酒精提纯初步方案的制定课件

1、酒精提纯初步方案的制定1 酒精提纯初步方案的制定酒精提纯初步方案的制定 一、酒精的性质和用途 二、发酵法酒精生产工艺 三、酒精提纯工艺 四、总结提高 酒精提纯初步方案的制定2 一、酒精的性质和用途一、酒精的性质和用途 酒精的化学名称是乙醇，分子式为C2H5OH，相对 分子质量46.07。是无色透明、易挥发、具有特殊芳 香和强烈刺激味的易燃液体。乙醇蒸汽与空气可形 成爆炸性混合物。 酒精在国民经济中占有重要的地位，特别是对食用酒和 燃料酒精的需求很大。酒精的用途按需求量多少可分为 三方面：燃料酒精、食用酒精和化工医药用酒精。 酒精的性质酒精的性质 酒精的用途酒精的用途 酒精提纯初步方案的制定3

2、原料的种类原料的种类 发酵法酒精生产工艺：以淀粉（红薯干或者玉米）为原料， 经处理、蒸煮、糖化、发酵、粗馏、精馏而成。 二、发酵法酒精生产工艺二、发酵法酒精生产工艺 用于生产酒精的淀粉原料主要有：薯类（甘薯 、马铃薯、 木薯、山药等）；粮谷类（高粱、玉米、大米、谷子、 大麦、小麦、燕麦、黍等）；糖质原料（甘蔗、甜菜、 糖蜜等）；野生植物（橡子仁，土茯苓、蕨根、石蒜 等）；农产品加工副产品（米糠饼、麸皮、高粱糠、淀 粉渣等）；纤维质原料（秸秆、甘蔗渣等）等。 酒精提纯初步方案的制定4 原料的的除杂原料的的除杂原料的粉碎原料的粉碎 原料的输送原料的输送 原料处理原料处理 泥沙、石块泥沙、石块 和金

3、属杂质和金属杂质 除杂方法 有筛选、 风送除杂 和电磁除 铁三种 原料经粉碎 后，受热面 积可增加， 利于淀粉原 料的吸水膨 化糊化 粉碎方法 有干法和 湿法粉碎 两种 原料输送方 法有机械输 送，气流输 送和混合输 送3种 酒精提纯初步方案的制定5 蒸煮蒸煮 在高温高压条件下进行蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂，在高温高压条件下进行蒸煮，使植物组织和细胞彻底破裂， 淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的淀粉由颗粒变成溶解状态的糊液，目的是使它易受淀粉酶的 作用，把淀粉水解成可发酵性糖。通过高温高压蒸煮后，对作用，把淀粉水解成可发酵性糖。通过高温高压蒸煮后，对 原料进行了灭菌作用。

4、原料进行了灭菌作用。 温水温水 蒸汽蒸汽 原料原料 除杂除杂 粉碎粉碎 拌料拌料 泵泵 蒸煮蒸煮 成熟蒸煮成熟蒸煮 醪送入糖化锅醪送入糖化锅 酒精提纯初步方案的制定6 糖化糖化 糖化的目的是将淀粉水解成可发酵性糖。糖化的目的是将淀粉水解成可发酵性糖。 糖化的基本工艺流程：糖化的基本工艺流程： 蒸煮醪冷却至糖化温度蒸煮醪冷却至糖化温度 加糖化剂使蒸煮醪化液加糖化剂使蒸煮醪化液 淀粉糖化淀粉糖化 物料巴氏灭菌物料巴氏灭菌 糖化醪冷却到发酵糖化醪冷却到发酵 温度温度 用泵将醪液送往发酵或酒母车间用泵将醪液送往发酵或酒母车间 酒精提纯初步方案的制定7 发酵发酵 酒精发酵的目的是可发酵性糖在酵母菌的作用

5、酒精发酵的目的是可发酵性糖在酵母菌的作用 下，转变为酒精和二氧化碳，获得酒精产品。下，转变为酒精和二氧化碳，获得酒精产品。 酒精提纯初步方案的制定8 蒸蒸 馏馏 发酵成熟醪的化学组成一般为：含发酵成熟醪的化学组成一般为：含 水水82%90%，酒精，酒精7%11% 还含有醇、醛、酸、酯等挥发性物质，浸出物、无 机盐、酵母泥和其他不挥发性物质以及夹杂物。要 得到高浓度和高纯度的酒精，就需要用蒸馏和精馏 的方法，把酒精从成熟醪中分离出来。 酒精提纯初步方案的制定9 三、酒精提纯工艺三、酒精提纯工艺 蒸馏的基本原理蒸馏的基本原理 蒸馏是利用液体混合物中各组分 挥发性的不同而分离组成的方法。 通常把酒精

6、和其他挥发性杂质 从发酵成熟醪中分离出来的过 程，称为蒸馏，也称为粗馏。 蒸馏所得到的是含挥发性杂质 较多的粗酒精，所用的设备称 作醪塔，也称粗馏塔。从塔底 排出的废液称为酒糟，其主要 成分是水和少量不挥发性物质。 酒精提纯初步方案的制定10 三、酒精提纯工艺三、酒精提纯工艺 蒸馏的基本原理蒸馏的基本原理 除去混在粗酒精中的挥发 性杂质和一部分水，进一 步提高酒精浓度和纯度的 操作过程，称为精馏。 精馏有的结果可以得到各种 符合产品质量要求的酒精 （医药酒精或精馏酒精）， 所用的设备称为精馏设备。 精馏设备除了精馏塔以外，还要视其产品质量 要求，安装排醛塔（也称分馏塔）或甲醇塔等。 酒精提纯初

7、步方案的制定11 四、总结提高四、总结提高 蒸馏分离蒸馏分离 的目的和依据的目的和依据 目的目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分 依据依据：液体混合物中各组分挥发性的差异 液体混合物：(如:酒精水溶液) 挥发性大（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A） 挥发性小（水） ，称为难挥发组分或重组分（B） 酒精提纯初步方案的制定12 蒸馏过程的分类蒸馏过程的分类 简单蒸馏 按蒸馏方式： 平衡蒸馏 精馏 常压蒸馏 按操作压力： 加压蒸馏 减压（真空）蒸馏 按物系的组分数 双组分蒸馏 多组分蒸馏 间歇蒸馏 连续蒸馏 按操作方式： 普通蒸馏 特殊蒸馏 按分离难易： 酒精提纯初步方案的制定13 BBB

8、AAA xppxpp 00 pA，pB 溶液上方A、B组分的分压，Pa； pA0 ， pB0 溶液温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa； xA ， xB 液相中A、B组分的摩尔分率。 对于理想溶液： 1. 拉乌尔定律（拉乌尔定律（ Raoults Law） 7.2.1 气液相平衡气液相平衡 第二节第二节 双组分溶液的气液相平衡双组分溶液的气液相平衡 酒精提纯初步方案的制定14 BBB AAA xpp xpp 0 0 )1 ( 0000 ABAABBAABA xpxpxpxpppp 00 0 BA B A pp pp x 2、道尔顿分压定律： 泡点方程泡点方程 液相组成液相组成 x 与温度（泡点）的关

9、系与温度（泡点）的关系 酒精提纯初步方案的制定15 气相组成气相组成yA与温度（露点）的关系与温度（露点）的关系 00 000 BA BA A A A pp pp p p x p p y 露点方程露点方程 AA pyp BB pyp 酒精提纯初步方案的制定16 3、组成、组成温度图（温度图（txy图图) 两条线：气相线（露点线） yAt 关系曲线 液相线（泡点线） xAt 关系曲线 三个区域：液相区 气、液共存区 气相区 酒精提纯初步方案的制定17 4、xy图图 对角线 y=x 为辅助曲线 xy曲线上各点具有不 同的温度； 平衡线离对角线越远， 挥发性差异越大，物系 越易分离。 酒精提纯初步方

10、案的制定18 7.2.2 7.2.2 挥发度与挥发度与相对挥发度相对挥发度 组分的挥发度: 是该物质挥发难易程度的标志，表示。 pA、 pB汽液平衡时，组分A,B在气相中的分压； xA、xB汽液平衡时，组分A,B在液相中的摩尔分率。 B B B A A A x p x p , 混合液某组分挥发度: 1. 挥发度 酒精提纯初步方案的制定19 理想溶液则: o B B B o B B B B o A A A o A A A A p x xp x p p x xp x p 2. 相对挥发度(以表示) B B A A B A x p x p 理想气体： B B A A x y x y 一般物系： 酒精

11、提纯初步方案的制定20 对于二元物系：yB=1-yA xB=1-xA 即 x x y ) 1(1 相平衡方程 0 0 B A p p 理想溶液： 4. 平均相对挥发度 釜 顶m 酒精提纯初步方案的制定21 3.的物理意义的物理意义 气相中两组分组成之比是液相中两组分组成之比 的倍数 标志着分离的难易程度: 愈大, 平衡线愈远离对角线，物系愈易分离； =1, 无法用普通蒸馏方法分离。 酒精提纯初步方案的制定22 7.2.3 非理想溶液非理想溶液 1.具有正偏差的溶液 正偏差溶液：x=0.894，最低恒沸点，78.15 乙醇水溶液相图 酒精提纯初步方案的制定23 硝酸水溶液相图 负偏差溶液：x=0

12、.383，最高恒沸点，121.9 2. 具有负偏差的溶液 酒精提纯初步方案的制定24 7.3.1 简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏和平衡蒸馏 一 . 简单蒸馏 1. 装置 第三节第三节蒸馏与精馏原理蒸馏与精馏原理 酒精提纯初步方案的制定25 二. 平衡蒸馏(又叫闪蒸) 1. 流程 2、特点: 一次进料，粗分 xD, xW是一对平 衡组成 酒精提纯初步方案的制定26 进料板：原料液进入的 那层塔板 精馏段：进料板以上的塔 段 提馏段：进料板以下 （包括进料板）的塔段 7 .3.3 连续精馏装置流程连续精馏装置流程 . 连续精馏装置 酒精提纯初步方案的制定27 2、 塔板的作用 塔板提供了汽液 分离的场

13、所。 每一块塔板是一 个混合分离器 足够多的板数可 使各组分较完全分 离 特点： 酒精提纯初步方案的制定28 回流的作用： 提供不平衡的气液两相，是构成气液 两相传质的必要条件。 精馏的主要特点就是有回流 3、 精馏过程的回流 回流包括： 塔顶回流液(液相） 塔底回流汽（气相） 酒精提纯初步方案的制定29 塔顶液相回流：（1）泡点回流 （全冷凝）。冷凝成饱和液体。 （2）冷液回流。冷凝成低与饱 和温度下的液体。 （3）分凝器产生液相回流（部 分冷凝）。得到平衡的气液两相， 其中液相组成回流。 塔釜气相回流 酒精提纯初步方案的制定30 7.3.4 理论板的概念和衡摩尔流的假设理论板的概念和衡摩尔

14、流的假设 理论板：离开塔板的蒸汽和液体呈平衡的塔板。 假设： （1）、两组分的摩尔汽化潜热相等； （2）、两相接触因两相温度不同而交 换的显热可忽略不计； （3）、塔设备保温良好，热损失可以忽略不 计。 2、 恒摩尔流的假设 1、理论板的概念 酒精提纯初步方案的制定31 精馏段，每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏 段也一样。 即：V1=V2=V=常数 V1=V2=V=常数 式中：V-精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h; V-提馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h。 （1）恒摩尔汽化 酒精提纯初步方案的制定32 精馏段内，每层塔板下降的液体摩尔流量都相等， 提馏段也一样。 即：L1=L2

15、= L=常数 L1=L2= L=常数 式中： L-精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h; L-提馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h。 （下标1、2表示自上而下的塔板序号。） （2）恒摩尔溢流 酒精提纯初步方案的制定33 第四节第四节 恒沸精馏与萃取精馏恒沸精馏与萃取精馏 前述普通精馏方式是以溶液中各个组分的挥发度不同作为 分离的依据，若各组分的挥发度差异越大（即相对挥发度 越大），越易分离。但工业生产中需要分离的溶液，也有不 少其挥发度很接近或具有恒沸点（最高或最低恒沸点），对 于这类溶液的分离，用前诉的普通精馏方式就难以实现。例 如： 乙醇水溶液在总压 p=1atm时有最低恒沸点78.1

16、5 ， 恒沸物组成摩尔分率 0.894（重量百分率为95.6%），用前 述普通精馏方法，最多只能分离得到接近恒沸组成的酒精， 这就是工业酒精中含乙醇只能达到 酒精提纯初步方案的制定34 95% （重量百分率）的 原 因。那么，要 得 到 无水 酒 精怎 么 办？ 理论上可采用降低总压的方法， ， ， ， 当 时， , ，塔顶上升蒸汽在冷凝器中 不能用水将之冷凝下来，必须使用人工制冷，能耗大，一般不用。 若两组分的沸点很接近相对挥发度很小，如苯环己烷的沸点分 别为80.1和80.8，也很难用普通精馏方法将其分离。 用普通精馏难以分离的物系必须采用特殊精馏的方法分离。特殊精 馏的基本原理是：在双组

17、分溶液中加入第三组分，以改变原双组 p M x M t atmp125. 099. 0 M x34 M t 酒精提纯初步方案的制定35 分物系的非理想性或提高其相对挥发度 而实现分离。根据第三组分所起作用的 不同，又可分为恒沸蒸馏和萃取精馏。 恒沸精馏 （1）三组分恒沸精馏 在A、B双组分恒沸溶液或相对挥发度很小的双组分溶液中加入称为挟带剂的第三 组分C，此挟带剂C与原溶液中一个或两个组分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的 恒沸物的沸点比纯组分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸点低得多，使溶液变成“恒 沸物纯组分”的精馏，其相对挥发度大而易于分离。例如： 酒精提纯初步方案的制定36 乙醇-水恒

18、沸物+苯（挟带剂）乙醇-水-苯三元恒沸物+纯乙醇 A+B（AB）+C（ABC）+A （ABC）组成：A（乙醇）0.228，B（水）0.233，C（苯）0.539 （ABC）中水对乙醇摩尔比 ，故只要有足量的苯作为 挟带剂，在精馏时水将全部集中于三元恒沸物（ABC）中从塔塔顶带出， 而I塔塔底产品为无水酒精，其流程见图，塔用于回收苯，塔用于回 收乙醇。 作为挟带剂的苯在系统中循环使用，补充损失的苯量在正常情况下低于无 水酒精产量的千分之一。除苯以外，乙醇水溶液恒沸精馏的挟带剂还 xx022. 1 228. 0 233. 0 酒精提纯初步方案的制定37 可以用戊烷、三氯乙烯等。 （2）恒沸精馏挟带剂的选择 在恒沸精馏中，选择适当的挟带剂是恒沸精馏成败的关键，对挟带剂的 要求是：挟带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液，其恒沸点要比纯组 分的沸点低，一般两者沸点差不小于10；新恒沸液所含挟带剂的量愈 少愈好，以便减少挟带剂用量及气化、回收时所需的能量；新恒沸液最 好为非均相混合物，便于用分层法分离