精餾塔工藝要求和約束條件

   要對(duì)精餾塔實(shí)施有效的自動(dòng)控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。精餾塔的控制目標(biāo)一般從質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)量和能量消耗三方面考慮。任何精餾塔的操作情況同時(shí)受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時(shí)一定要把這些因素考慮進(jìn)去。

   1．質(zhì)量指標(biāo)

   質(zhì)量指標(biāo)（即產(chǎn)品純度）必須符合規(guī)定的要求。一般應(yīng)使塔頂或塔底產(chǎn)品之一達(dá)到規(guī)定的純度，要求另一個(gè)產(chǎn)品也應(yīng)該維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，或者塔項(xiàng)和塔底的產(chǎn)品均保證一定的純度要求。如果產(chǎn)品質(zhì)量不合格，它的價(jià)值就將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合格產(chǎn)品。但決不是說(shuō)質(zhì)量越高越好。由于質(zhì)量超過(guò)規(guī)定，產(chǎn)品的價(jià)值并不因此而增加；分析結(jié)果表明，不同的原料產(chǎn)地、不同的前處理方法、不同的酒精生產(chǎn)工藝，醪垢的成分都不同。而產(chǎn)品產(chǎn)量卻可能下降，同時(shí)操作成本主要是能量消耗會(huì)增加很多。因此，總的價(jià)值反倒下降了。由此可見，除了要考慮使產(chǎn)品符合規(guī)格外，還應(yīng)同時(shí)考慮產(chǎn)品的產(chǎn)量和能量消耗。

   2．產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo)

   在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)得到盡可能高的產(chǎn)量，從而使產(chǎn)品的回收率提高。這對(duì)于提高經(jīng)濟(jì)效益顯然是有利的。

   產(chǎn)品的回收率定義為產(chǎn)品量與進(jìn)料中該產(chǎn)品組分的量之比。即：

           Ri=P/Fzi                                      （8）

   生產(chǎn)效益除了產(chǎn)品純度與產(chǎn)品回收率之間的關(guān)系，還必須考慮能量消耗因素。由精餾原理可知，用精餾搭進(jìn)行混合物的分離是要消耗一定能量的；要使分離的產(chǎn)品質(zhì)量越高，產(chǎn)品產(chǎn)量越多，所需的能量也就越大。

對(duì)于一個(gè)精餾塔來(lái)講，在進(jìn)料成分Z一定時(shí)，只要保持V／F和D／F一定（或者在F一定時(shí)保持D和V一定），這個(gè)塔的分離結(jié)果也就是產(chǎn)品成分y和x將被完全確定。而當(dāng)進(jìn)料成分變化時(shí)，為了保持產(chǎn)品成分不變，可以相應(yīng)調(diào)節(jié)D／F，以補(bǔ)償進(jìn)料成分變化的影響。塔內(nèi)上升蒸汽量V，在塔的提餾段是由再沸器加熱提供的，在塔的精餾段還受到進(jìn)料熱熔的影響。當(dāng)冷凝器冷卻量Q增加時(shí)，必然會(huì)使更多的氣相變?yōu)橐合?，從而降低了塔壓；同時(shí)使塔內(nèi)相同組分的平衡溫度下降，增加了再沸器兩側(cè)間的溫差，使再沸器提供的加熱量QH增加。正因如此，在進(jìn)料熱熔變化不大或可以忽略時(shí)，一般總把V的變化或V／F的變化，看作是由再沸器加熱量QH提供的。在多元精餾中，影響關(guān)系要復(fù)雜得多，當(dāng)進(jìn)料中某一組分的濃度變化時(shí)，必然使其他組分的濃度變化；靜態(tài)下精餾塔的能量關(guān)系為QH FHF＝QC＋DHD＋BHB（11）式中，QH為再沸器加熱量，QC為冷凝器冷卻量，HP、HD和HB分別為進(jìn)料頂部、底部產(chǎn)品的比熱熔。從而使頂部及底部產(chǎn)品中各組分的濃度發(fā)生變化。當(dāng)進(jìn)料中幾個(gè)組分濃度同時(shí)變化時(shí)，情況將更為復(fù)雜?？朔@些擾動(dòng)的控制手段卻只有靠D／F和V／F。此時(shí)僅有兩個(gè)關(guān)鍵組分可以控制，其余組分在產(chǎn)品中的分配情況主要由進(jìn)料濃度確定。

溫差控制及雙溫差控制

   在精密精餾中，產(chǎn)品純度要求很高，組分間的相對(duì)揮發(fā)度差值很小，因而組分變化不大，然而微小的壓力波動(dòng)會(huì)造成明顯的溫度變化。這樣，就破壞了溫度和組分間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此時(shí)，采用溫度作為被控變量的提餾段和精餾段溫度控制就得不到很好的效果，而應(yīng)當(dāng)采用溫差控制。當(dāng)冷凝器冷卻量Q增加時(shí)，必然會(huì)使更多的氣相變?yōu)橐合?，從而降低了塔壓?

  采用溫差作為被控變量通?？梢栽谒敚ɑ蛩祝└浇囊粔K塔板上檢測(cè)出該板溫度，再檢測(cè)出靈敏板上的溫度，由于壓力的波動(dòng)對(duì)每塊板的溫度影響基本相同，只要將上述檢測(cè)到的兩個(gè)溫度值相減，壓力的影響幾乎相互抵消。在實(shí)際應(yīng)用中，溫差控制的關(guān)鍵是正確選擇測(cè)溫點(diǎn)，合理給出溫差設(shè)定值。這是因?yàn)闇囟扰c產(chǎn)品成分之間的關(guān)系不是線性的，同一溫差在不同條件下可以有兩個(gè)不同的組分。圖18是正丁烷和異丁烷分離塔的溫差和塔底產(chǎn)品中輕組分濃度的關(guān)系示意圖。由圖可見，曲線除1高點(diǎn)外，每一溫差都有兩個(gè)不同的組分濃度。1高點(diǎn)左側(cè)部分對(duì)應(yīng)的塔底產(chǎn)品純度較高，而右側(cè)則較低。因此，溫差的工作點(diǎn)應(yīng)位于曲線的左側(cè)。由于精餾塔的控制方案繁多，只按這些基本觀點(diǎn)選擇具有代表性的、常見的控制方案作出介紹。

醪垢的形成

   2.1發(fā)酵成熟醪成分

   發(fā)酵成熟醪是一個(gè)復(fù)雜的多組分非均相混合液。它由水（75%%-90%%，w/w）、干物質(zhì)（4%%-10%%，w/w）、酒精及其它揮發(fā)性物質(zhì)（6%%-15%%，w/w）構(gòu)成。

   2.2醪垢成分

   醪垢的化學(xué)成分受各種條件影響很大。

   分析結(jié)果表明，不同的原料產(chǎn)地、不同的前處理方法、不同的酒精生產(chǎn)工藝，醪垢的成分都不同。即便是同一工廠不同生產(chǎn)時(shí)期、不同部位醪垢成分也有一定差別。 醪垢的化學(xué)成分為碳酸鈣、碳酸鎂、磷 酸鈣、硫酸鈣、有機(jī)酸鈣、糖、糊精、蛋白質(zhì) 等，是由多種無(wú)機(jī)物、有機(jī)物構(gòu)成的，并以無(wú)機(jī)物為主。精餾塔工藝要求和約束條件要對(duì)精餾塔實(shí)施有效的自動(dòng)控制，必須首先了解精餾塔的控制目標(biāo)。

   2.3醪垢的成因

   2.3.1 微溶或可溶物質(zhì)在蒸餾過(guò)程中達(dá) 到過(guò)飽和狀態(tài)而析出發(fā)酵成熟醪在蒸餾過(guò)程中沿塔板逐層 而下。相對(duì)揮發(fā)性大的物質(zhì)在醪塔內(nèi)沿塔板逐層上升，從頂部排出；但是，在一個(gè)連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程中，精餾塔的處理量往往是上一工序的產(chǎn)出量。干物質(zhì)和水，還有醇、酸、酯類等相對(duì)揮發(fā)性小的物質(zhì)沿塔 板逐層向下，微溶或可溶物質(zhì)濃度不斷增 加，當(dāng)其濃度超過(guò)其溶解度達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)后，便會(huì)在塔底再沸器的管壁及蒸餾塔塔盤和塔件表面析出。在蒸餾過(guò)程中首先析出的是溶解度較小的碳酸鈣、碳酸鎂、磷酸鈣等，而溶解度稍大一些的也逐漸被濃縮沉積，如硫酸鈣、有機(jī)酸鈣等。

   發(fā)酵成熟醪中的不溶性懸浮物質(zhì)，如酵母菌體、纖維、淀粉及析出的無(wú)機(jī)鹽形成晶 核，加速了處于飽和狀態(tài)下的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)鹽、糖、糊精、可溶性蛋白質(zhì)等的析出。眾所周知，國(guó)內(nèi)大部分酒精廠采用了離心清液回配技術(shù)。離心清液的回配進(jìn)一步提高了發(fā)酵成熟醪中干物質(zhì)含量，加劇了微溶或可溶物質(zhì)在醪液輸送、換熱、蒸餾過(guò)程中的析出和結(jié)垢概率。2．產(chǎn)品產(chǎn)量指標(biāo)在達(dá)到一定質(zhì)量指標(biāo)要求的前提下，應(yīng)得到盡可能高的產(chǎn)量，從而使產(chǎn)品的回收率提高。