第十三章 酒精差压蒸馏技术

生物化学技术原理

第十三章 酒精差压蒸馏技术

生物化学技术原理

酒精差压蒸馏技术

蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发性的不同，达 到将各组分分离的目的。 酒精蒸馏包括两个过程：一是将酒精和所有易挥发 性物质从发酵醪液中分离出来的过程，称为粗馏 (粗馏塔);二是进一步提高酒精浓度，并除去粗 酒精中的杂质，使之成为各种规格的成品酒精，称 为精馏(精馏塔)。

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酒精差压蒸馏技术

差压蒸馏是根据多效蒸馏的原理，把各塔有机 地结合在一起。各塔在不同的压力下工作，利 用高压塔塔顶待冷凝的酒精蒸汽作为低压塔的 驱动热源，并在低压塔的再沸器中被冷凝，节 约了蒸汽和冷凝水。

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第一节 蒸馏的基本原理酒精发酵醪液蒸馏的理论基础是拉乌尔定律。 拉乌尔定律指出：混合液中，蒸汽压高的组分， 在气相中的含量总是比液相中的高；反之，蒸汽 压低的组分，在液相中的含量总是比气相中的高。

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一、挥发系数K

酒精的挥发系数(K):K = ω1/ω2

式中：ω1、ω2 — 酒精在气相中和液相中的含量(质 量分数)

杂质挥发系数(K杂):K杂 = ω′1/ω′2 式中：ω′1、ω′2 — 杂质在气相和液相中的含量(质 量分数)

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挥发系数K

在酒精蒸馏塔内，一切杂质的挥发系数随酒精 浓度的增加而变小。 挥发系数大于1,该成分沿着塔向上移动；

挥发系数小于1,该成分沿着塔向下移动；某组分随着酒精浓度变化而在某一浓度时挥发 系数约等于1,则该组分就浓缩在与该酒精浓度 相应的塔板附近。

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二、杂质的精馏系数K′

杂质的精馏系数(K′)是指杂质的挥发系数和酒 精的挥发系数之比。 K′= K杂/K = (ω′1/ω′2)×(ω2/ω1)

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三、杂质的分类

(1)头级杂质：其精馏系数始终大于1,它们在 塔内向上运动，其浓度在塔顶最高。 (2)尾级杂质：其精馏系数小于1,它们在精馏 塔的精馏段是逐板向下运动的。 (3)中级杂质：其精馏系数约等于1,它们在成 品酒精采出口部位浓缩，因而很难和酒精分离。

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第二节 差压蒸馏的基本理论一、热力学分析蒸馏过程的节能途径归纳起来有3个方面：

(1)蒸馏过程热能的充分回收利用，使散失到 系统之外的热量降低到最低限度； (2)减少蒸馏过程本身需要的热量； (3)提高蒸馏系统的热力学效率。

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热力学分析

热量要想最大限度地转化为功，体系的变化过程 应是可逆过程。 可逆过程是指体系在一系列无限接近平衡条件下 进行的过程。

体系从某个状态变化到与环境相平衡状态时所能 输出的最大功，定义为有效能。

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热力学分析有效能的损失(净功耗)为： 稳

态蒸馏过程示意图

W总 = (1-T0/T2)Q2 - (1-T0/T1)Q1

= mDeD + mWeW - mFeF + T0Sg= Σ出me - Σ入me + T0Sg

当过程可逆进行时，熵增率Sg=0,最小分离功耗为：W总，min = Σ出me - Σ入me

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热力学分析

热力学效率定义：η= W总，min/W总

实际的分离过程都是不可逆过程，所以，η<1。要想提高η,只能采取措施降低过程的净功耗，即 尽可能降低过程的不可逆性。

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热力学分析精馏塔的不可逆性表现在以下几个方面：

(1)流动液体有阻力；

(2)塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生 热交换时的温差，以及再沸器和冷凝器中传热 介质和物料之间的温差；(3)上升蒸汽与下流液体进行传质时，两相 浓度和平衡浓度之差。

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二、多效蒸馏的原理

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多效蒸馏的原理

多效蒸馏是以多塔代替原先的单塔，使各塔在 不同压力下工作，前一效压力高于后一效的压 力，前一效塔顶蒸汽冷凝温度略高于后一效塔 釜液体的沸腾温度。 多效蒸馏降低了有效能的损失，提高了热力学 效率。

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三、多效蒸馏 的工艺流程

进料和气液之间相互流 动方式的不同分成5种 组合方式：图 操作压力组合方式： 加压 — 加压 — 常压 — 减压 — 常压 减压 减压 减压