酒精提純初步方案的制定課件

1、酒精提純初步方案的制定1 酒精提純初步方案的制定酒精提純初步方案的制定 一、酒精的性質(zhì)和用途 二、發(fā)酵法酒精生產(chǎn)工藝 三、酒精提純工藝 四、總結(jié)提高 酒精提純初步方案的制定2 一、酒精的性質(zhì)和用途一、酒精的性質(zhì)和用途 酒精的化學(xué)名稱是乙醇，分子式為C2H5OH，相對 分子質(zhì)量46.07。是無色透明、易揮發(fā)、具有特殊芳 香和強(qiáng)烈刺激味的易燃液體。乙醇蒸汽與空氣可形 成爆炸性混合物。 酒精在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，特別是對食用酒和 燃料酒精的需求很大。酒精的用途按需求量多少可分為 三方面：燃料酒精、食用酒精和化工醫(yī)藥用酒精。 酒精的性質(zhì)酒精的性質(zhì) 酒精的用途酒精的用途 酒精提純初步方案的制定3

2、原料的種類原料的種類 發(fā)酵法酒精生產(chǎn)工藝：以淀粉（紅薯干或者玉米）為原料， 經(jīng)處理、蒸煮、糖化、發(fā)酵、粗餾、精餾而成。 二、發(fā)酵法酒精生產(chǎn)工藝二、發(fā)酵法酒精生產(chǎn)工藝 用于生產(chǎn)酒精的淀粉原料主要有：薯類（甘薯 、馬鈴薯、 木薯、山藥等）；糧谷類（高粱、玉米、大米、谷子、 大麥、小麥、燕麥、黍等）；糖質(zhì)原料（甘蔗、甜菜、 糖蜜等）；野生植物（橡子仁，土茯苓、蕨根、石蒜 等）；農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品（米糠餅、麩皮、高粱糠、淀 粉渣等）；纖維質(zhì)原料（秸稈、甘蔗渣等）等。 酒精提純初步方案的制定4 原料的的除雜原料的的除雜原料的粉碎原料的粉碎 原料的輸送原料的輸送 原料處理原料處理 泥沙、石塊泥沙、石塊 和金

3、屬雜質(zhì)和金屬雜質(zhì) 除雜方法 有篩選、 風(fēng)送除雜 和電磁除 鐵三種 原料經(jīng)粉碎 后，受熱面 積可增加， 利于淀粉原 料的吸水膨 化糊化 粉碎方法 有干法和 濕法粉碎 兩種 原料輸送方 法有機(jī)械輸 送，氣流輸 送和混合輸 送3種 酒精提純初步方案的制定5 蒸煮蒸煮 在高溫高壓條件下進(jìn)行蒸煮，使植物組織和細(xì)胞徹底破裂，在高溫高壓條件下進(jìn)行蒸煮，使植物組織和細(xì)胞徹底破裂， 淀粉由顆粒變成溶解狀態(tài)的糊液，目的是使它易受淀粉酶的淀粉由顆粒變成溶解狀態(tài)的糊液，目的是使它易受淀粉酶的 作用，把淀粉水解成可發(fā)酵性糖。通過高溫高壓蒸煮后，對作用，把淀粉水解成可發(fā)酵性糖。通過高溫高壓蒸煮后，對 原料進(jìn)行了滅菌作用。

4、原料進(jìn)行了滅菌作用。 溫水溫水 蒸汽蒸汽 原料原料 除雜除雜 粉碎粉碎 拌料拌料 泵泵 蒸煮蒸煮 成熟蒸煮成熟蒸煮 醪送入糖化鍋醪送入糖化鍋 酒精提純初步方案的制定6 糖化糖化 糖化的目的是將淀粉水解成可發(fā)酵性糖。糖化的目的是將淀粉水解成可發(fā)酵性糖。 糖化的基本工藝流程：糖化的基本工藝流程： 蒸煮醪冷卻至糖化溫度蒸煮醪冷卻至糖化溫度 加糖化劑使蒸煮醪化液加糖化劑使蒸煮醪化液 淀粉糖化淀粉糖化 物料巴氏滅菌物料巴氏滅菌 糖化醪冷卻到發(fā)酵糖化醪冷卻到發(fā)酵 溫度溫度 用泵將醪液送往發(fā)酵或酒母車間用泵將醪液送往發(fā)酵或酒母車間 酒精提純初步方案的制定7 發(fā)酵發(fā)酵 酒精發(fā)酵的目的是可發(fā)酵性糖在酵母菌的作用

5、酒精發(fā)酵的目的是可發(fā)酵性糖在酵母菌的作用 下，轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸?，獲得酒精產(chǎn)品。下，轉(zhuǎn)變?yōu)榫凭投趸?，獲得酒精產(chǎn)品。 酒精提純初步方案的制定8 蒸蒸 餾餾 發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成一般為：含發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成一般為：含 水水82%90%，酒精，酒精7%11% 還含有醇、醛、酸、酯等揮發(fā)性物質(zhì)，浸出物、無 機(jī)鹽、酵母泥和其他不揮發(fā)性物質(zhì)以及夾雜物。要 得到高濃度和高純度的酒精，就需要用蒸餾和精餾 的方法，把酒精從成熟醪中分離出來。 酒精提純初步方案的制定9 三、酒精提純工藝三、酒精提純工藝 蒸餾的基本原理蒸餾的基本原理 蒸餾是利用液體混合物中各組分 揮發(fā)性的不同而分離組成的方法。 通常把酒精

6、和其他揮發(fā)性雜質(zhì) 從發(fā)酵成熟醪中分離出來的過 程，稱為蒸餾，也稱為粗餾。 蒸餾所得到的是含揮發(fā)性雜質(zhì) 較多的粗酒精，所用的設(shè)備稱 作醪塔，也稱粗餾塔。從塔底 排出的廢液稱為酒糟，其主要 成分是水和少量不揮發(fā)性物質(zhì)。 酒精提純初步方案的制定10 三、酒精提純工藝三、酒精提純工藝 蒸餾的基本原理蒸餾的基本原理 除去混在粗酒精中的揮發(fā) 性雜質(zhì)和一部分水，進(jìn)一 步提高酒精濃度和純度的 操作過程，稱為精餾。 精餾有的結(jié)果可以得到各種 符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的酒精 （醫(yī)藥酒精或精餾酒精）， 所用的設(shè)備稱為精餾設(shè)備。 精餾設(shè)備除了精餾塔以外，還要視其產(chǎn)品質(zhì)量 要求，安裝排醛塔（也稱分餾塔）或甲醇塔等。 酒精提純初

7、步方案的制定11 四、總結(jié)提高四、總結(jié)提高 蒸餾分離蒸餾分離 的目的和依據(jù)的目的和依據(jù) 目的目的：對液體混合物的分離，提取或回收有用組分 依據(jù)依據(jù)：液體混合物中各組分揮發(fā)性的差異 液體混合物：(如:酒精水溶液) 揮發(fā)性大（乙醇），稱為易揮發(fā)組分或輕組分（A） 揮發(fā)性?。ㄋ?，稱為難揮發(fā)組分或重組分（B） 酒精提純初步方案的制定12 蒸餾過程的分類蒸餾過程的分類 簡單蒸餾 按蒸餾方式： 平衡蒸餾 精餾 常壓蒸餾 按操作壓力： 加壓蒸餾 減壓（真空）蒸餾 按物系的組分?jǐn)?shù) 雙組分蒸餾 多組分蒸餾 間歇蒸餾 連續(xù)蒸餾 按操作方式： 普通蒸餾 特殊蒸餾 按分離難易： 酒精提純初步方案的制定13 BBB

8、AAA xppxpp 00 pA，pB 溶液上方A、B組分的分壓，Pa； pA0 ， pB0 溶液溫度下純組分的飽和蒸汽壓，Pa； xA ， xB 液相中A、B組分的摩爾分率。 對于理想溶液： 1. 拉烏爾定律（拉烏爾定律（ Raoults Law） 7.2.1 氣液相平衡氣液相平衡 第二節(jié)第二節(jié) 雙組分溶液的氣液相平衡雙組分溶液的氣液相平衡 酒精提純初步方案的制定14 BBB AAA xpp xpp 0 0 )1 ( 0000 ABAABBAABA xpxpxpxpppp 00 0 BA B A pp pp x 2、道爾頓分壓定律： 泡點方程泡點方程 液相組成液相組成 x 與溫度（泡點）的關(guān)

9、系與溫度（泡點）的關(guān)系 酒精提純初步方案的制定15 氣相組成氣相組成yA與溫度（露點）的關(guān)系與溫度（露點）的關(guān)系 00 000 BA BA A A A pp pp p p x p p y 露點方程露點方程 AA pyp BB pyp 酒精提純初步方案的制定16 3、組成、組成溫度圖（溫度圖（txy圖圖) 兩條線：氣相線（露點線） yAt 關(guān)系曲線 液相線（泡點線） xAt 關(guān)系曲線 三個區(qū)域：液相區(qū) 氣、液共存區(qū) 氣相區(qū) 酒精提純初步方案的制定17 4、xy圖圖 對角線 y=x 為輔助曲線 xy曲線上各點具有不 同的溫度； 平衡線離對角線越遠(yuǎn)， 揮發(fā)性差異越大，物系 越易分離。 酒精提純初步方

10、案的制定18 7.2.2 7.2.2 揮發(fā)度與揮發(fā)度與相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度 組分的揮發(fā)度: 是該物質(zhì)揮發(fā)難易程度的標(biāo)志，表示。 pA、 pB汽液平衡時，組分A,B在氣相中的分壓； xA、xB汽液平衡時，組分A,B在液相中的摩爾分率。 B B B A A A x p x p , 混合液某組分揮發(fā)度: 1. 揮發(fā)度 酒精提純初步方案的制定19 理想溶液則: 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. 相對揮發(fā)度(以表示) B B A A B A x p x p 理想氣體： B B A A x y x y 一般物系： 酒精

11、提純初步方案的制定20 對于二元物系：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. 平均相對揮發(fā)度 釜 頂m 酒精提純初步方案的制定21 3.的物理意義的物理意義 氣相中兩組分組成之比是液相中兩組分組成之比 的倍數(shù) 標(biāo)志著分離的難易程度: 愈大, 平衡線愈遠(yuǎn)離對角線，物系愈易分離； =1, 無法用普通蒸餾方法分離。 酒精提純初步方案的制定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，最低恒沸點，78.15 乙醇水溶液相圖 酒精提純初步方案的制定23 硝酸水溶液相圖 負(fù)偏差溶液：x=0

12、.383，最高恒沸點，121.9 2. 具有負(fù)偏差的溶液 酒精提純初步方案的制定24 7.3.1 簡單蒸餾和平衡蒸餾簡單蒸餾和平衡蒸餾 一 . 簡單蒸餾 1. 裝置 第三節(jié)第三節(jié)蒸餾與精餾原理蒸餾與精餾原理 酒精提純初步方案的制定25 二. 平衡蒸餾(又叫閃蒸) 1. 流程 2、特點: 一次進(jìn)料，粗分 xD, xW是一對平 衡組成 酒精提純初步方案的制定26 進(jìn)料板：原料液進(jìn)入的 那層塔板 精餾段：進(jìn)料板以上的塔 段 提餾段：進(jìn)料板以下 （包括進(jìn)料板）的塔段 7 .3.3 連續(xù)精餾裝置流程連續(xù)精餾裝置流程 . 連續(xù)精餾裝置 酒精提純初步方案的制定27 2、 塔板的作用 塔板提供了汽液 分離的場

13、所。 每一塊塔板是一 個混合分離器 足夠多的板數(shù)可 使各組分較完全分 離 特點： 酒精提純初步方案的制定28 回流的作用： 提供不平衡的氣液兩相，是構(gòu)成氣液 兩相傳質(zhì)的必要條件。 精餾的主要特點就是有回流 3、 精餾過程的回流 回流包括： 塔頂回流液(液相） 塔底回流汽（氣相） 酒精提純初步方案的制定29 塔頂液相回流：（1）泡點回流 （全冷凝）。冷凝成飽和液體。 （2）冷液回流。冷凝成低與飽 和溫度下的液體。 （3）分凝器產(chǎn)生液相回流（部 分冷凝）。得到平衡的氣液兩相， 其中液相組成回流。 塔釜氣相回流 酒精提純初步方案的制定30 7.3.4 理論板的概念和衡摩爾流的假設(shè)理論板的概念和衡摩爾

14、流的假設(shè) 理論板：離開塔板的蒸汽和液體呈平衡的塔板。 假設(shè)： （1）、兩組分的摩爾汽化潛熱相等； （2）、兩相接觸因兩相溫度不同而交 換的顯熱可忽略不計； （3）、塔設(shè)備保溫良好，熱損失可以忽略不 計。 2、 恒摩爾流的假設(shè) 1、理論板的概念 酒精提純初步方案的制定31 精餾段，每層塔板上升的蒸汽摩爾流量都相等，提餾 段也一樣。 即：V1=V2=V=常數(shù) V1=V2=V=常數(shù) 式中：V-精餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h; V-提餾段上升蒸汽的摩爾流量，kmol/h。 （1）恒摩爾汽化 酒精提純初步方案的制定32 精餾段內(nèi)，每層塔板下降的液體摩爾流量都相等， 提餾段也一樣。 即：L1=L2

15、= L=常數(shù) L1=L2= L=常數(shù) 式中： L-精餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h; L-提餾段下降液體的摩爾流量，kmol/h。 （下標(biāo)1、2表示自上而下的塔板序號。） （2）恒摩爾溢流 酒精提純初步方案的制定33 第四節(jié)第四節(jié) 恒沸精餾與萃取精餾恒沸精餾與萃取精餾 前述普通精餾方式是以溶液中各個組分的揮發(fā)度不同作為 分離的依據(jù)，若各組分的揮發(fā)度差異越大（即相對揮發(fā)度 越大），越易分離。但工業(yè)生產(chǎn)中需要分離的溶液，也有不 少其揮發(fā)度很接近或具有恒沸點（最高或最低恒沸點），對 于這類溶液的分離，用前訴的普通精餾方式就難以實現(xiàn)。例 如： 乙醇水溶液在總壓 p=1atm時有最低恒沸點78.1

16、5 ， 恒沸物組成摩爾分率 0.894（重量百分率為95.6%），用前 述普通精餾方法，最多只能分離得到接近恒沸組成的酒精， 這就是工業(yè)酒精中含乙醇只能達(dá)到 酒精提純初步方案的制定34 95% （重量百分率）的 原 因。那么，要 得 到 無水 酒 精怎 么 辦？ 理論上可采用降低總壓的方法， ， ， ， 當(dāng) 時， , ，塔頂上升蒸汽在冷凝器中 不能用水將之冷凝下來，必須使用人工制冷，能耗大，一般不用。 若兩組分的沸點很接近相對揮發(fā)度很小，如苯環(huán)己烷的沸點分 別為80.1和80.8，也很難用普通精餾方法將其分離。 用普通精餾難以分離的物系必須采用特殊精餾的方法分離。特殊精 餾的基本原理是：在雙組

17、分溶液中加入第三組分，以改變原雙組 p M x M t atmp125. 099. 0 M x34 M t 酒精提純初步方案的制定35 分物系的非理想性或提高其相對揮發(fā)度 而實現(xiàn)分離。根據(jù)第三組分所起作用的 不同，又可分為恒沸蒸餾和萃取精餾。 恒沸精餾 （1）三組分恒沸精餾 在A、B雙組分恒沸溶液或相對揮發(fā)度很小的雙組分溶液中加入稱為挾帶劑的第三 組分C，此挾帶劑C與原溶液中一個或兩個組分形成新的恒沸物（AC或ABC），新的 恒沸物的沸點比純組分B（或A）或原恒沸物（AB）的沸點低得多，使溶液變成“恒 沸物純組分”的精餾，其相對揮發(fā)度大而易于分離。例如： 酒精提純初步方案的制定36 乙醇-水恒

18、沸物+苯（挾帶劑）乙醇-水-苯三元恒沸物+純乙醇 A+B（AB）+C（ABC）+A （ABC）組成：A（乙醇）0.228，B（水）0.233，C（苯）0.539 （ABC）中水對乙醇摩爾比 ，故只要有足量的苯作為 挾帶劑，在精餾時水將全部集中于三元恒沸物（ABC）中從塔塔頂帶出， 而I塔塔底產(chǎn)品為無水酒精，其流程見圖，塔用于回收苯，塔用于回 收乙醇。 作為挾帶劑的苯在系統(tǒng)中循環(huán)使用，補(bǔ)充損失的苯量在正常情況下低于無 水酒精產(chǎn)量的千分之一。除苯以外，乙醇水溶液恒沸精餾的挾帶劑還 xx022. 1 228. 0 233. 0 酒精提純初步方案的制定37 可以用戊烷、三氯乙烯等。 （2）恒沸精餾挾帶劑的選擇 在恒沸精餾中，選擇適當(dāng)?shù)膾稁┦呛惴芯s成敗的關(guān)鍵，對挾帶劑的 要求是：挾帶劑應(yīng)能與被分離組分形成新的恒沸液，其恒沸點要比純組 分的沸點低，一般兩者沸點差不小于10；新恒沸液所含挾帶劑的量愈 少愈好，以便減少挾帶劑用量及氣化、回收時所需的能量；新恒沸液最 好為非均相混合物，便于用分層法分離