精餾塔的干擾因素

   和其他化工過程一樣，精餾是在一定的物料平衡和能量平衡的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。一切因素均通過物料平衡和能量平衡影響塔的正常操作。影響物料平衡的因素包括進(jìn)料量和進(jìn)料成分的變化，頂部餾出物及底部出料的變化。影響能量平衡的因素主要是進(jìn)料溫度或熱焓的變化，再沸器加熱量和冷凝器冷卻量的變化，此外還有塔的環(huán)境溫度等變化。其做法是讓塔壓浮動(dòng)于冷凝器的約束，而使冷凝器始終接近于滿負(fù)荷操作。同時(shí)，物料平衡和能量平衡之間又是相互影響的。要了解這些因素是如何影響精餾塔操作的，首先必須分析它的靜態(tài)規(guī)律，即研究其靜態(tài)特性。從而分析上述因素對(duì)精餾塔的動(dòng)態(tài)影響。

   1．精餾塔中靜態(tài)關(guān)系的分析

   圖15為精餾塔的物料流程圖，可簡(jiǎn)單地視其于為二元精餾。則從物料平衡和能量關(guān)系出發(fā)，可得出它的總的物料平衡關(guān)系為

           F=D＋B           （9）

   輕組分的物料平衡關(guān)系為

   Fz＝Dy＋Bx        （10）

式中，F(xiàn)、D和B分別為進(jìn)料量、頂部餾出物量和塔底產(chǎn)品；z、y和x分別為進(jìn)料、頂部餾出物和底部產(chǎn)品中輕組分的含量。由以上兩式，可明顯看出進(jìn)料量F在產(chǎn)品中的分配量（即D／F）是決定頂部和底部產(chǎn)品中輕組分含量y和x的關(guān)鍵因素。

   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。在式中，每一項(xiàng)都影響著塔內(nèi)上升蒸汽的流量V。對(duì)于一個(gè)既定的塔來(lái)講，V與F之比與塔的分離度S有關(guān)。即V／F一定時(shí)意味著塔分離度也一定。

精餾塔的控制方案

   在了解了精餾塔的操作要求和影響因素之后，余下的問題就是如何確定精餾塔的控制方案。首先簡(jiǎn)述設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點(diǎn)。對(duì)于一個(gè)精餾塔來(lái)講，塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)之間是相互關(guān)聯(lián)的，當(dāng)相互影響嚴(yán)重時(shí)，不能達(dá)到預(yù)定的質(zhì)量控制目的，此時(shí)可采用解耦控制以減少或消除它們之間的相關(guān)影響。為簡(jiǎn)化討論，只談及頂部和底部產(chǎn)品均為液相的且沒有側(cè)線采出的情況。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。

    1．設(shè)置精餾塔控制方案的基本觀點(diǎn)

   （1）按物料及能量平衡關(guān)系進(jìn)行控制

   對(duì)于一個(gè)實(shí)際操作的二元精餾塔，在進(jìn)料成分一定時(shí)，只要把D／F和V／F調(diào)節(jié)一定；且頂部回流罐液位調(diào)節(jié)以保證回流按照L=Vr－D的關(guān)系保持一定；底部產(chǎn)品流量B在液位調(diào)節(jié)作用下也可以保證B=F-D的物料平衡關(guān)系，那么該塔的產(chǎn)品質(zhì)量就能得到控制。需指出，由于能量關(guān)系因素V主要取決于再沸器加熱量，但也取決于進(jìn)料和回流的熱焓。當(dāng)回流溫度恒定時(shí)，只須考慮進(jìn)料設(shè)置溫度或熱焓自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。于是可保持再沸器的蒸汽量一定，就相當(dāng)于塔內(nèi)上升蒸汽量V一定了?？紤]到因冷凝器冷卻量和環(huán)境等擾動(dòng)因素而使能量平衡可能破壞，從而使塔壓變化，因此在塔頂設(shè)置壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)。塔設(shè)備的高度與直徑之比，因情況不同，差別很大，塔外殼用鋼板焊制，也可用鑄鐵鑄造，每層塔板為一節(jié)，并用法蘭連接。對(duì)于D／F和V／F的控制，由頂部產(chǎn)品量D、再沸器加熱蒸汽量和進(jìn)料量F分別組成比值控制系統(tǒng)。若考慮到動(dòng)態(tài)關(guān)系，可添加補(bǔ)償環(huán)節(jié)，一般采用超前-滯后環(huán)節(jié)。

酒精蒸餾塔清洗方法

酒精生產(chǎn)中醪垢形成、預(yù)防及清洗蒸餾塔(醪塔)結(jié)垢堵塞問題，尤其是醪塔堵塔問題，是蒸餾系統(tǒng)不能長(zhǎng)周期運(yùn)行的主要制約因素。一般的解決辦法是定期或不 定期進(jìn)行物理法或化學(xué)法處理，雖然能收到 一定效果，但短時(shí)間又會(huì)產(chǎn)生同樣的問題。

   本文試圖對(duì)醪垢的成因、預(yù)防和清除進(jìn)行探討，希望對(duì)業(yè)界解決這一問題能有所幫助。

   1、醪垢的定義

   醪垢是沉積在設(shè)備、管道內(nèi)表面上由不 溶性鹽、泥砂、纖維、淀粉、蛋白質(zhì)、糊精、糖、 酵母菌體及其它糖酵解代謝副產(chǎn)物等所組成的多成分物質(zhì)。利用產(chǎn)品分析器，例如色譜儀、紅外分析器、密度計(jì)、干點(diǎn)、閃點(diǎn)及初餾點(diǎn)分析器等，分析出塔頂（或塔底）的產(chǎn)品成分并將其作為被控變量，而將回流量或再沸器的加熱量等作為控制變量，就可以組成成分控制，實(shí)現(xiàn)按產(chǎn)品成分的直接指標(biāo)控制。一般附著在成熟醪預(yù)熱 器、塔底再沸器的管壁及蒸餾塔塔盤和塔件 上，常常造成進(jìn)料溫度降低，塔底各板間溫差加大，塔頂真空度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成塔 底跑酒，終導(dǎo)致生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。

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?？扇苄遭}鹽轉(zhuǎn)化成碳酸鈣垢在蒸餾過程中，可溶性有機(jī)酸鈣鹽與醪液中的可溶性碳酸鹽反應(yīng)生成碳酸鈣垢：CaA2 Na2CO3=CaCO3↓ 2NaACaA2 K2CO3=CaCO3↓ 2KA2。 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。

   2.3醪垢的成因

   2.3.1 微溶或可溶物質(zhì)在蒸餾過程中達(dá) 到過飽和狀態(tài)而析出發(fā)酵成熟醪在蒸餾過程中沿塔板逐層 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；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)其濃度超過其溶解度達(dá)到過飽和狀態(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。采用色譜儀可以測(cè)量多組分的濃度，并可以通過測(cè)量其他含量較少的雜質(zhì)組分之和來(lái)決定產(chǎn)品的純度。在蒸餾過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)。對(duì)于液相進(jìn)料時(shí)，進(jìn)料量或進(jìn)料成分的變化很快影響塔底的成分，而提餾段溫控比較及時(shí)，動(dòng)態(tài)過程也比較快。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、蒸餾過程中的析出和結(jié)垢概率。