發(fā)酵成熟醪的蒸餾

1、第六章第六章 發(fā)酵成熟醪發(fā)酵成熟醪蒸餾和精餾蒸餾和精餾第一節(jié) 概述一、蒸餾的目的 蒸餾是利用液體混合物中各組分揮發(fā)性能的不同，將各組分分離的方法。 二、發(fā)酵成熟醪的組成 發(fā)酵成熟醪是一個復(fù)雜的多組分混合液。它含有水（8290%，W）干物質(zhì)（37，W），酒精及混在其中的揮發(fā)性雜質(zhì)（610，V或58，W）。發(fā)酵醪總是含有一定數(shù)量的二氧化碳。直接取自發(fā)酵罐的發(fā)酵醪中含有二氧化碳量達每升l1.5g，在用泵將發(fā)酵醪送往蒸餾車間途中，3545的二氧化碳已經(jīng)散失，發(fā)酵醪的正常酸度為2.5度，pH在45左右。發(fā)酵醪的組成在很大程度上取決于原料的品種、質(zhì)量和生產(chǎn)所采取的工藝流程和條件。揮發(fā)性雜質(zhì)的來源粗酒精（或

2、醪塔排出酒精水蒸汽）中雜質(zhì)的組成和含量 第二節(jié)第二節(jié) 酒精蒸餾和精餾原理酒精蒸餾和精餾原理一、一、酒精蒸餾原理（一）拉烏爾定律（二）酒精的揮發(fā)系數(shù) 用A%表示氣相中酒精含量，而用%表示液相中酒精含量，則兩者之比稱為揮發(fā)系數(shù)，通常用K表示，即： A/=K 揮發(fā)系數(shù)K表示乙醇溶液中乙醇揮發(fā)性能的強弱。乙酸揮發(fā)性能是隨著溶液中酒精濃度的增加而變小的。但是，在酒精濃度達到97.6（V）前，其K值都是大于1的。這就意味著，在這個范圍內(nèi)，通常常規(guī)的蒸餾方法可以使酒精變濃。（三）酒精-水系統(tǒng)的恒沸混合物 酒精-水溶液中酒精的揮發(fā)性能隨系統(tǒng)中酒精濃度的增加而變小，即K值變小。實踐的數(shù)據(jù)表明，當酒精濃度增加到等

3、于97.6（V）95.57%（W）時，K值等于1，即這時氣相中酒精濃度等于液相中酒精濃度（A=）。此時相應(yīng)的沸點為78.15，較純酒精沸點78.3和水的沸點100都低。蒸餾到這個濃度時，常規(guī)蒸餾方法已經(jīng)不能使酒精變濃。這個沸點稱之為酒精-水溶液的最低恒沸點，相應(yīng)的酒精-水混合物稱為恒沸混合物。由此可見，酒精-水系統(tǒng)存在恒沸混合物，所以，在常壓下采用常規(guī)的蒸餾手段是無法得到100的純酒精的。（四）壓力對平衡濃度值的影響 已知溶液蒸發(fā)所得蒸汽的組成隨壓力的改變而變化。 （1）壓力增高時，蒸發(fā)需要能耗多的組分在蒸汽中的含量增加（2）在蒸汽張力曲線具有最大值的系統(tǒng)中，壓力增高時，蒸發(fā)需要能耗多的組分在

4、恒沸混合物中的含量增加。相反，壓力降低時，蒸發(fā)需要能耗較少的組分在恒沸混合物中含量增加。圖6-1 酒精水溶液的張力等溫線當壓力降低到0.933104Pa時，恒沸混合物不再形成，蒸餾得到的是100的酒精。所以，進行真空蒸餾就有可能得到無水酒精。圖6-2 常壓下酒精-水系統(tǒng)的平衡曲線 圖6-3 溶液與蒸汽中乙醇含量與沸點的關(guān)系從圖6-2和6-3都可看到，在酒精濃度為95.57（W）處存在共沸點a。 （五）蒸餾塔的工作原理圖6-4 設(shè)想的多級蒸餾裝置二、酒精精餾原理（一）揮發(fā)性雜質(zhì)的分類 蒸餾塔塔頂導(dǎo)出的酒精水蒸汽（以后簡稱為粗酒精）中含有許多不同化學組成的揮發(fā)性雜質(zhì)，通常將它們分成醇類、醛類、酯類

5、和酸類等四大類。從乙醇提純的觀點出發(fā)，可將這些雜質(zhì)分為四類：即頭級雜質(zhì)、中級雜質(zhì)、端級雜質(zhì)和尾級雜質(zhì)。 1.頭級雜質(zhì) 頭級雜質(zhì)的揮發(fā)性能較酒精強。它們的沸點比酒精低。乙醛、醋酸乙酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯等屬于頭級雜質(zhì)。2. 中級雜質(zhì) 中級雜質(zhì)的沸點比酒精高，揮發(fā)性隨蒸餾液中酒精濃度的變化而發(fā)生變化，主要積聚在精餾塔的中部，主要是一些高級醇和中長碳鏈酯，如戊醇、異戊醇、異丁醇、丙醇、異丙醇 及異丁酸乙酯、異戊酸乙酯等。3. 端級雜質(zhì) 端頭級雜質(zhì)的沸點比酒精低，揮發(fā)性也隨蒸餾液中酒精濃度的變化而發(fā)生變化。但蒸餾液中酒精濃度高時，其揮發(fā)性較酒精強，而蒸餾液中酒精濃度低時，其揮發(fā)性較酒精弱，典型代表物質(zhì)

6、是甲醇。4. 尾級雜質(zhì) 尾級雜質(zhì)的沸點比酒精高，揮發(fā)性也弱，在精餾塔的底部積聚，隨廢液排出。（二）雜質(zhì)揮發(fā)系數(shù)和精餾系數(shù)1.雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù) 用和分別表示雜質(zhì)在汽相和液相中的百分含量，則/=K雜。K雜稱為雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)。 2.雜質(zhì)的精餾系數(shù) 如果雜質(zhì)在汽相中的含量以表示，液相中的含量以表示，與此同時，相應(yīng)的酒精在汽相中的含量為A，液相中的含量為a，則K雜=/ K酒精=A/a K雜=K雜/ K酒精=a/（A） 如果K1，則不僅該雜質(zhì)在汽相中含量比液相中高，而且，它在該條件下的揮發(fā)性高于酒精，即它在塔內(nèi)向上運動的速度快于酒精。 如果K1則表明該雜質(zhì)在給定條件下的揮發(fā)性能小于酒精。這時有兩種情況，一種

7、是雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)本身在此酒精濃度下已小于1，該雜質(zhì)在液相中含量高于氣相，它的運動方向是朝下的；另一種情況是該雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)還是大于1，但其數(shù)值小于酒精的揮發(fā)系數(shù)，這時，該雜質(zhì)運動方向還是朝上的，但其速度要比酒精慢。 如果K=1，則說明在這種酒精濃度下，該雜質(zhì)的揮發(fā)性能與酒精相同，此時。不發(fā)生雜質(zhì)和酒精的分離現(xiàn)象，即在此條件下，無法將雜質(zhì)從酒精中除去（不發(fā)生提純現(xiàn)象）。 酒精和雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù) 精餾系數(shù)K值 （三）醛酯餾分分離的理論基礎(chǔ) 醛酯餾分的排除（排醛）方法有三種。種是簡單的排醛方法，即適當提高精餾塔頂?shù)诙淠鞯臏囟?，在第三冷凝器排出一定?shù)量的醛酯餾分。第三冷凝器末端設(shè)置的排醛管在排除不凝

8、結(jié)氣體的同時也會排掉少部分頭級雜質(zhì)。另一種方法是在精餾塔前設(shè)置一個專門的排醛塔來排除醛酯餾分。設(shè)有排醛塔的蒸餾流程，由于經(jīng)過排醛塔和精餾塔的兩次排醛，所得酒精質(zhì)量大為提高。 頭級雜質(zhì)在低酒精濃度時具有較大的揮發(fā)系數(shù)和精餾系數(shù)值，這意味著在較稀的酒精濃度下進行排醛，會取得比較理想的效果。根據(jù)這個道理，采取在蒸餾流程中考慮設(shè)置排醛塔，醛塔頂加水稀釋，發(fā)酵醪預(yù)熱到較高溫度，然后在蒸餾前先排一次醛等措施。 排醛塔的任務(wù)是排除醛類為代表的低沸點頭級雜質(zhì)。它被醪塔來的酒精蒸汽進料口分為兩部分。上段為聚醛塔（12塊塔板），下段為提餾段（1215塊塔板）。 雜質(zhì)在排醛塔內(nèi)活動態(tài) （四）雜醇油分離的理論基礎(chǔ) 雜

9、醇油是酒精蒸餾的主要副產(chǎn)物，它的分離對成品酒精質(zhì)量有實質(zhì)性的影響。雜醇油是許多飽和多元醇的混合物，它們主要是異戊醇、異丁醇、正丙醇。雜醇油的組成、數(shù)量與加工原料的品種、加工工藝和所用酵母的生理狀態(tài)有關(guān)。淀粉質(zhì)原料和糖蜜原料酒精生產(chǎn)中，雜醇油的數(shù)量是無水酒精的0.20.4。 雜醇油分離可以分為雜醇油提取和雜醇油分離兩步。 1.雜醇油提取 不同酒精濃度液體中異戊醇的K和K值 從表可知，在精餾塔下部塔板上，由于酒精濃度較低。異戊醇的揮發(fā)系數(shù)大于1，這意味著氣相中的異戊醇含量高于液相。所以，這時的異戊醇的運動方向是向上跑的；在精餾塔上部，由于塔板上的酒精濃度較高，異戊醇的揮發(fā)系數(shù)小于1，這說明液相中的

10、異戊醇含量大于汽相，異戊醇此時的運動方向是向下的。在酒精濃度為55（V）時，異戊醇的揮發(fā)系數(shù)接近1。這就是說，此處的異戊醇在汽相和液相中的含量相當。塔上部的異戊醇向下跑，塔下部的異戊醇往上跑，異戊醇就聚集在與酒精濃度55（V）相當?shù)乃迳?。異戊醇的提取部位也?yīng)該于此處。 在實際生產(chǎn)中，塔板上的蒸汽壓力不很均勻，塔內(nèi)酒精負荷也有變動，再加上雜醇油本身是多種高級醇的混合物，所以雜醇油集中分布在幾塊塔板上。通常液相取油的位置是在進料層以上的第2、4、6塊塔板處，相應(yīng)的溫度為8693，酒精濃度為5570（V）。如果是汽相取油，則通常是在進料層以下第 2、4板處，酒精濃度為42（V）。 2.雜醇油的分離

11、 從精塔取出的雜醇油，無論是液體，還是汽體的冷凝液，都是水、酒精和雜醇油組成分的混合物。 雜醇油組成分的分離過程是一個液液萃取過程。在該過程中酒精被水萃取，水是萃取劑。往雜醇油液體中加水會導(dǎo)致混合物分成兩層。低層含水和酒精，稱之謂萃取相。上層主要含有雜醇油，稱之為萃余相。因此，在雜醇油分離設(shè)備中同時進行著兩個過程。酒精被水萃取過程和混合物分層過程。（五）甲醇分離的理論基礎(chǔ) 酒精發(fā)酵成熟醪中含有的甲醇不是酒精發(fā)酵本身的產(chǎn)物，而是原料在發(fā)酵前熱處理過程中，由于果膠質(zhì)、甲基戊糖的水解生成了作為甲醇主要來源的甲氧基（OCH3），它還原即生成甲醇。 甲醇是酒精的主要雜質(zhì)，它對人體有嚴重影響。 甲醇的揮發(fā)

12、系數(shù)和精餾系數(shù) 從表可知，在不同酒精濃度下，甲醇的揮發(fā)系數(shù)都大于1，所以它能隨粗酒精蒸汽一起從粗餾塔排出進入精餾塔。在精餾塔中，它的運動方向也是始終向上的。但是甲醇的精餾系數(shù)隨酒精濃度的升高發(fā)生變化。它在酒精濃度低于40%時可以小于1，在95%酒精濃度時達到1.92的高值。這說明，此時甲醇的揮發(fā)性能要比酒精高幾乎一倍。由此可見，要使甲醇與酒精分離，最合理的方法是在高酒精濃度時進行排除。 在酒精蒸餾時，利用上述理論，甲醇的排除可以采用提高第二冷凝器溫度，在第三冷凝器多取工業(yè)酒精，使得絕大部分甲醇進入工業(yè)酒精中，排出塔外。但是，目前對酒精質(zhì)量控制的要求提高了。光采用一次取工業(yè)酒精的方法已不能滿足要

13、求，所以要采用增加甲醇塔或其他相應(yīng)措施才能使成品酒精中的甲醇含量達標。第三節(jié) 酒精蒸餾工藝流程一、常壓酒精蒸餾工藝流程二、差壓酒精蒸餾工藝流程一、常壓酒精蒸餾工藝流程氣相進塔雙塔蒸餾流程1粗餾塔 2精餾塔 3預(yù)熱器 4、5、6冷凝器 7冷卻器 8乳化器|9分離器 10雜醇油儲存器 11鹽析罐 12成品冷卻器 13檢酒器液相進塔的雙塔蒸餾流程圖 半直接式三塔酒精蒸餾流程圖二、差壓酒精蒸餾工藝流程 差壓蒸餾是多次重復(fù)利用蒸汽的熱量，所以也稱為多效蒸餾。多效蒸餾是在兩個和兩個以上塔系統(tǒng)內(nèi)進行的。各個塔在不同的壓力操作，前一效塔的壓力高于后一效塔的壓力，前一效塔頂蒸汽的冷凝溫度略高于后一效塔底液體的沸

14、騰溫度。第一效蒸餾用直接蒸汽加熱，其塔頂蒸汽作為第二效塔釜再沸器的加熱介質(zhì)，它本身在再沸器中冷凝。依次逐效進行，直到最后一效塔頂蒸汽用外來冷卻水冷凝。雙效差壓蒸餾流程 1雙效蒸餾（并聯(lián)）原則流程 2雙效醪塔流程 F1，F(xiàn)2發(fā)酵塔 D1，D2粗酒精冷凝液宿州酒精廠節(jié)能蒸餾流程（二）各種主要蒸餾方法能耗比較第四節(jié)第四節(jié) 酒精蒸餾操作酒精蒸餾操作一、酒精蒸餾餾控制參數(shù)及其操作要點1.兩塔裝置控制參數(shù)粗餾塔 塔頂：97.598 底溫：112 進醪溫度：6872 頂壓：27kPa 中壓：46 kPa 底壓：56 kPa精餾塔 中溫：8384 底溫：9395（分油溫度） 中壓：2024 kPa 頂溫：96

15、100 底溫：108 頂壓：27 kPa以下 各冷凝器溫度12#冷：7275 34#冷：60左右 5#冷：40以上 6#冷：30 成品入庫溫度：30以下 廢糟廢液應(yīng)不含酒精 成品質(zhì)量符合規(guī)定標準 雜醇油得率0.45%以上；其中戊醇含量45%以上 （2）三塔裝置控制參數(shù) 初餾塔操作參數(shù)：塔底溫度：104105塔底壓力：1114 kPa塔中溫度：100102塔頂溫度：9698進料溫度：7275排醛塔操作參數(shù)： 塔底溫度：88901#冷凝器出口水溫：7078 2#冷凝器出口水溫：3545醛酯餾分出口溫度：4560精餾塔操作參數(shù)：塔底溫度：105106塔底壓力：2025 kPa提油區(qū)溫度：9095塔中

16、溫度：8284進料層溫度：8688出酒精層溫度：8486塔頂溫度：76781#冷凝器出口水溫：7075 2#冷凝器出口水溫：3540二、酒精蒸餾過程中異?，F(xiàn)象的處理措施 1.化學處理（1）氫氧化鈉中和與皂化CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2OCH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH（2）氫氧化鈉的稀溶液與乙醛煮沸，還可縮合乙醛，生成紅色沉淀，從而排除乙醛對成品質(zhì)量的影響。 NaOH nCH3CHO (CH3CHO)n2.蒸餾常見故障的排除第六節(jié)第六節(jié) 無水酒精生產(chǎn)技術(shù)無水酒精生產(chǎn)技術(shù)一、無水酒精的用途 用普通蒸餾方法得到的酒精其濃度不可能超過

17、95.57（W），因為這是常壓下酒精水溶液恒沸混合物中的酒精濃度。 國民經(jīng)濟中大部分情況下用的是含少量水的酒精，但是有些特殊用途要求無水酒精，例如油漆部門、制藥部門、化妝品生產(chǎn)和香料工業(yè)中就要用無水酒精。 近年來在一些國家往汽油中添加1025無水酒精，制成被稱為“汽油醇”的產(chǎn)品，作為汽車的燃料。酒精的添加不僅可以代替部分汽油，而且可以提高汽油的辛烷值，進而增加汽油的抗爆性。美國和巴西等國已正常供應(yīng)汽油醇。二、無水酒精生產(chǎn)方法 已知無水酒精制備方法有： （1）在低溫條件下用固體吸水劑去水，如氧化鈣脫水法和分子篩脫水法。 （2）應(yīng)用液體吸水劑去水，如用甘油、汽油等。 （3）以共沸現(xiàn)象為基礎(chǔ)的脫水法，如用苯、戊烷、環(huán)己烷等的共沸脫水法。 （4）應(yīng)用能使共沸點移位的