第十章蒸馏设备.ppt

第十章 蒸馏设备,主要内容：第一节 酒精蒸馏流程 第二节 酒精粗馏塔 学习要求：了解发酵酒精蒸馏的特性 掌握酒精蒸馏流程和粗馏塔 的结构和计算,原理：将液体混合物部分气化，利用其中各组分 挥发度的不同实现分离,应用：白酒、酒精、丙酮、丁醇、甘油,类型：,按蒸馏方法分：简单的、闪蒸、精馏、特殊的 较易分离的或对分离要求不高的，采用简单蒸馏或闪蒸 较难分离的采用精馏 很难分离的或用普通精馏不能分离的采用特殊精馏,按操作压力分：常压、加压、减压,按操作方式分：分批的、连续的,按进料中组分的数目分：双组分、多组分,按按蒸馏塔的数目分：单塔、双塔、三塔、多塔,第一节 酒精蒸馏流程,一、单塔式酒精连续蒸馏流程 流程： 只有一个蒸馏塔 下段为提馏段，把醪液中的酒精蒸馏出来 上段为精馏段，把上升的酒精浓度提高 用途：适用于对成品质量、浓度要求不高的酒精生产,二、双塔式酒精连续精馏流程,组成： 由粗馏塔、精馏塔两个塔组成 粗馏塔只有提馏段，把酒精从成熟醪中分离出来成为稀酒精 稀酒精再进入精馏塔精制为成品 类型：气相过塔、液相过塔,1气相过塔的两塔蒸馏流程,工作过程： 发酵成熟醪经预热后进入醪塔（粗馏塔）的顶部 酒精含量为50%（体积分数）左右的酒精-水蒸汽从醪塔顶部排出、引入精馏塔的中部 酒糟从塔底部排出 酒精蒸汽从精馏塔塔顶顺次经过多个冷凝器 前几个冷凝器中的冷凝液全部回流 最后一个冷凝器中的冷凝液作为醛酯馏分（工业酒精）取出，没有冷凝的一些低沸点杂质，从排醛管排至大气,成品酒精在塔顶回流管以下46层塔板上液相取出,废水从精馏塔底部排出 杂醇油从进料层往上24层塔板液相取出（也可从进料层往下24层塔板气相取出） 特点： 粗馏塔顶上升的酒精蒸汽直接进入精馏塔，可以节约加热蒸汽和冷却水 两塔直接联通，互相影响,2液相过塔的两塔蒸馏流程,流程： 在粗馏塔顶增加几个冷凝器 粗馏塔上升的酒精蒸汽经过冷凝器冷凝成液体再流进精馏塔 特点： 较气相过塔多一次排除头级杂质的机会，所得的成品酒精质量较高 蒸汽消耗量较多,三、三塔式酒精连续馏流程,组成： 粗馏塔（醪塔）、排醛塔、精馏塔 粗馏塔（醪塔）、精馏塔、脱甲醇塔 类型： 直接式 半直接式 间接式,1直接式,流程： 醪塔粗酒精蒸汽气相进入第二个蒸馏塔 从第二个蒸馏塔气相过塔进入第三个蒸馏塔 特点： 蒸汽消耗量较少 排除杂质的机会不多，酒精的质量不易保证 操作不稳定,2半直接式,流程： 粗酒精从粗馏塔进入第二个塔是气相过塔 从第二个塔进入第三个塔是液相过塔 特点： 热能消耗比直接式大一些 操作稳定，酒精质量较好 在国内酒精工业得到广泛应用,三塔蒸馏流程图,3间接式,流程： 粗酒精液相过塔进入第二个蒸馏塔 从第二个蒸馏塔液相过塔进入第三个蒸馏塔 特点： 较半直接式多一次去除头级杂质的机会，可以产出高纯度的酒精 操作稳定，控制和调节都很方便 蒸汽消耗量较大和设备投资较多,四、多塔式酒精连续馏流程,组成： 以三塔流程为基础，根据产品质量的特殊要求而增加一个或数个蒸馏塔 为了加强杂醇油的分离，则在精馏塔后增加一个去除杂醇油的后馏塔 为了排除甲醇，则单独增设去除甲醇的脱甲醇塔,第二节 酒精粗馏塔,一、作用：从发酵成熟醪中将酒精成分提出 二、要求 处理能力大 塔板效率高（气液接触面积大、均匀、时间长、不漏液） 塔板压降小 操作弹性大 结构简单、造价低 耐腐蚀，不易堵塞,三、塔板的类型和结构,1.泡罩塔板 结构：升气管、泡罩 特点： 不易堵塞、不漏液、操作弹性较大 结构复杂、阻力大 气液接触不均匀、塔板效率低 造价高 应用：含固形物、易起泡的料液,2.筛孔塔板,结构：塔板上开孔作为上升蒸汽的通道 特点： 结构简单，造价低 阻力小，气液接触较均匀 易漏液，操作弹性小 气液接触时间短 气体向上直吹易产生雾沫夹带,3.S（SD）形塔板,结构：多个S形型材拼接组成 特点： 保持泡罩塔板的优点 塔板上气流与液流并行，避免固体沉降 板面液体落差小，气液接触较均匀 塔板压降较大,4.浮阀塔板,上升气体量发生变化，浮阀升降改变气相流通面积，气流速度变化不大 不漏液，操作弹性大 气液接触时间长，塔板效率较高 浮阀易出故障 5.斜孔塔板 气液接触均匀，雾沫夹带较少 塔板效率较高，生产能力大,四、设计计算,1.塔顶上升酒精蒸气浓度 100kg进料加热至沸点所需热量： Q100CF(t沸-t进） （kcal） 式中：CF进料液比热，kcal/kg. t沸进料层板上液体沸点温度， t进进料液体温度， 据Q和进料液中酒精浓度x进查图 得进料层板上液体中酒精浓度x液查表 得与之相平衡的酒精浓度即为塔顶上升酒精蒸气浓度y顶 除以1.1加以校正,2.物料衡算（塔顶上升蒸气量、塔底排出废液量）,总物料衡算： F+D=V+W 酒精衡算： FxF=Vy+WxW 式中：F 进入的物料量，Kg D 加热蒸汽量，Kg V 塔顶上升的酒精蒸气量，Kg W 塔底排出的废液量，Kg xF进料中酒精的含量， % xW废液中酒精的含量，0.01% 3.热量衡算（加热蒸汽量） QF+QD=QV+QW+Q损,4.塔板层数,理论板数：计算法、图解法 实际板数：塔板数=理论塔板数/板效率 （实际设计中，塔板数比计算所得多几块） 5.塔径、塔高 塔径：与进料数量有关（确定蒸汽上升速度） 塔高：与分离程度有关（选择板间距） 6.塔板设计 升气管：升气管的数量、直径、高度 泡罩尺寸和安装位置（设计原则：气流速度稳定） 7.降液管、溢流堰,第十一章 制冷设备,主要内容：第一节 制冷方法 第二节 蒸汽压缩式制冷设备 学习要求：了解制冷方法 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 制冷剂、载冷剂的性质、种类,第一节 制冷方法,一、制冷,将被冷却空间或物体中的热量取出，使其温度降低，且低于周围环境(水或空气)的温度 二、应用 低温生产（麦芽汁冷却和发酵、冷却结晶、冷冻干燥） 菌种、产品的贮藏 生产环境的降温（生产车间的空气调节）,三、方法,第二节 蒸汽压缩式制冷设备,一、压缩式制冷循环 低压液体蒸发汽化吸收被冷却物体或空间的热量 汽体被压缩超过冷凝压力 将热量传递给周围介质（水、空气）后又冷凝为液体 液体制冷剂经过膨胀阀后压力降低 蒸发、压缩、冷凝、膨胀形成一个反复循环过程，将被冷却物体或空间的热量传递给周围介质（水、空气）,二、制冷剂,1.制冷剂：在制冷系统中从被冷却空间或物体中取出热量，在冷凝器中放出热量给周围介质，不断循环地传递热量实现制冷的工作介质 2.要求 热力学方面 常压下的蒸发（沸腾）温度要低 常温下的冷凝压力要低 单位体积的（制冷剂）蒸汽产冷量要大 临界温度要高，凝固温度要低,导热系数、放热系数要高,物理化学方面 粘度、密度要小 化学性能稳定 无腐蚀性 对水、油的溶解性 生理学方面，对人体无毒、无害 经济方面，价格低廉，容易取得 环保方面，符合标准,3. 制冷剂的分类,无机化合物：空气、H2O、CO2、SO2 、NH3 代号：R7××（分子量） 碳氢化合物：甲烷R50 、乙烷R170 、丙烷R290 、丁烷R600 、乙烯R1150 、丙稀R1270 氟利昂：饱和碳氢化合物的卤代物 通式：CmHnFxClyBrz 代号：R(m-1)(n+1)(x)B(z) 共沸混合物：由两种或两种以上互溶的制冷剂混合而成 代号： R5××（序号）,4.常用的制冷剂,氨(NH3)：有良好的热力学性质 在0.1MPa下的蒸发温度为33.4 常温下冷凝压力约0.71.3MPa 单位容积产冷量比较大(汽化热1312.4kJ/kg) 不溶于油，吸水性强, 不会有冰塞现象 易于购得，价格低廉 有刺激性气味，有毒性,氟利昂：对人体危害性较小的制冷剂,无色、无臭、不燃烧、无爆炸性 在0.1MPa下R12(CF2CL2)沸点为29.8 常温下冷凝压力约0.8- 1.2MPa 渗透能力很强，渗漏不易发现 单位容积产冷量较小(汽化热161.6kJ/kg) 有些不符合环保要求 R134a(C2H2F4、CH2FCF3 )、 R600a（异丁烷）,三、载冷剂,间接制冷：制冷剂蒸发吸取某种物质热量使其降温，再用这个低温物质去冷却需要被冷物体或空间,直接制冷：用制冷剂直接吸取被冷物体或空间的热量，使其达到所要求低温,1.载冷剂：在间接制冷系统中从被冷却空间或物体中取出热量，在蒸发器中放出热量给制冷剂，不断循环地传递热量实现制冷的工作介质,2.要求,无毒、安全可靠，化学性质稳定，腐蚀性小,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）,粘度小、密度小,导热系数大,价格较低，容易获得,3.常用载冷剂,空气 水 水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2或糖的水溶液 NaCl水溶液共晶点温度21.2 CaCl2水溶液共晶点温度55 有机溶液：乙醇、乙二醇、丙二醇、二氯甲烷 乙醇凝固温度117 丙二醇凝固温度60 二氯甲烷凝固温度97,四、制冷系统设备,1. 压缩机 作用：压缩制冷剂饱和蒸汽到冷凝压力,2.冷凝器,氨立式壳管冷凝器,作用：使高温高压过热制冷剂气体冷却、冷凝成高压液体，将热量传递给周围介质（水、空气）,类型： 卧式、立式、套管式、喷淋式 气冷式、水冷式,3.膨胀阀（节流减压） 作用：降低制冷剂的压力和控制制冷剂的流量 高压液体制冷剂通过膨胀阀时，由冷凝压力骤降为蒸发压力，部分液体制冷剂汽化吸热，其本身温度降低,4.蒸发器（冷风机） 作用：低温低压的液体制冷剂蒸发吸收被冷却物质的热量,立管式蒸发器,立管中制冷剂循环路线,5.油氨分离器 作用：除去压缩后氨气中携带的油雾 类型：洗涤式、填料式、离心式,油氨分离器,6.贮氨罐 作用：贮存和供应制冷系统的液氨，另外还有液封作用,7.气液分离器 作用：将气体从液体中分出不进入蒸发器，以提高制冷效率；维持压缩机的干冲程,立式气液分离器,卧式气液分离器,9.中间冷却器 作用：冷却低压级压缩机所排出的过热蒸汽，使过热蒸汽冷却到中压下的饱和气体状态,中间冷却器,8.空气分离器 作用：去除制冷系统中的空气和不凝性气体,10. 凉水塔 作用：冷却由氨冷凝器排出的循环冷却水 类型： 喷水池 自然通风冷却塔 机械通风冷却塔,点波式填料冷却塔,