒精、工业酒精。高纯度酒精、精馏酒精、医药酒精、工业酒精。l8181年国家制定了酒精质量标准，分为五级：年国家制定了酒精质量标准，分为五级：优级、一级、二级、三级、四级优级、一级、二级、三级、四级l8989年国家制定了食用酒精标准，分为两级：年国家制定了食用酒精标准，分为两级：优级、普级优级、普级l9494年国家制定了工业酒精标准，分为四级：年
16、国家制定了工业酒精标准，分为四级：优优 级、一级、二级、三级、一级、二级、三级级l20022002年国家制定了新的食用酒精标准分为三级：年国家制定了新的食用酒精标准分为三级：特级、优级、普级特级、优级、普级l20032003年我国生产年我国生产汽油醇汽油醇（汽油（汽油+酒精）酒精）用于生产汽油醇的酒精称用于生产汽油醇的酒精称燃料酒精燃料酒精 另外，将普通酒精（另外，将普通酒精（95%95%（v/vv/v）经特殊蒸馏制备）经特殊蒸馏制备成成无水酒精。无水酒精。即酒精分为四大类：即酒精分为四大类：食用酒精、工业酒精、燃料酒精、食用酒精、工业酒精、燃料酒精、无水酒精无水酒精19811981年国家酒精
17、质量标准年国家酒精质量标准（GB393-1981）指标名称 指标优级一级二级三级四级外观 透明液体色度，号10气味 无异臭酒精（体积）%96.095.595.095.095.0硫酸试验，号1015100氧化时间，分3025152_醛（以乙醛计）%0.00040.00100.0030_杂醇油%0.00040.00250.0100.040_甲醇%0.060.120.160.25酸（以乙酸计）%0.00150.00150.00200.0020酯（以乙酸乙酯计）%0.00250.0038不挥发物，%0.00200.00200.00250.0025_ 19891989年国家食用酒精质量标准年国家食用酒精
18、质量标准（GB10343-89GB10343-89）项 目 指 标 优级 普级外观 透明液体色度，号 10气味 无异臭乙醇，%（V/V）95.0硫酸试验，号 1080氧化时间，分 3015醛（以乙醛计），g/100ml 0.00030.0030杂醇油，g/100ml 0.00020.0080甲醇，g/100ml 0.010.06酸（以乙酸计），g/100ml 0.00100.0020不挥发物，g/100ml 0.00200.0025重金属（以Pb计），mg/L 1 1 20022002年国家食用酒精质量标准年国家食用酒精质量标准 （GB10343-2002GB10343-2002）项目 特级优
19、级普级色度好101010乙醇，%（V/V）96.095.595硫酸试验，号 51060氧化时间，min 403020总醛（以乙醛计），mg/l 1330甲醇，mg/l 250150正丙醇，mg/l 235100异丁醇+异戊醇，mg/l 1230总酸（以乙酸计），mg/l 71020总酯（以乙酸乙酯计）mg/l 101825不挥发物，mg/l 102020重金属（以Pb计）mg/l 1氰化物（HCN计），mg/l 5酒精质量情况（酒精质量情况（1 1）20002000年针对食用酒精新的标准对正丙醇的分离进行研究，调查酒年针对食用酒精新的标准对正丙醇的分离进行研究，调查酒精质量况：精质量况：1 1
20、、有一资料介绍四个厂家的酒精甲醇、正丙醇、异丁醇、异戊醇、有一资料介绍四个厂家的酒精甲醇、正丙醇、异丁醇、异戊醇含量如下表：含量如下表：厂家生产原料甲醇(ppm)正丙醇(ppm)异丁醇(ppm)异戊醇(ppm)A薯干46080105B薯干46018045C木薯119036D280103 3酒精质量情况（酒精质量情况（2 2）19981998年孔府宴酒厂测的几家酒精甲醇、正丙醇、年孔府宴酒厂测的几家酒精甲醇、正丙醇、异丁醇、异戊醇含量如下：异丁醇、异戊醇含量如下：厂家生产原料甲醇(ppm)正丙醇(ppm)异丁醇(ppm)异戊醇(ppm)A薯干420372A薯干457178 47.2B薯干1765
21、41.8B薯干21190未检出未检出B薯干24096未检出未检出C玉米49324未检出未检出C玉米53321未检出未检出C玉米21179未检出未检出酒精质量（酒精质量（3 3）20012001年年3 3月从五个厂家取了月从五个厂家取了6 6个样品由景芝酒个样品由景芝酒厂测的情况如下：厂测的情况如下：厂家生产原料甲醇(ppm)正丙醇(ppm)异丁醇(ppm)异戊醇(ppm)A玉米74.027.80.3未检出B薯干363.366.91.6未检出B玉米95.933.54.61.7C木薯357.410.40.8未检出D薯干390.319.3未检出未检出E木薯74.12.8未检出未检出6.2 6.2 酒
22、精蒸馏流程酒精蒸馏流程l两塔蒸馏流程两塔蒸馏流程l两塔三段蒸馏流程（强制回流）两塔三段蒸馏流程（强制回流）l三塔蒸馏流程三塔蒸馏流程l四塔流程四塔流程l五塔蒸馏流程五塔蒸馏流程l五塔差压蒸馏流程五塔差压蒸馏流程 l两塔蒸馏流程两塔蒸馏流程1、粗馏塔；2、精馏塔；3、预热器；4、5、6、7冷凝器；8、成品冷却器；9、杂醇油分离器；10、排糟器；发酵液1234567水杂醇油成品酒精次酒精淡酒精蒸馏余水蒸气废液蒸气8910109排醛醪池 高级醇在精馏塔板层上的分布高级醇在精馏塔板层上的分布 塔板层数 酒精浓度 0proof 高 级 醇 正丙醇 异丁醇 戊 醇 酒头141312产品1110987654
23、321 189.8 189.2 188.6 187.5 186.0 186.6 184.0 181.9 179.2 176.8 171.9 166.4 160.2 148.5 128.5 94.4 11.819.925.425.742.562.365.088.0107.5120.513511612853 2.3 7.1 11.8 16.4 25.4 22.2 42.5 65.5 85.0 110.0 150.5 177 200 190 208 71 2.4 5.9 14.0 25.4 23.4 64.0 158 207.5 354 688 1000 1500 2150 3210 1178 l两
24、塔三段蒸馏流程（强制回流）两塔三段蒸馏流程（强制回流）ZZWPzcssZ Z、蒸气；蒸气；w w、发酵醪；发酵醪；p p、成品酒精；成品酒精；zczc、杂醇油；杂醇油；s s、废液；废液；cpcp、次酒精次酒精23455556771 1、粗馏塔；、粗馏塔；2 2、精馏塔下段；、精馏塔下段；3 3精馏塔上段；精馏塔上段；4 4、预热器；、预热器；5 5、冷凝器；、冷凝器；6 6、回流罐、回流罐7 7、回流泵；、回流泵；cp1 ZZWPzcssZ Z、蒸气；蒸气；w w、发酵醪；发酵醪；p p、成品酒精；成品酒精；zczc、杂醇油；杂醇油；s s、废液；废液；cpcp、次酒精次酒精12345555
25、6771 1、粗馏塔；、粗馏塔；2 2、精馏塔下段；、精馏塔下段；3 3精馏塔上段；精馏塔上段；4 4、预热器；、预热器；5 5、冷凝器；、冷凝器；6 6、回流罐、回流罐7 7、回流泵；、回流泵；cpl两塔三段蒸馏流程（强制回流）两塔三段蒸馏流程（强制回流）l三塔蒸馏流程三塔蒸馏流程123次酒精次酒精蒸气蒸气蒸气杂醇油废水废水成品酒精发酵醪冷凝水4451、粗馏塔；2、精馏塔；3、脱甲醇塔；4、冷凝器；5、再沸器；l四塔蒸馏流程四塔蒸馏流程1、粗馏塔；2、排醛塔；3、精馏塔；4、脱甲醇塔；5、冷凝器；6、再沸器；1蒸气废水发酵醪冷凝水634次酒精次酒精蒸气蒸气杂醇油废水成品酒精5552l五塔蒸馏
26、流程五塔蒸馏流程发酵醪成品酒精次酒精废液杂醇油1231、醪塔；醪塔；2 2、浓缩塔；、浓缩塔；3 3、萃取塔；、萃取塔；4 4、精馏塔；、精馏塔；5 5、脱甲醇塔；、脱甲醇塔；次酒精345杂醇油l 五塔差压蒸馏五塔差压蒸馏发酵液废液废液次酒精次酒精成品酒精发酵液废液次酒精成品酒精12345666.3 蒸馏塔的类型及选择蒸馏塔的类型及选择板式塔填料塔有溢流无溢流规则填料不规则填料筛板塔浮阀波纹筛板塔蒸馏塔l蒸馏塔的类型蒸馏塔的类型泡罩塔浮阀塔筛板塔斜孔塔导向筛板塔S塔波纹筛板塔l塔的选择原则塔的选择原则l造价低、加工用易；造价低、加工用易；l阻力小阻力小l不用易堵塞不用易堵塞l塔的效率高塔的效率
27、高l操作弹性大操作弹性大l操作稳定操作稳定l馏分提取方便馏分提取方便 粗馏塔粗馏塔 多选泡罩塔、多选泡罩塔、S S塔；塔；精馏塔精馏塔 大多选斜孔塔、导向筛板塔、浮大多选斜孔塔、导向筛板塔、浮 阀塔；阀塔；脱甲醇塔脱甲醇塔 大多选填料塔。大多选填料塔。6.4 粗馏塔的设计粗馏塔的设计l粗馏塔的作用及设计内容粗馏塔的作用及设计内容l物料恒算与热量恒算物料恒算与热量恒算l塔径计算塔径计算l塔板数计算塔板数计算l塔板结构设计塔板结构设计6.4.16.4.1粗馏塔的作用及设计内容粗馏塔的作用及设计内容l粗馏塔的作用粗馏塔的作用 从发酵成熟醪将乙醇提取出来，它只有提留段，从发酵成熟醪将乙醇提取出来，它只
28、有提留段，没有精馏段，属于简单蒸馏，因此称粗馏塔。没有精馏段，属于简单蒸馏，因此称粗馏塔。l设计主要内容设计主要内容 塔径、板间距、塔板数、塔板结构塔径、板间距、塔板数、塔板结构这些设计都离不开物料恒算和热量恒算这些设计都离不开物料恒算和热量恒算。6.4.2物料恒算与热量恒算物料恒算与热量恒算l物料恒算物料恒算u物料质量平衡物料质量平衡 W=W=F VF V W W/=W+D=W+Du 酒精质量平衡酒精质量平衡FXFXF F =V Y+W =V Y+W/X XW W若塔底废液酒精忽略不若塔底废液酒精忽略不计计FXFXF F =VY =VYV YF XFDW/（W+D）XW塔顶酒精浓度（塔顶酒精
29、浓度（Y Y）的确定）的确定 塔顶酒精蒸气酒精浓度高低决定于塔顶酒精蒸气酒精浓度高低决定于进料醪液酒进料醪液酒精浓度精浓度和和醪液预热温度醪液预热温度。有图。有图6-16-1求出；图求出；图6-16-1，横，横坐标表示坐标表示100kg100kg发酵醪有预热温度加热到沸腾温度需发酵醪有预热温度加热到沸腾温度需要的热量，途中的曲线分别表示不同进塔醪液的酒要的热量，途中的曲线分别表示不同进塔醪液的酒精浓度，纵坐标表示进料板上的液体酒精浓度，由精浓度，纵坐标表示进料板上的液体酒精浓度，由此浓度通过气液平衡，求出塔顶酒精蒸汽的酒精浓此浓度通过气液平衡，求出塔顶酒精蒸汽的酒精浓度。度。l热量恒算热量恒算
30、 进入塔的热量进入塔的热量：Q1=FC1 t Q2=D i i 离开塔的热量离开塔的热量 Q3=V i Q4=W/C t Q5(热量损失热量损失）FC1 tDV iW/C tQ5 通过热量恒算求出加热蒸汽量（通过热量恒算求出加热蒸汽量（D D）利用等摩尔气化等摩尔冷凝即可求出塔利用等摩尔气化等摩尔冷凝即可求出塔内上升蒸汽量。内上升蒸汽量。6.4.3 6.4.3 粗馏塔塔径计算粗馏塔塔径计算 塔径的大小决定于塔内上升蒸汽量，空塔气速。塔径的大小决定于塔内上升蒸汽量，空塔气速。空塔气速决定于板间距的大小，塔板液层高空塔气速决定于板间距的大小，塔板液层高度，物料的性质。塔内上升蒸汽量决定于塔底加热度
31、，物料的性质。塔内上升蒸汽量决定于塔底加热蒸汽量。蒸汽量。6.3.4 6.3.4 粗馏塔塔板的计算粗馏塔塔板的计算l理论塔板数计算理论塔板数计算 依据提馏操作线依据提馏操作线线方程、进料状态线线方程、进料状态线及气液平衡线及气液平衡线 ，塔顶，塔顶酒精浓度以及塔底废酒精浓度以及塔底废液残留酒精浓度。液残留酒精浓度。提馏操作线方程提馏操作线方程：6.56.5精馏塔设计精馏塔设计l精馏塔的作用精馏塔的作用l物料恒算物料恒算l回流比确定回流比确定l热量恒算热量恒算l塔径计算塔径计算l塔板数计算塔板数计算l塔板结构设计塔板结构设计l精馏塔的作用精馏塔的作用 1 1）将酒精浓缩到）将酒精浓缩到95%95
32、%（v/vv/v)以上，达到要求的酒精浓以上，达到要求的酒精浓度。度。2 2）分离杂醇）分离杂醇 3 3）分离头级杂质及甲醇等杂质；）分离头级杂质及甲醇等杂质；在在19891989年食用酒精标准制定之前，酒精精馏塔塔板数年食用酒精标准制定之前，酒精精馏塔塔板数只有只有5454块塔板，其中精馏段块塔板，其中精馏段3636块，提留段块，提留段1818块，随着块，随着食用酒质量的提高，精馏塔塔板数增加到了食用酒质量的提高，精馏塔塔板数增加到了82-8682-86块，块，有的厂家增加到有的厂家增加到9090块板。增加到了精馏段，在塔顶一块板。增加到了精馏段，在塔顶一下下2020层板起成品酒精。这主要为
33、了分离甲层板起成品酒精。这主要为了分离甲醇。醇。精馏塔的物料恒算精馏塔的物料恒算V塔顶上升酒精蒸汽量塔顶上升酒精蒸汽量，kg/h；L回流量回流量，kg/h；P酒精产品提取量酒精产品提取量，kg/h；提馏段上升蒸汽量；提馏段上升蒸汽量；进料量；进料量；L L/提馏段回流量；提馏段回流量；DD塔底加热蒸汽量；塔底加热蒸汽量；WW塔底排出废液量；塔底排出废液量；LVPVDLVWVL/（为了简便计算，杂醇油提取可忽略不计为了简便计算，杂醇油提取可忽略不计）对塔顶物料平衡：对塔顶物料平衡：V=L+P=P（R+1)(R=L/P)R回流比回流比 通过回流比和产量可求出通过回流比和产量可求出塔顶上升蒸汽量，进
34、一步求出塔顶上升蒸汽量，进一步求出塔底加热蒸汽量。塔底加热蒸汽量。最小回流比最小回流比假如：成品酒精浓度为假如：成品酒精浓度为95%95%（v/vv/v），气相进），气相进料酒精浓度料酒精浓度47.6%(w/w)47.6%(w/w)。求精馏最小回流比。求精馏最小回流比R Rminmin 。95%95%（v/vv/v)=92.41%)=92.41%（w/ww/w)=82.65%(mol)=82.65%(mol)47.6%(w/w)=26.21%(mol)47.6%(w/w)=26.21%(mol)与气相酒精浓度与气相酒精浓度47.6%47.6%（w/ww/w)平衡的液相酒精平衡的液相酒精浓度为浓
35、度为8%8%（w/ww/w）。）。8%8%（w/ww/w）=3.29%=3.29%（molmol）酒精精馏塔设计一般取回流比酒精精馏塔设计一般取回流比 R=3R=34 4 回流比取得大，蒸馏消耗的蒸汽量回流比取得大，蒸馏消耗的蒸汽量多，需要的理论板数少，反之，消耗蒸汽多，需要的理论板数少，反之，消耗蒸汽少，需要的理论板数多。少，需要的理论板数多。塔底加热蒸汽量计算塔底加热蒸汽量计算利用等分子汽化等分子冷凝原理：利用等分子汽化等分子冷凝原理：提馏段上升蒸汽量：提馏段上升蒸汽量：V/=V V塔底加热蒸汽量（D）：D =V/（V、V、V/、D 单位均用kmol/h）理论塔板数计算理论塔板数计算 利用
36、等分子汽化等分子回流概念，可得出：利用等分子汽化等分子回流概念，可得出：精馏操作线方程：精馏操作线方程：提馏操作线方程：提馏操作线方程：精馏操作线与提馏操作线、公式符号及单位：精馏操作线与提馏操作线、公式符号及单位：YY气相中酒精浓度，气相中酒精浓度，%（mol)mol)；XX液相中酒精浓度，液相中酒精浓度，%（mol)mol)；RR回流比；回流比；X Xp p 产品酒精浓度，产品酒精浓度，%（mol)mol)；LL回流量，回流量，kgmol/hkgmol/h；V V/提馏段上升蒸汽量，提馏段上升蒸汽量，Kmol/hKmol/h；利用精馏操作线和酒精气液平衡关系通过利用精馏操作线和酒精气液平衡
37、关系通过图解图解或逐或逐板计算板计算就可求出理论塔板数就可求出理论塔板数图解求解理论塔板数示意图Y%(mol)X%(mol)FXXP精馏操作线斜率进料状态线斜率气液平衡线提馏操作线斜率对角线图解求理论塔板数几个注意问题：图解求理论塔板数几个注意问题：1 1、坐标的浓度单位；、坐标的浓度单位；2 2、精馏操作线的绘制；、精馏操作线的绘制；3 3、进料状态线的绘制；、进料状态线的绘制；4 4、提馏操作线的绘制；、提馏操作线的绘制；5 5、阶梯图形的绘制；、阶梯图形的绘制；6 6、精馏段理论塔板数，提馏段理论塔板数；、精馏段理论塔板数，提馏段理论塔板数；在气液平衡线和精馏操作线之间绘制在气液平衡线和
38、精馏操作线之间绘制的阶梯数即为精馏段理论塔板数，可以准的阶梯数即为精馏段理论塔板数，可以准确的求出，但提馏段，在浓度低到确的求出，但提馏段，在浓度低到0.2%0.2%（mol)mol)时图解不精确，可用下式计算：时图解不精确，可用下式计算：6.6 6.6 脱甲醇塔设计脱甲醇塔设计l脱甲塔的作用脱甲塔的作用l回流比的确定回流比的确定l物料恒算物料恒算l热量恒算热量恒算l塔径计算塔径计算l塔板数计算塔板数计算l塔板结构设计塔板结构设计酒精蒸馏甲醇塔理论塔板数的计算酒精蒸馏甲醇塔理论塔板数的计算一、一、计算依据计算依据1、塔顶甲醇含量（塔顶甲醇含量（X XP P）（决定酒头提取率，及成）（决定酒头提
39、取率，及成品得率）；品得率）；2 2、进料酒精甲醇含量（、进料酒精甲醇含量（X XF F）；）；3 3、塔底成品酒精甲醇含量（、塔底成品酒精甲醇含量（X XW W）；）；4 4、回流比、回流比R R；5 5、进料状态；、进料状态；二、最小回流比最小回流比二、最小回流比最小回流比XP 塔顶次酒精甲醇浓度，%（mol）；Yq 气相进料甲醇浓度，%（mol）；Xq 与气相进料甲醇浓度平衡的液相甲醇浓度，%（mol）；R=(1.2-2)Rmin塔顶酒精甲醇含量（塔顶酒精甲醇含量（X XP P）的确定：）的确定：FXFPXPWXW依据进料酒精甲醇含量（依据进料酒精甲醇含量（X XF F）；）；成品酒精的
40、率；成品酒精的率；成品酒精甲醇含量（成品酒精甲醇含量（X XP P）。）。假定成品酒精的得率为进料假定成品酒精的得率为进料量的量的99%99%，三、操作线方程操作线方程精馏操作线方程：提馏操作线方程：令：(精馏操作线斜率)；（精馏操作线截距）；（提馏操作线斜率；（提馏操作线截距）；精馏与提馏操作线方程可分别写成：Y=anX+bnY=aTX+bT精馏操作线Y是离开下一块板上升蒸汽中的甲醇含量，X是离开上一块板液相中甲醇含量。提留操作线Y是离开下一块板上升蒸汽中的甲醇含量，X是离开上一块板液相中甲醇含量。四、逐板计算逐板计算：Y1=Xp 由Y1及平衡关系（Y=KX）求出X1，由X1利用精馏操作线方
41、程求出Y2，再由Y2及平衡关系求出X2，直至计算的XnXF 精馏段理论板数：提馏段也如此逐板计算。五、解析计算解析计算 精馏段理论板数解析计算式提馏段理论板数解析方计算式：脱甲醇塔工况特点脱甲醇塔工况特点 酒精蒸馏是对少量甲醇馏分得分离，塔顶与酒精蒸馏是对少量甲醇馏分得分离，塔顶与塔低乙醇浓度变化不大，相对塔顶甲醇浓度比塔低乙醇浓度变化不大，相对塔顶甲醇浓度比较低。在这特殊情况下，不仅存在等摩尔气化较低。在这特殊情况下，不仅存在等摩尔气化和等摩尔回流，也存在等质量气化和等质量回和等摩尔回流，也存在等质量气化和等质量回流，或等体积气化和等体积回流。所以计算理流，或等体积气化和等体积回流。所以计算理论塔板数时，甲醇的单位用论塔板数时，甲醇的单位用mg/Lmg/L或或ppmppm就可计就可计算，不需换算出摩尔百分率，使计算简便。算，不需换算出摩尔百分率，使计算简便。6.7 6.7 酒精蒸馏附属设备酒精蒸馏附属设备l预热器预热器l冷凝器冷凝器l排糟器排糟器l杂醇油分离器杂醇油分离器l潜热回收器潜热回收器