第十章--蒸馏设备

1、2021/2/71第十章第十章 蒸馏设备蒸馏设备了解发酵酒精蒸馏的特性了解发酵酒精蒸馏的特性 掌握酒精蒸馏流程和粗馏塔掌握酒精蒸馏流程和粗馏塔 的结构和计算的结构和计算2021/2/72原理原理:将液体混合物将液体混合物部分气化部分气化,利用其中各组分利用其中各组分 挥发度的不同实现分离挥发度的不同实现分离应用应用:白酒、酒精、丙酮、丁醇、甘油白酒、酒精、丙酮、丁醇、甘油类型类型:v按蒸馏方法分按蒸馏方法分:简单的、闪蒸、精馏、特殊的简单的、闪蒸、精馏、特殊的 较易分离的或对分离要求不高的较易分离的或对分离要求不高的,采用简单蒸馏或闪蒸采用简单蒸馏或闪蒸 较难分离的采用精馏较难分离的采用精馏

2、很难分离的或用普通精馏不能分离的采用特殊精馏很难分离的或用普通精馏不能分离的采用特殊精馏v按操作压力分按操作压力分:常压、加压、减压常压、加压、减压v按操作方式分按操作方式分:分批的、连续的分批的、连续的v按进料中组分的数目分按进料中组分的数目分:双组分、多组分双组分、多组分v按按蒸馏塔的数目分按按蒸馏塔的数目分:单塔、双塔、三塔、多塔单塔、双塔、三塔、多塔2021/2/73第一节第一节 酒精蒸馏流程酒精蒸馏流程一、单塔式酒精连续蒸馏流程一、单塔式酒精连续蒸馏流程 v流程流程: :u只有一个蒸馏塔只有一个蒸馏塔u下段为提馏段下段为提馏段, ,把醪液中的酒精蒸馏出来把醪液中的酒精蒸馏出来u上段为

3、精馏段上段为精馏段, ,把上升的酒精浓度提高把上升的酒精浓度提高v用途用途: :适用于对成品质量、浓度要求不高的酒适用于对成品质量、浓度要求不高的酒精生产精生产2021/2/74二、双塔式酒精连续精馏流程二、双塔式酒精连续精馏流程v组成组成:u由粗馏塔、精馏塔两个塔组成由粗馏塔、精馏塔两个塔组成u粗馏塔只有提馏段粗馏塔只有提馏段,把酒精从成熟醪中分离出来把酒精从成熟醪中分离出来成为稀酒精成为稀酒精u稀酒精再进入精馏塔精制为成品稀酒精再进入精馏塔精制为成品v类型类型:气相过塔、液相过塔气相过塔、液相过塔2021/2/751 1气相过塔的两塔蒸馏流程气相过塔的两塔蒸馏流程v工作过程工作过程: :u

4、发酵成熟醪经预热后进入醪塔（粗馏塔）的发酵成熟醪经预热后进入醪塔（粗馏塔）的顶部顶部u酒精含量为酒精含量为50%50%（体积分数）左右的酒精（体积分数）左右的酒精- -水蒸汽水蒸汽从醪塔顶部排出、引入精馏塔的从醪塔顶部排出、引入精馏塔的中部中部u酒糟从塔酒糟从塔底部底部排出排出u酒精蒸汽从精馏塔酒精蒸汽从精馏塔塔顶塔顶顺次经过顺次经过多个冷凝器多个冷凝器u前几个冷凝器中的冷凝液前几个冷凝器中的冷凝液全部回流全部回流u最后一个冷凝器中的冷凝液作为醛酯馏分（最后一个冷凝器中的冷凝液作为醛酯馏分（工业工业酒精酒精）取出）取出, ,没有冷凝的一些低沸点杂质没有冷凝的一些低沸点杂质, ,从排醛从排醛管排

5、至大气管排至大气2021/2/76u成品酒精在塔顶回流管以下成品酒精在塔顶回流管以下4 46 6层层塔板上液相塔板上液相取出取出u废水从精馏塔废水从精馏塔底部底部排出排出u杂醇油从进料层往上杂醇油从进料层往上2 24 4层层塔板液相取出（也塔板液相取出（也可从进料层往下可从进料层往下2 24 4层层塔板气相取出）塔板气相取出）v特点特点: :u粗馏塔顶上升的酒精蒸汽直接进入精馏塔粗馏塔顶上升的酒精蒸汽直接进入精馏塔,可以可以节约节约加热蒸汽和冷却水加热蒸汽和冷却水u两塔直接联通两塔直接联通,互相影响互相影响2021/2/772 2液相过塔的两塔蒸馏流程液相过塔的两塔蒸馏流程v流程流程: :u在

6、粗馏塔顶增加几个在粗馏塔顶增加几个冷凝器冷凝器u粗馏塔上升的酒精蒸汽粗馏塔上升的酒精蒸汽经过冷凝器经过冷凝器冷凝冷凝成液体成液体再流进精馏塔再流进精馏塔v特点特点: :u较气相过塔多一次排除头级杂质的机会较气相过塔多一次排除头级杂质的机会, ,所得的所得的成品酒精成品酒精质量质量较高较高u蒸汽消耗量较多蒸汽消耗量较多2021/2/78三、三塔式酒精连续馏流程三、三塔式酒精连续馏流程v组成组成: :u粗馏塔（醪塔）、排醛塔、精馏塔粗馏塔（醪塔）、排醛塔、精馏塔u粗馏塔（醪塔）、精馏塔、脱甲醇塔粗馏塔（醪塔）、精馏塔、脱甲醇塔v类型类型: :u直接式直接式u半直接式半直接式u间接式间接式2021/

7、2/791 1直接式直接式v流程流程: :u醪塔粗酒精蒸汽气相进入第二个蒸馏塔醪塔粗酒精蒸汽气相进入第二个蒸馏塔u从第二个蒸馏塔气相过塔进入第三个蒸馏塔从第二个蒸馏塔气相过塔进入第三个蒸馏塔v特点特点: :u蒸汽消耗量较少蒸汽消耗量较少u排除杂质的机会不多排除杂质的机会不多, ,酒精的质量不易保证酒精的质量不易保证u操作不稳定操作不稳定2021/2/7102 2半直接式半直接式v流程流程: :u粗酒精从粗馏塔进入第二个塔是气相过塔粗酒精从粗馏塔进入第二个塔是气相过塔u从第二个塔进入第三个塔是液相过塔从第二个塔进入第三个塔是液相过塔v特点特点: :u热能消耗比直接式大一些热能消耗比直接式大一些u

8、操作稳定操作稳定, ,酒精质量较好酒精质量较好u在国内酒精工业得到广泛应用在国内酒精工业得到广泛应用2021/2/7112021/2/7123 3间接式间接式v流程流程: :u粗酒精液相过塔进入第二个蒸馏塔粗酒精液相过塔进入第二个蒸馏塔u从第二个蒸馏塔液相过塔进入第三个蒸馏塔从第二个蒸馏塔液相过塔进入第三个蒸馏塔v特点特点: :u较半直接式多一次去除头级杂质的机会较半直接式多一次去除头级杂质的机会, ,可以产可以产出高纯度的酒精出高纯度的酒精u操作稳定操作稳定, ,控制和调节都很方便控制和调节都很方便u蒸汽消耗量较大和设备投资较多蒸汽消耗量较大和设备投资较多2021/2/713四、多塔式酒精连

9、续馏流程四、多塔式酒精连续馏流程v组成组成: :u以三塔流程为基础以三塔流程为基础,根据产品质量的特殊要求而增根据产品质量的特殊要求而增加一个或数个蒸馏塔加一个或数个蒸馏塔u为了加强为了加强杂醇油杂醇油的分离的分离, ,则在精馏塔后增加一个则在精馏塔后增加一个去除杂醇油的后馏塔去除杂醇油的后馏塔u为了排除为了排除甲醇甲醇, ,则单独增设去除甲醇的脱甲醇塔则单独增设去除甲醇的脱甲醇塔2021/2/714第二节第二节 酒精粗馏塔酒精粗馏塔一、作用一、作用: :从发酵成熟醪中将酒精成分提出从发酵成熟醪中将酒精成分提出二、要求二、要求处理能力大处理能力大塔板效率高（塔板效率高（气液接触面积大、均匀、时

10、间长、气液接触面积大、均匀、时间长、不漏液不漏液）塔板压降小塔板压降小操作弹性大操作弹性大结构简单、造价低结构简单、造价低耐腐蚀耐腐蚀, ,不易堵塞不易堵塞2021/2/715三、塔板的类型和结构三、塔板的类型和结构1.1.泡罩塔板泡罩塔板v结构结构: :升气管、泡罩升气管、泡罩v特点特点: :u不易堵塞、不漏液、操作弹性较大不易堵塞、不漏液、操作弹性较大u结构复杂、阻力大结构复杂、阻力大u气液接触不均匀、塔板效率低气液接触不均匀、塔板效率低u造价高造价高v应用应用: :含固形物、易起泡的料液含固形物、易起泡的料液2021/2/7162.2.筛孔塔板筛孔塔板v结构结构: :塔板上开孔作为上升蒸

11、汽的通道塔板上开孔作为上升蒸汽的通道v特点特点: :u结构简单结构简单, ,造价低造价低u阻力小阻力小, ,气液接触较均匀气液接触较均匀u易漏液易漏液, ,操作弹性小操作弹性小u气液接触时间短气液接触时间短u气体向上直吹易产生雾沫夹带气体向上直吹易产生雾沫夹带2021/2/7173.S3.S（SDSD）形塔板）形塔板v结构结构: :多个多个S S形型材拼接组成形型材拼接组成v特点特点: :u保持泡罩塔板的优点保持泡罩塔板的优点u塔板上气流与液流并行塔板上气流与液流并行, ,避免固体沉降避免固体沉降u板面液体落差小板面液体落差小, ,气液接触较均匀气液接触较均匀u塔板压降较大塔板压降较大2021

12、/2/7184.4.浮阀塔板浮阀塔板u上升气体量发生变化上升气体量发生变化, ,浮阀升降改变气相流通浮阀升降改变气相流通面积面积, ,气流速度变化不大气流速度变化不大u不漏液不漏液, ,操作弹性大操作弹性大u气液接触时间长气液接触时间长, ,塔板效率较高塔板效率较高u浮阀易出故障浮阀易出故障5.5.斜孔塔板斜孔塔板u气液接触均匀气液接触均匀, ,雾沫夹带较少雾沫夹带较少u塔板效率较高塔板效率较高, ,生产能力大生产能力大2021/2/719四、设计计算四、设计计算1.1.塔顶上升酒精蒸气浓度塔顶上升酒精蒸气浓度 100kg100kg进料加热至沸点所需热量进料加热至沸点所需热量: : Q Q10

13、0C100CF F(t(t沸沸-t-t进进） （kcalkcal） 式中式中: :C CF F进料液比热进料液比热,kcal/kg.,kcal/kg. t t沸沸进料层板上液体沸点温度进料层板上液体沸点温度, t t进进进料液体温度进料液体温度,u据据Q Q和进料液中酒精浓度和进料液中酒精浓度x x进进查图查图u得进料层板上液体中酒精浓度得进料层板上液体中酒精浓度x x液液查表查表u得与之相平衡的酒精浓度即为塔顶上升酒精蒸气浓度得与之相平衡的酒精浓度即为塔顶上升酒精蒸气浓度y y顶顶 除以除以1.11.1加以校正加以校正2021/2/7202.2.物料衡算物料衡算（塔顶上升蒸气量、塔底排出废液

14、量）（塔顶上升蒸气量、塔底排出废液量）v总物料衡算总物料衡算: : F+D=V+WF+D=V+Wv酒精衡算酒精衡算: : FxFxF F=V=Vy+Wxy+WxW W 式中式中: :F F 进入的物料量进入的物料量,Kg,Kg D D 加热蒸汽量加热蒸汽量, ,KgKg V V 塔顶上升的酒精蒸气量塔顶上升的酒精蒸气量, ,KgKg W W 塔底排出的废液量塔底排出的废液量, ,KgKg x xF F进料中酒精的含量进料中酒精的含量, , % % x xW W废液中酒精的含量废液中酒精的含量, ,0.01%0.01%3.3.热量衡算热量衡算（加热蒸汽量）（加热蒸汽量） Q QF F+Q+QD

15、D=Q=QV V+Q+QW W+Q+Q损损2021/2/7214.4.塔板层数塔板层数v理论板数理论板数: :计算法、图解法计算法、图解法 v实际板数实际板数: :塔板数塔板数= =理论塔板数理论塔板数/ /板效率板效率 （实际设计中（实际设计中, ,塔板数比计算所得多几块）塔板数比计算所得多几块）5.5.塔径、塔高塔径、塔高v塔径塔径: :与进料数量有关与进料数量有关（确定蒸汽上升速度）（确定蒸汽上升速度）v塔高塔高: :与分离程度有关与分离程度有关（选择板间距）（选择板间距）6.6.塔板设计塔板设计v升气管升气管: :升气管的数量、直径、高度升气管的数量、直径、高度v泡罩尺寸和安装位置泡罩

16、尺寸和安装位置（设计原则（设计原则: :气流速度稳定）气流速度稳定）7.7.降液管、溢流堰降液管、溢流堰2021/2/722第十一章第十一章 制冷设备制冷设备了解制冷方法了解制冷方法 掌握蒸汽压缩式制冷系统组成设备掌握蒸汽压缩式制冷系统组成设备 对制冷剂、载冷剂的要求和常用对制冷剂、载冷剂的要求和常用 制冷剂、载冷剂的性质、种类制冷剂、载冷剂的性质、种类2021/2/723第一节第一节 制冷方法制冷方法一、制冷一、制冷v将被冷却空间或物体中的热量取出将被冷却空间或物体中的热量取出, ,使其温度降使其温度降低低, ,且且低于周围环境低于周围环境( (水或空气水或空气) )的温度的温度二、二、应用

17、应用v低温低温生产生产（麦芽汁冷却和发酵、冷却结晶、冷冻（麦芽汁冷却和发酵、冷却结晶、冷冻干燥）干燥）v菌种、产品的菌种、产品的贮藏贮藏v生产环境的生产环境的降温降温（生产（生产车间的空气调节）车间的空气调节）2021/2/724三、方法三、方法制冷方法制冷方法天然制冷天然制冷人工制冷人工制冷冰、雪、深井水冰、雪、深井水物质相变化物质相变化气体膨胀气体膨胀融融 化化汽汽 化化特种材料特种材料升升 华华蒸汽压缩式蒸汽压缩式蒸汽吸收式蒸汽吸收式蒸汽喷射式蒸汽喷射式半导体的温差效应半导体的温差效应2021/2/725第二节第二节 蒸汽压缩式制冷设备蒸汽压缩式制冷设备一、一、压缩式制冷循环压缩式制冷循

18、环v低压液体低压液体蒸发蒸发汽化吸收被冷汽化吸收被冷却物体或空间的热量却物体或空间的热量v汽体被汽体被压缩压缩超过冷凝压力超过冷凝压力v将热量传递给周围介质（水、将热量传递给周围介质（水、空气）后又空气）后又冷凝冷凝为液体为液体v液体制冷剂经过液体制冷剂经过膨胀膨胀阀后压阀后压力降低力降低v蒸发、压缩、冷凝、膨胀蒸发、压缩、冷凝、膨胀形形成一个反复循环过程成一个反复循环过程, ,将被将被冷却物体或空间的热量传递冷却物体或空间的热量传递给周围介质（水、空气）给周围介质（水、空气）2021/2/726二、制冷剂二、制冷剂1.1.制冷剂制冷剂: :在制冷系统中从被冷却空间或物体中取在制冷系统中从被冷

19、却空间或物体中取出热量出热量, ,在冷凝器中放出热量给周围介质在冷凝器中放出热量给周围介质, ,不断循不断循环地环地传递热量传递热量实现制冷的工作介质实现制冷的工作介质2.2.要求要求热力学方面热力学方面u常压下的蒸发（沸腾）温度要低常压下的蒸发（沸腾）温度要低u常温下的冷凝压力要低常温下的冷凝压力要低u单位体积的（制冷剂）蒸汽产冷量要大单位体积的（制冷剂）蒸汽产冷量要大u临界温度要高临界温度要高, ,凝固温度要低凝固温度要低2021/2/727u导热系数、放热系数要高导热系数、放热系数要高物理化学方面物理化学方面u粘度、密度要小粘度、密度要小u化学性能稳定化学性能稳定u无腐蚀性无腐蚀性u对水

20、、油的溶解性对水、油的溶解性生理学方面生理学方面, ,对人体无毒、无害对人体无毒、无害经济方面经济方面, ,价格低廉价格低廉, ,容易取得容易取得环保方面环保方面, ,符合标准符合标准2021/2/7283. 3. 制冷剂的分类制冷剂的分类无机化合物无机化合物: :空气、空气、H H2 2O O、COCO2 2、SOSO2 2 、NHNH3 3u代号代号: :R7R7（分子量）（分子量）碳氢化合物碳氢化合物: :甲烷甲烷R50 、乙烷、乙烷R170 、丙烷、丙烷R290 、丁烷丁烷R600 、乙烯、乙烯R1150 、丙稀、丙稀R1270 氟利昂氟利昂: :饱和碳氢化合物的卤代物饱和碳氢化合物的

21、卤代物通式通式: :C Cm mH Hn nF Fx xClCly yBrBrz z 代号代号: :R(m-1)(n+1)(x)B(z)R(m-1)(n+1)(x)B(z)共沸混合物共沸混合物: :由两种或两种以上互溶的制冷剂混合由两种或两种以上互溶的制冷剂混合而成而成代号代号: : R5R5（序号）（序号）2021/2/7294.4.常用的制冷剂常用的制冷剂氨氨(NH(NH3 3):):有良好的热力学性质有良好的热力学性质u在在0.1MPa0.1MPa下的蒸发温度为下的蒸发温度为33.433.4 u常温下冷凝压力约常温下冷凝压力约0.70.71.3MPa1.3MPau单位容积产冷量比较大单位

22、容积产冷量比较大( (汽化热汽化热1312.4kJ/kg1312.4kJ/kg) )u不溶于油不溶于油, ,吸水性强吸水性强, , 不会有冰塞现象不会有冰塞现象 u易于购得易于购得, ,价格低廉价格低廉u有刺激性气味有刺激性气味, ,有毒性有毒性2021/2/730氟利昂氟利昂: :对人体对人体危害性较小危害性较小的制冷剂的制冷剂u无色、无臭、不燃烧、无爆炸性无色、无臭、不燃烧、无爆炸性u在在0.1MPa0.1MPa下下R R12(12(CFCF2 2CLCL2 2) )沸点为沸点为29.829.8u常温下冷凝压力约常温下冷凝压力约0.8-0.8- 1.2MPa1.2MPau渗透能力很强渗透能

23、力很强, ,渗漏不易发现渗漏不易发现u单位容积产冷量较小单位容积产冷量较小( (汽化热汽化热161.6kJ/kg161.6kJ/kg) ) u有些不符合环保要求有些不符合环保要求uR R134a(134a(C C2 2H H2 2F F4 4、CHCH2 2F FCFCF3 3 ) )、 R600aR600a（异丁烷异丁烷）2021/2/731三、载冷剂三、载冷剂v间接制冷：间接制冷：制制冷剂蒸发吸取某冷剂蒸发吸取某种物质热量使其种物质热量使其降温，再用这个降温，再用这个低温物质去冷却低温物质去冷却需要被冷物体或需要被冷物体或空间空间v直接制冷直接制冷: :用制冷剂直接吸取被冷物体或空间的用制

24、冷剂直接吸取被冷物体或空间的热量热量, ,使其达到所要求低温使其达到所要求低温2021/2/7321.1.载冷剂载冷剂: :在间接制冷系统中从被冷却空间或物在间接制冷系统中从被冷却空间或物体中取出热量体中取出热量, ,在蒸发器中放出热量给制冷剂在蒸发器中放出热量给制冷剂, ,不断不断循环地循环地传递热量传递热量实现制冷的工作介质实现制冷的工作介质 2.2.要求要求无毒、安全可靠无毒、安全可靠, ,化学性质稳定化学性质稳定, ,腐蚀性小腐蚀性小比热大（单位质量的热容量大）比热大（单位质量的热容量大）凝固温度低（低于制冷剂的蒸发温度）凝固温度低（低于制冷剂的蒸发温度）粘度小、密度小粘度小、密度小导

25、热系数大导热系数大价格较低价格较低, ,容易获得容易获得2021/2/7333.3.常用载冷剂常用载冷剂空气空气水水水溶液水溶液: :NaClNaCl、CaClCaCl2 2、MgClMgCl2 2或糖的水溶液或糖的水溶液uNaClNaCl水溶液共晶点温度水溶液共晶点温度21.221.2uCaClCaCl2 2水溶液共晶点温度水溶液共晶点温度5555有机溶液有机溶液: :乙醇、乙二醇、丙二醇、二氯甲烷乙醇、乙二醇、丙二醇、二氯甲烷u乙醇凝固温度乙醇凝固温度117117u丙二醇凝固温度丙二醇凝固温度6060u二氯甲烷凝固温度二氯甲烷凝固温度97972021/2/734四、制冷系统设备四、制冷系统

26、设备2021/2/735活塞式压缩机工作原理图活塞式压缩机工作原理图1-1-上盖上盖2-2-排气阀门排气阀门3-3-样盖样盖4-4-水套水套5-5-吸气阀门吸气阀门6-6-活塞环活塞环7-7-活塞活塞8-8-连杆连杆v类型：类型：活塞式、活塞式、滑片式、滑片式、螺杆式螺杆式1. 压缩机压缩机v作用作用:压缩制冷剂饱和蒸汽到冷凝压力压缩制冷剂饱和蒸汽到冷凝压力2021/2/7362.冷凝冷凝器器氨立式壳管冷凝器氨立式壳管冷凝器v作用作用:使高温高压过热制冷使高温高压过热制冷剂气体冷却、冷凝成高压剂气体冷却、冷凝成高压液体液体,将热量传递给周围介将热量传递给周围介质（水、空气）质（水、空气）v类型