13差压蒸馏汇总.pptx
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1、第十三章 酒精酒精差压蒸馏差压蒸馏技术技术蒸馏的基本原理蒸馏的基本原理差压蒸馏差压蒸馏的理论基础的理论基础差压蒸馏差压蒸馏的工艺特征的工艺特征国内外差压蒸馏国内外差压蒸馏应用实例应用实例燃料乙醇产业的兴起燃料乙醇产业的兴起/节能节能蒸馏蒸馏 是分离液体混合物的典型化工是分离液体混合物的典型化工单元操作单元操作,它利用液体混合物中各,它利用液体混合物中各组分挥发性的不同,达到将各组分组分挥发性的不同,达到将各组分分离的目的。分离的目的。酒精蒸馏包括两个过程:(1)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,称之为粗馏粗馏;(2)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
2、成品酒精,称之为精馏精馏。常压蒸馏常压蒸馏:各座塔设备均在常压下工作,每一座塔底各座塔设备均在常压下工作,每一座塔底用蒸汽加热,而塔顶需用冷却水移走热量,蒸用蒸汽加热,而塔顶需用冷却水移走热量,蒸馏能耗较大。馏能耗较大。差压蒸馏:差压蒸馏:差压蒸馏是根据差压蒸馏是根据多效蒸馏多效蒸馏的原理,把各座塔有机地结的原理,把各座塔有机地结合在一起。各座塔在合在一起。各座塔在不同的压力不同的压力下工作,利用高压塔塔下工作,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。塔的再沸器中被冷凝,节约了蒸汽和冷凝
3、水。从下表可以知道:差压蒸馏可从下表可以知道:差压蒸馏可节约蒸汽节约蒸汽40-50%,节约,节约冷冷凝水凝水30%以上;以上;酒糟排放量酒糟排放量减少减少15%以上。以上。另外,如粗塔在真空下工作,低沸点杂质的挥发能力加大,另外,如粗塔在真空下工作,低沸点杂质的挥发能力加大,有利于提高酒精质量。有利于提高酒精质量。第一节 基本原理酒精发酵醪液蒸馏的理论基础是酒精发酵醪液蒸馏的理论基础是拉乌尔定律拉乌尔定律。一、挥发系数一、挥发系数K 同理,某杂质的挥发系数同理,某杂质的挥发系数K/表示该杂质挥发性的强弱。表示该杂质挥发性的强弱。K=1/2汽液平衡时,乙醇汽液平衡时,乙醇1汽相中汽相中乙醇质量分
4、数乙醇质量分数2液相中液相中乙醇质量分数乙醇质量分数1 汽相中汽相中某杂质质量分数某杂质质量分数2 液相中液相中某杂质质量分数某杂质质量分数1K杂杂=2二、二、杂质的精馏系数杂质的精馏系数 杂质的杂质的精馏系数精馏系数是指杂质的挥发系数和酒精的挥发是指杂质的挥发系数和酒精的挥发系数之比,用表示。系数之比,用表示。某杂质某杂质精馏系数精馏系数大于大于1,说明该杂质挥发比乙醇快。,说明该杂质挥发比乙醇快。精馏系数精馏系数更为精确地描述了杂质和酒精在塔内的相更为精确地描述了杂质和酒精在塔内的相互关系以及它们和酒精分离的难易程度。互关系以及它们和酒精分离的难易程度。K=1/21K杂杂=2K=1221x
5、三、杂质的分类(1)头级杂质)头级杂质 典型的头级杂质的精馏系数始终大于大于1,它们在塔内的运动方向是往上的,其浓度在塔顶最高,如乙醛乙醛、甲酸乙酯甲酸乙酯、乙酸甲酯乙酸甲酯等。(2)尾级杂质)尾级杂质 尾级杂质的精馏系数小于精馏系数小于1,它们在塔内的运动方向向下,在塔底随废醪排出在塔底随废醪排出。而杂醇油在精馏塔的精馏段也是逐板向下运动的,所以杂醇油杂醇油同样属于尾级杂质的概念范畴。(3)中级杂质)中级杂质 中级杂质的精馏系数约等于1,它们在成品酒精采出口部位浓缩,因而很难和酒精分离,如异戊酸异戊酸、异戊脂异戊脂、乙酸戊酯乙酸戊酯等。第二节 差压蒸馏的基础理论 一、热力学分析一、热力学分析
6、 蒸馏过程的节能途径归纳起来有三个方面蒸馏过程的节能途径归纳起来有三个方面:(1)蒸馏过程热能的充分回收利用,使散失到系统)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到最低限度;之外的热量降到最低限度;(2)减少蒸馏过程本身需要的热量,如采用最佳回)减少蒸馏过程本身需要的热量,如采用最佳回馏比、适当的塔板结构和塔板数等。馏比、适当的塔板结构和塔板数等。(3)提高蒸馏系统的热力学效率,)提高蒸馏系统的热力学效率,(1)属于“回收型回收型”节能途径。(2)、(3)两类节能途径的出发点是如何减少蒸馏过程的驱动热源,它属于“节减型节减型”节能途径。能量能量不仅有数量上的大小,而且有品位品位上
7、的高低上的高低。热量不可能全部转换为功,只有部分转化为功,另一部分必须传给低温热源,而能够转化为功的那一部分正是我们所关心的,它的数量大小取决于体系所处的状态,体系在不同状态下,具有不同的做功本领。稳态蒸馏过程如图一所示 稳态下的有效能平衡方程:当过程可逆进行时,熵增率Sg=0,此时可得最小分离功耗为:分离过程热力学效率定义为最小分离功耗和实际功耗(净功耗)之比。即:实际的分离过程都是不可逆过程,最小分实际的分离过程都是不可逆过程,最小分离功耗(可逆功耗)是前者的极限,它由原料离功耗(可逆功耗)是前者的极限,它由原料和产品的组成、温度、压力所决定,是个定值。和产品的组成、温度、压力所决定,是个
8、定值。因而,要提高热力学效率,只能采取措施因而,要提高热力学效率,只能采取措施降低过程的净功耗降低过程的净功耗W总总,或者说,或者说,尽可能降低过尽可能降低过程的不可逆性。程的不可逆性。精馏塔的不可逆性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。为了降低过程的不可逆性,较常用的方法是设置中间再沸器和中间冷凝器,使之接近所谓的“可逆蒸馏可逆蒸馏”。中间再沸器中间再沸器中间冷凝器中间冷凝器 多效蒸馏是以多效蒸馏是以多塔多塔代替原先的代替原先
9、的单塔单塔,使各塔在,使各塔在不同压力下工作,前一效压力高于后一效的压力,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。第一效塔釜用蒸汽加热,塔顶蒸汽作为沸腾温度。第一效塔釜用蒸汽加热,塔顶蒸汽作为第二效塔釜再沸器的加热介质,蒸汽在塔釜再沸器第二效塔釜再沸器的加热介质,蒸汽在塔釜再沸器中冷凝。依次逐效进行,直到最后一效塔顶蒸汽用中冷凝。依次逐效进行,直到最后一效塔顶蒸汽用外来冷却水冷凝。外来冷却水冷凝。多效蒸馏有效地利用了固定冷、热介质之间的多效蒸馏有效地利用了固定冷、热介质之间的过剩温差过剩温差,
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