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1、發(fā)酵成熟醪的粗餾與精餾 淀粉質(zhì)原料酒精生產(chǎn)工藝 一、發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成與雜質(zhì)分類 二、酒精蒸餾的基本原理 三、酒精精餾的基本原理 四、酒精蒸餾的工藝流程五、新型蒸餾塔的介紹 蒸餾是利用液體溫合物中各組分揮發(fā)性的不同而分離組分的方法。在酒精生產(chǎn)中，將酒精和其它所有的揮發(fā)性雜質(zhì)從發(fā)酵成熟醪中分離出來的過程，稱為蒸餾。蒸餾的結(jié)果便得到粗酒精，所用的設(shè)備稱醪塔，也稱粗餾塔。除去粗酒精中雜質(zhì)，進一步提高酒精濃度的過程則稱為精餾。精餾的結(jié)果得到醫(yī)藥酒精或精餾酒精，所用的設(shè)備稱為精餾塔。 一、發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成與雜質(zhì)分類 發(fā)酵成熟醪的化學(xué)組成是隨原料的種類，加工方法，菌種性能而變化的。例

2、如：在甘薯和馬鈴薯中含果膠質(zhì)較多，因而成熟醪中甲醇含量就較多，為乙醇含量的2％左右；而在亞硫酸鹽紙漿廢液的發(fā)酵成熟醪中，甲醇含量往往高達酒精含量的8％左右。在谷物原料的發(fā)酵成熟醪中，由于原料含蛋白質(zhì)較多，所以雜醇油的含量就高一些。用糖蜜制酒精由于通風(fēng)的影響，乙醛含量較高。 發(fā)酵成熟醪中除上述揮發(fā)性雜質(zhì)外，還含有不揮發(fā)性雜質(zhì)。例如：甘油、琥珀酸、乳酸、脂 肪酸、無機鹽類、酵母以及其它各種夾雜物，如不發(fā)酵性糖、植物體中的皮殼、纖維等。 發(fā)酵成熟醪中的不揮發(fā)性雜質(zhì)容易和酒精分離，在醪塔的底部排出，稱之為廢糟或酒糟，其中干物質(zhì)的含量，隨原料與加工工藝的不同而異，一殷為5-7％。 成熟醪中的揮發(fā)性

3、雜質(zhì)，則隨酒精一起從醪塔的頂部排出，因此這些雜質(zhì)必須在精餾過程中使它們與酒精分離。 從醪塔出來的酒精，由于含有許多揮發(fā)性雜質(zhì)，故稱為粗酒精。揮發(fā)性雜質(zhì)的種類和數(shù)量也與原料、加工方法有密切關(guān)系。在各種來源的粗酒精中，發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性雜質(zhì)已超過50多種。按其化學(xué)性質(zhì)可將它們大致歸納為四大類：醇類、醛類、酯類和酸類。此外還有一些微量的含硫物質(zhì)和不飽和化合物等。由于這些雜質(zhì)具有揮發(fā)性，因此容易進入成品酒精中，影響酒精的質(zhì)量。酒精蒸餾的任務(wù)之一“提純”，就是指分離揮發(fā)性雜質(zhì)而言的。 二、酒精蒸餾的基本原理 蒸餾過程之所以能將成熟醪中所含的酒精完全分離出，并得到高濃度的酒精，基本原因為：成熟醪所含的各種

4、物質(zhì)的揮發(fā)性不同。將兩種或兩種以上揮發(fā)性不同的物質(zhì)組成混合溶液，將它加熱至沸騰，這時液相組分與氣相組分往往不同，氣相比液相含有較多的易揮發(fā)組分，剩下的液相就含有較多難揮發(fā)組分。如加熱酒精-水溶液至沸騰時，蒸汽中酒精含量就較溶液中的高。在常壓下測得的結(jié)果見表l--46。 正如拉烏爾定律指出的，混合溶液中，蒸汽壓高(沸點低)的組分，在汽相中的含量，總是比液相中高。反之蒸汽壓低(沸點高)的組分，在液相中含量，總是比汽相中高。按表1-46所示，經(jīng)過多次反復(fù)汽化與冷凝，即可將混合溶液分成兩組純組分。 從表1--46數(shù)據(jù)可知，酒精與水的混會液加熱沸騰時， 所產(chǎn)生的蒸汽中，酒精含量都是高于原混合液。

5、而且溶液中酒精含量越低，則蒸汽中的酒精含量增加越大。若以A％表示蒸汽中的酒精含量，而它在溶液中的含量以Q表示，則A/Q＝K，這稱為揮發(fā)系數(shù)。表示乙醇在該溶液中的揮發(fā)性能強弱。當(dāng)溶液中乙醇濃度越低，則其比值即揮發(fā)系數(shù)K越大。反之，則K越小。直至K為1時，即溶液中酒精濃度與蒸汽中酒精濃度相等。 在K＝1時，其混合液與蒸汽中所含酒精濃度均為95．57％(重量)或97.60%(容量)，此時的沸點為78．15℃，這沸點較純酒精沸點78．3℃，水的沸點100℃都低，故蒸餾到這濃度時，蒸汽中的酒精含量就不會再增加了。這沸點稱之為最低恒沸點，該組分的混合物稱恒沸混合物。酒精蒸餾設(shè)備雖然設(shè)計得很科學(xué)，然而在常

6、壓下，還是得不到無水酒精的。 在一定的氣壓下，恒沸混合物有一定的準確成分，過去曾誤認為它是一種化合物，后來有人發(fā)現(xiàn)，改變氣壓可以改變恒沸點，也可以改變恒沸物的組成，因此才證明它只是在兩相中具有相同成分的混合物而不是化合物。表l--47為在不同氣壓下，酒精和水恒沸混合物的組成。 表1-47中指出，在常壓下酒持與水的恒沸點為78.15℃，恒沸混合物中酒精含量為95.57％(重量)，而當(dāng)壓力為70毫米汞柱時，沸點為27．96℃，恒沸點已不再存在。這也就是真空蒸餾，運用減壓下越過共沸點而能得到無水乙醇的原理。 根據(jù)表1-46所列的數(shù)據(jù)，可制出如圖l-34，圖1-35的曲線。 從圖1-3

7、5曲線中可以看出，在常壓下，酒精-水混合溶液的酒精含量與其相應(yīng)的蒸汽中酒精含量的情況。以曲線圖中20％(重量)酒精-水混合液為例，在常壓下，其沸點為87℃，它所產(chǎn)生的蒸汽中酒精含量則為65％(重量)。另外還可看出，當(dāng)酒精-水混合液中酒精含量增加到95.57％(重量)時，它所產(chǎn)生的蒸汽中的酒精含量與液相中的酒精含量相同。就是酒精-水混合液蒸餾時的共沸點，便不能用普通的蒸餾方法進一步分離了。 (一)簡單蒸餾設(shè)備 根據(jù)酒精-水溶液加熱沸騰時，蒸汽中酒精含量較溶液中濃度增高這一原理，古代勞動人民設(shè)計了酒的蒸餾設(shè)備。如圖l-36所示。用蒸汽加熱含有酒精的醪液，當(dāng)達到該酒精水溶液的沸點時，它們便沸騰汽

8、化，蒸汽中的酒精含量便高于醪液，亦即醪液減少較多的酒精和較少的水分，若將酒汽冷凝而收集，則可得到較高濃度酒精的水溶液，當(dāng)然醪液中其它揮發(fā)性物質(zhì)亦混雜在其中。 使用這樣簡單蒸餾設(shè)備是得不到高濃度酒精的，最初蒸出的餾出液酒精含量最高，但隨著酒精的逸出，釜內(nèi)醪液中酒精含量逐漸降低，以后相應(yīng)蒸餾出的酒精濃度也逐漸減低，以至最后蒸出的幾乎是水。所得的混合餾出液酒精含量當(dāng)然不高，而且純度也不高。 (二)蒸餾塔的工作原理 根據(jù)表1-46，酒精水溶液加熱至沸騰時，蒸汽中的酒精含量較溶液中含量高，以及根據(jù)表1-48，酒精水溶液的酒精含量愈高，其汽化或升高溫度所需的熱量越少，沸點也越低，這兩個規(guī)律，要得

9、到高濃度酒精，就有人設(shè)想出一種多次汽化與冷凝的特別的蒸餾設(shè)備，以“最經(jīng)濟的方法”蒸餾得到高濃度的酒精。 圖1-37是一設(shè)想的蒸餾設(shè)備，以若干個簡單蒸餾器為單元，以回流管連接起來。 以蒸餾鍋A、B、C、D等連接，每個鍋底部都有相應(yīng)加熱用的多孔蛇管a、b、c、d等，除a蛇管與熱源(如水蒸汽)連接外，其余如b、c、d等則與前一個蒸餾鍋之蒸汽導(dǎo)出口相接，并于每鍋之底裝置O、P、Q、R、S等回流管。除A鍋之O管可排液體至外部外，其余如P、Q、R、s等則導(dǎo)液體至前一個蒸餾鍋。 在蒸餾開始之前，假設(shè)A鍋中裝入已達沸點95℃的5％酒精溶液；B鍋中裝入已達沸點83.5℃的36％酒精溶液；C鍋中裝入已達

10、沸點79.9℃的73％酒精溶液。然后以100℃的水蒸汽通入蛇管a，此時A鍋中的溫度只有的95℃，所以導(dǎo)入的100℃水蒸汽遂即凝結(jié)成水、并釋出熱量，適可汽化A鍋中的酒精溶液為汽體，此汽體中的酒精濃度則為36％(汽液平衡狀態(tài)下)，此汽體又導(dǎo)入b蛇管，而B鍋中溫度低于A鍋，故36％的酒精汽體又凝結(jié)為液體，所放出的熱量則又汽化其液體，而成為73％的酒精蒸汽，如此逐級推進。鍋中的酒精溶液由于所含酒精的汽化，酒精含量較原來減低，溶液沸點隨之升高，最后必然與前一鍋溫度相同，此時前一鍋導(dǎo)來的汽體己不能再凝結(jié)，亦無熱量釋出以汽化鍋中液體。換而言之，汽體中的酒精量不能增多，該組設(shè)備便失去蒸餾效能。故各鍋中酒精含量

11、必須保持一定的差額，亦即各鍋中的溫度必須保持一定的差數(shù)，故于鍋底設(shè)O、P、Q、R、S等回流管，導(dǎo)引后鍋酒精溶液回流至前鍋，以調(diào)節(jié)其酒精濃度。至于釋出的熱量，由表l-48可知水的汽化潛熱為539.4卡／克，高于純酒精的214.5卡／克，若設(shè)備沒有熱損失，則僅往A鍋通入水蒸汽，此蒸汽熱量能逐級推進至最后一鍋，己足夠蒸餾成高濃度酒精，無須另加熱量，這是熱能很經(jīng)濟的蒸餾方法，但所需設(shè)備過多，并不實用。 根據(jù)上述原理，制成如圖l-38的蒸餾塔，以供蒸餾酒精，這就是今日篩板塔的雛形。因為它要求操作的技術(shù)很高，以后逐漸為泡罩塔所代替。 (三)回流問題 從上述的介紹中可看出，回流是精餾過程的一個

12、重要問題。假若精餾塔沒有回流，則精餾塔板上的酒精由于不斷蒸發(fā)而逐漸減少，因此塔板上的酒精濃度逐漸降低，沸點升高，雖然有進料來補充蒸出的酒精，但也不夠維持各層塔板穩(wěn)定的濃度差和溫度差，精餾過程就不穩(wěn)定，成品的濃度難以保證，雜質(zhì)的排除也困難了。為了維持各層塔板上酒精一定的濃度，以便穩(wěn)定操作，得到合格的成品，只靠送料是不能解決的，必須靠回流。 由于有大量回流液入塔，才能使塔中各層塔板濃度、溫度穩(wěn)定，回流液數(shù)量對成品產(chǎn)量并無多大影響，成品數(shù)量主要決定于進料量?；亓餮b置如圖1-39所示。 因為各個塔的產(chǎn)量不同，回流量也就不同，所以應(yīng)該取相對量來比較，即回流比，它是回流液重量與產(chǎn)品重量之比。 回流比

13、：R=QR（回流量）/P（產(chǎn)品量） 回流比大，即流回至塔中的酒精數(shù)量較多，要取得一定濃度的酒精，需要的塔板數(shù)就少些(但是回流比大了，塔徑也要相應(yīng)增大)，塔的設(shè)備費用就可能小些。但是回流比過大，消耗的加熱蒸汽量與冷卻水也隨之增加，生產(chǎn)費用就增高。相反，如回流比小，回流入塔中的酒精量小，取得同樣濃度的酒精需要的塔板數(shù)就要多些，消耗蒸汽量雖可減少，但設(shè)備投資要增加較多。 圖1-40 有人試驗：要達到一定的灑精濃度[如96％(容量)]，全部回流入塔(不取成品)時，所需要的塔板數(shù)最少(相同產(chǎn)量，塔徑也要加大)，而蒸汽消耗量最大。另外回流比最小時，塔板數(shù)最多(相同產(chǎn)量，塔徑要小些)，而消耗蒸汽量最少

14、。因此就有選擇最適回流比的必要。選擇最適回流比以設(shè)備費用和生產(chǎn)費用最小為標(biāo)準(見圖l-40)。酒精精餾塔最適回流比一般為3-4，即回流量為單位時間產(chǎn)品量的3-4倍。 三、酒精精餾的基本原理 若酒精發(fā)酵成熟醪中所含的揮發(fā)物只有酒精，則運用上述具有相當(dāng)塔板數(shù)的蒸餾塔即可獲得高濃度的純凈酒精。但是成熟醪中還含有酒精以外的50多種揮發(fā)性雜質(zhì)，它們亦隨酒精進入粗酒精中，除去這些雜質(zhì)的過程在酒精工業(yè)中稱為精餾。這些雜質(zhì)基本上是在發(fā)酵過程中生成的，也有的是在蒸煮與蒸餾過程中生成的。這情況可見表l-49。 粗酒精中這些雜質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)各有不同，見表1-50，按化學(xué)性質(zhì)它們可分為：醇、醛、酸、酯四大類。

15、而從精餾酒精除去雜質(zhì)時的動態(tài)看，這些雜質(zhì)又可分為三類：即頭級雜質(zhì)、中間雜質(zhì)和尾級雜質(zhì)。這只是大概的區(qū)分法，因為雜質(zhì)的活動還依操作情況不同而有改變。 比酒精更易揮發(fā)的雜質(zhì)稱為頭級雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的沸點多數(shù)比酒精低，故亦稱低沸點雜質(zhì)，如乙醛、乙酸乙酯、甲酸乙酯等。中級雜質(zhì)的揮發(fā)性與乙醇很接近，所以很難分離凈，如異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯等。尾級雜質(zhì)的揮發(fā)性比乙醇低，它們的沸點多數(shù)比乙醇高，故亦稱高沸點雜質(zhì)。如高級醇脂肪酸及其酯類。它們出現(xiàn)在白酒蒸餾的酒尾中，呈油狀漂浮在液面，故稱雜醇油。 無論是頭級雜質(zhì)還是尾級雜質(zhì)都比較容易與乙醇分離。較難除凈的是中級雜質(zhì)。當(dāng)酒精濃度高時，它們的揮發(fā)系數(shù)

16、接近于1，均勻分布在蒸汽與液體之中，幸好這類雜質(zhì)的量很少。 只有設(shè)法除去上述各種雜質(zhì)，才能獲得醫(yī)藥酒精或精餾酒精。為此須在理論上弄清楚各種雜質(zhì)在不同濃度酒精-水溶液中的分布情況，既雜質(zhì)在各層塔板上活動規(guī)律，這首先要了解揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)。 (一)揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù) 雜質(zhì)和酒精的揮發(fā)性不同，這是分離它們的理論基礎(chǔ)。假定各種雜質(zhì)在水-酒精溶液中的揮發(fā)性不受其它雜質(zhì)存在的影響，這就得到了一個由水-酒精-某種雜質(zhì)組成的三元體系。事實上雜質(zhì)相互之間是有一定影響的，因此這一假定會造成某些影響不大的誤差，另外如果雜質(zhì)含量超過2%，則數(shù)據(jù)也就有偏差。 揮發(fā)系數(shù)：以酒精為例，用a%表示酒精-水溶液中的酒

17、精含量，與這沸騰溶液平衡的蒸汽中酒精含量以A表示。則A/a＝KA就是酒精的揮發(fā)系數(shù)。舉例說：如酒精-水混合液中的酒精濃度為10%(容量)，與其平衡的蒸汽中酒精含量為51.0%(容量)，則KA＝51.0/10=5.10，即酒精的揮發(fā)系數(shù)為5.10。它意味著酒精在氣相中的濃度增加了5.1倍。 對于雜質(zhì)來說也是一樣的，可用α表示蒸汽中某雜質(zhì)的含量，以β表示它在液相中的含量，則其揮發(fā)系數(shù)為Kn＝α/β。表1-51所示，為酒精與其中雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)。從表中數(shù)據(jù)可看出三個重要的規(guī)律。 (1)一切雜質(zhì)(包括乙醇在內(nèi))的揮發(fā)系數(shù)隨著乙醇濃度的增加而減少。 (2)當(dāng)乙醇濃度低于55%(容量)時，一切雜質(zhì)

18、的揮發(fā)系數(shù)K雜都大于1。 (3)有些雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)始終大于1，有些則在酒精濃度高時，K雜由大于l變成小于l。 從表中數(shù)據(jù)還可看出：溶液中的乙醇揮發(fā)系數(shù)與該溶液所含的雜質(zhì)揮發(fā)系數(shù)不同。在酒精精餾過程中由于酒精在水溶液中濃度的不同，不同雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)也不同，因此才有可能利用蒸餾的方法分別除去這些雜質(zhì)。采用測定的方法可測得雜質(zhì)在不同酒精濃度下的揮發(fā)系數(shù)K，這可幫助了解雜質(zhì)在精餾設(shè)備中移動的情況，便于采取措施排除雜質(zhì)。 某種雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)K大于1，表明它在蒸汽中的含量比在液體中大，也就是說它在塔內(nèi)的移動方向是上行的，它在塔內(nèi)的分布是愈往上濃度愈大，于是便集中在塔頂部。如果某種雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)K小于

19、1，則情況相反，它向塔下行方向移動，愈往下濃度愈大，便集中在塔底部。如果某種雜質(zhì)在酒精濃度低時Kn＞l，隨著酒精濃度的增加，K逐漸減小，在某一酒精濃度其Kn＝1，以后又變得小于1，這種雜質(zhì)的運動方向在酒精濃度低時是向上移動，在酒精濃度高時向下移動，最后它便在塔中部的Kn=1處集聚。 從表中數(shù)據(jù)可知，典型頭級雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)始終大于1．因此它們在塔頂?shù)臐舛茸罡?，有些雜質(zhì)在酒精濃度低時其K是大于1的，但是隨著酒精濃度升高，它們相繼地經(jīng)過K＝1， 而變成小于1。如雜醇油的主要代表異戊醇它在酒精濃度為55%(容量)時K約=l，即在這種酒精濃度時雜醇油最集中。有些雜質(zhì)如異戊醇、異戊酯、乙酸戊酯等在酒精濃

20、度大于70％(容量)時，才由K＞1轉(zhuǎn)變?yōu)镵＜1。 無論是頭級雜質(zhì)還是尾級雜質(zhì)都是較容易分離的，較難除去的是中級雜質(zhì)，如異丁酸乙酯，當(dāng)酒精濃度高時它的揮發(fā)系數(shù)接近于1。因此這類雜質(zhì)便均勻地分布于蒸汽及液體之中；當(dāng)要求酒精質(zhì)量很高時，只有在塔頂?shù)渭訅A液，借助化學(xué)方法精制。 從上述雜質(zhì)揮發(fā)系數(shù)，能分析出雜質(zhì)在塔內(nèi)移動和分布情況。雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)與酒精濃度有很密切的關(guān)系，它隨著沸騰液體中酒精含量的增加而不斷降低，有時單憑揮發(fā)系數(shù)還不能說明雜質(zhì)在精餾過程中與酒精的可分離程度，這是由于蒸汽中酒精含量總是高于液體中酒精含量，還缺乏與雜質(zhì)揮發(fā)性能直接相比較。為此引進精餾系數(shù)K`的概念，它可以更明顯地表明雜質(zhì)

21、的動態(tài)，與酒精的可分離程度。 將雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)Kn和酒精的揮發(fā)系數(shù)KA相比較，這就是精餾系數(shù)K`。K`＝Kn/KA。通過雜質(zhì)與酒精揮發(fā)性的比較來判斷，雜質(zhì)在氣相中究竟是增加還是在減小，以便確定它在塔內(nèi)集聚的區(qū)域。 K’＞1，表示雜質(zhì)較酒精更易揮發(fā)，在蒸汽中的雜質(zhì)含量較溶液中增加較多，它們將在氣相中集聚。 K`＝1，表示雜質(zhì)和乙醇的揮發(fā)性能在該條件下相等，分離它較為困難。 K’＜1，表示雜質(zhì)比乙醇難揮發(fā)，雜質(zhì)在液體中積聚，并隨回流液流至塔下部。 用精餾系數(shù)來說明甲醇的動態(tài)，較為清楚。 表l-52為酒精中各種雜質(zhì)的精餾系數(shù)K’。根據(jù)表1-52所列的雜質(zhì)精餾系數(shù)K’，可清楚地看出頭級

22、雜質(zhì)、尾級雜質(zhì)與中級雜質(zhì)在精餾中的運動規(guī)律與在塔內(nèi)聚集的區(qū)域，以便在精餾的過程中有效的分離它們。 頭級雜質(zhì)都聚集在塔頂，最后從冷凝器排出。雜醇油一般在與其Kn=1相應(yīng)的塔板取出，即在進料層附近塔板處。中級雜質(zhì)含量雖少，成品質(zhì)量要求高時應(yīng)采用輔助方法--化學(xué)處理來排除。 為了進一步理解揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)這兩個概念，茲舉例說明如下。 [例]酒精-水溶液中酒精濃度為75％(容量)，其中每100毫升的酒精含1克乙酸乙酯，1克戊醇，計算蒸汽中乙酸乙酯與戊醇的含量。已知K乙酸乙酯＝3.2，K酒精＝1.12，K戊醇＝O.44，因此： 精餾系數(shù) K`戊醇=0.44/1.12＝o.39 K’乙酸乙酯＝

23、3.2/1.12=2.86 由該溶液釋出的蒸汽，含酒精為75％1．12＝84％(容量)，在這蒸汽的冷凝液中，每l00毫升酒精含：戊醇o.39x1＝o.39克，乙酸乙酯2.86x1＝2.86克。由此可見，尾級雜質(zhì)的含量少，而頭級雜質(zhì)的含量增加。 表1-51、表1-52中所列的系數(shù)K及K’是在實驗基礎(chǔ)上獲得的，而沒有考慮到在混合液中有許多雜質(zhì)共同存在時的影響。因此在生產(chǎn)中測定K及K’數(shù)值時會有一些偏差。這兩個系數(shù)均反映出，在復(fù)雜系統(tǒng)中同種分子間及異種分子間的分子吸引力和排斥力的復(fù)雜關(guān)系。應(yīng)該指出，雜質(zhì)的沸點并不決定揮發(fā)性的強弱，沸點比酒精與水高的雜質(zhì)，其揮發(fā)性可能比酒精與水大。例如，當(dāng)酒精濃度

24、低時，異戊醇的揮發(fā)系數(shù)比酒精的揮發(fā)系數(shù)大，雖然在常壓下異戊醇的沸點為132℃，而酒精的沸點只是78℃可見，雖然酒精在游離狀態(tài)時的蒸汽壓力大，但是在稀溶液中異戊醇的揮發(fā)性卻比酒精大，這是因為在這情況下水和酒精間的結(jié)合力較大的緣故，當(dāng)混合液中水的數(shù)量減小時，分子之間結(jié)合力的關(guān)系又發(fā)生改變，酒精的揮發(fā)系數(shù)便大于異戊醇的揮發(fā)系了。 (二)從粗酒精中分離酯醛直雜質(zhì)的基本理論 表1-51指出，乙醛、乙酸乙酯、乙酸甲酯、甲酸乙酯在酒精水溶液中其揮發(fā)系數(shù)與精餾系數(shù)始終大于1，即此類雜質(zhì)在氣相中的含量始終比液相中含量多。就是說這類雜質(zhì)在酒精精餾時比酒精更易揮發(fā)。因此它們將聚集在精餾設(shè)備的最高層。生產(chǎn)中利用這

25、一特性來排除它。在生產(chǎn)醫(yī)藥酒精時用提高第二冷凝器溫度和在第三冷凝器取工業(yè)酒精和第三冷凝器尾端設(shè)置排醛管，這是最簡單的排醛方法，可使產(chǎn)品達到醫(yī)藥酒精質(zhì)量標(biāo)準。若對酒精質(zhì)量要求更高，可在精餾塔之前安裝一個排醛塔來分離脂醛雜質(zhì)。 排醛塔的任務(wù)是分離頭級雜質(zhì)，如酸類和低沸點酯類，由進料位置將塔分為兩段。上段為聚醛段，下段為提餾段。各種雜質(zhì)在排醛塔內(nèi)活動的情況可見表l-53。 在提餾段中酒精濃度較低，各種雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)都大于1，而且數(shù)值較大，因此各種雜質(zhì)都是揮發(fā)的，只是揮發(fā)程度不同。在提餾段中不僅乙酸甲酯這類低碳鏈脂能從酒精水溶液中分離出來，進入塔之上段，而且乙酸異戊酯及戊醇這類雜質(zhì)也進入提溜段的上

26、段。 在聚醛段中，乙酸甲酯等這類頭級雜質(zhì)仍有很強的揮發(fā)性，當(dāng)上層塔板酒精濃度增高時，乙酸甲酯的揮發(fā)系數(shù)雖然要下降，但它的數(shù)值總大于1，所以在塔的頂部乙酸甲等酯仍能濃縮起來。然后用冷凝器的排醛管與取醛酒的辦法排除低碳鏈酯、醛類等頭級雜質(zhì)。 為了使頭級雜質(zhì)更好的分離，有的工廠加水將粗酒精稀釋。即在排醛塔中部進料層處加水。這是考慮到酒精濃度較低時，頭級雜質(zhì)的揮發(fā)系數(shù)較大。但是無論從理論上還是在生產(chǎn)實際中都已證實，只要操作穩(wěn)定，在較高的酒精濃度下也能很好的排除頭級雜質(zhì)，如不加水稀釋，不但亦能排除掉頭級雜質(zhì)而且對雜醇油亦能更有效的阻攔住。因為酒精濃度增大時，雜醇油的精餾系數(shù)將小于1，這樣混入頭級雜質(zhì)

27、中的雜醇油就較少，便于積聚雜醇油進入精餾塔排除。 乙酸異戊酯與戊醇在進入聚醛段下面幾塊塔板之后，便開始被阻留，尤其是戊醇，因為在聚醛段各層塔板上有著酒精濃度很高的回流液，當(dāng)酒精濃度升高時它們的揮發(fā)系數(shù)都減小，精餾系數(shù)K’值小于1，這樣在蒸汽中這些雜質(zhì)的含量便減少而被阻留下來，隨著脫醛液進入精餾塔。下面用表1-53與圖1-41總結(jié)上面的論述。 表l-53詳細地列出了雜質(zhì)在聚醛段與提留段中揮發(fā)系數(shù)隨酒精濃度與塔板層數(shù)而變化的情況。乙酸甲酯為頭級雜質(zhì)的代表，乙酸異戊酯為中級雜質(zhì)的代表，戊醇為尾級雜質(zhì)的代表。從表1-53可看出，各類雜質(zhì)在排醛塔各層塔板上分布的情況。由于這些雜質(zhì)在進料層都有很大

28、的揮發(fā)系數(shù)，所以它們都揮發(fā)上升。頭級雜質(zhì)一直上升到聚醛段頂層仍然很易揮發(fā)，能繼續(xù)上升。中級雜質(zhì)和尾級雜質(zhì)則揮發(fā)上升不到2-3層塔板便被截留而回流至提餾段，而且尾級雜質(zhì)還比中級雜質(zhì)截留得更早。為了更形象地描述這些雜質(zhì)在排醛塔內(nèi)分布和活動情況，特繪制成曲線圖1--41。 圖中的縱座標(biāo)表示塔扳層數(shù)，上部為聚醛段的層數(shù)，下部為提餾段的層數(shù)，橫座標(biāo)表示雜質(zhì)的濃度，自左至右而增加。 與分離醛酯雜質(zhì)有關(guān)，從精餾塔中采取成品的位置應(yīng)如何確定？ 假若粗酒精中沒有頭級雜質(zhì)，那么就可在精餾塔的分凝器取冷凝液作為成品。然而粗酒精是含有頭級雜質(zhì)的，因此不能這樣取成品。從表1-51可看出，精餾塔頂層板上的酒精濃

29、度最高，這樣頭級雜質(zhì)的精餾系數(shù)便減小，即頭級雜質(zhì)的揮發(fā)性減弱，在液相中相對地濃度較大。頂層以下幾層雖然酒精濃度稍低，但頭級雜質(zhì)的精餾系數(shù)要大些，即頭級雜質(zhì)的揮發(fā)性較強。在液相中含量相對要低些，所以塔頂層液相中所積聚的頭級雜質(zhì)比頂層以下的4-6層所積聚的要多。正因為如此，生產(chǎn)中在第4-6層塔板上引出液體，經(jīng)過冷卻作為成品。用這種方法取的成品質(zhì)量較高，在兩塔式流程中可得到醫(yī)藥酒精，在三塔式流程中可得到精餾酒精。 (三)從粗酒精中分離雜酵油的理論基礎(chǔ) 在酒精發(fā)酵過程中，由于酵母對糖和氨基酸利用的結(jié)果，常常產(chǎn)生少量的雜醇油。 雜醇油并不是單一的化合物，而是由多種高級醇所組成的混合物，它的主要成分

30、為異戊醇，所以討論雜醇油分離時，可以用異戊醇作為代表。 異戊醇在水中的溶解度很低。在酒精精餾過程的溫度區(qū)域內(nèi)，異戊醇在水中的含量是不會大于3％的，否則，將會出現(xiàn)漂浮在液面的油層，因為異戊醇在水中的溶解度很小。在討論分離異戊醇時，宏觀上把異戊醇看成不溶于水，而它可以按任何比例溶于酒精。把異戊醇與水混合，并充分攪拌，可以使它乳化而不能互溶的兩種液體，它們加熱至沸點后的蒸汽壓與溶液中濃度是不發(fā)生關(guān)系的，它們具有各自獨立的蒸汽壓。當(dāng)這混合溶液的蒸汽壓力之和與大氣壓力相等時，混合液便沸騰。水和異戊醇乳濁液的沸點為93℃，在93℃時，水的蒸汽壓力為589毫米汞柱，異戊醇的蒸汽壓為171毫米汞柱，蒸汽壓力

31、之=589+171＝760毫米汞柱，相當(dāng)于外界壓力，所以乳濁液在此溫度時沸騰。按道爾頓分壓定律，在蒸汽中異戊醇的濃度應(yīng)為171100%/（171+389）＝22.5％(摩爾)。所以蒸餾時只要溶液中異戊醇濃度不大于22．5％(摩爾)，它在塔中總是隨蒸汽上升，直到其濃度達到22．5％(摩爾)為止。 異戊醇同酒精是互溶的，因此溶液組分與蒸汽壓關(guān)系符合拉烏爾定律，酒精同異戊醇蒸餾時，它們是同系物，由于異戊醇分子量大，揮發(fā)性小，亦即汽相中異戊醇的含量總是小于液相中異戊醇的含量，因此異戊醇流向塔之下部。酒精便越蒸越濃，即汽相中的酒精，總是大于液相中的酒精的摩爾%。 在整個精餾塔的各層塔板上，酒精的濃度

32、是不相同的，因此異戊醇的揮發(fā)性亦隨著酒精的濃度而變異(表l-54)。 在精餾塔的下部，水分較多，酒精濃度低，異戊醇不溶于水，基本上進行水蒸汽蒸餾，因而揮發(fā)系數(shù)大，異戊醇隨蒸汽上升，液體中的異戊醇含量小于氣相中的含量。反之，在塔上部，各塔板上有高濃度的酒精回流液，由于酒精濃度很高，基本上是符合拉鳥爾定律的，異戊醇的揮發(fā)系數(shù)小，并且小于1，因此液體中異戊醇含量大于氣體中的含量，異戊醇隨回流液下降，這樣便大量積集于塔的中部，酒精濃度為55%(容量) [約25.8(摩爾％)]之處。 在實際生產(chǎn)中，因為塔板上的蒸汽壓力不很均勻，雜醇油又是多種高碳鏈醇的混合物，所以雜醇油集中分布在幾塊塔板上，一般

33、液相提取雜醇油的位置是在塔進料層以上的第2、4、6層塔板上，溫度為86-93℃，灑精濃度55-60%(容量)之處。倘若從汽相中提取雜醇油則應(yīng)該在進料層以下幾層塔板上，一般在進料層以下的第2、4、6層塔板上，酒精濃度為42％(容量)附近。當(dāng)然具體塔板層數(shù)要根據(jù)所用精餾塔的板效率來決定，這里指的是泡罩塔。油的聚集區(qū)，還受回流比的影響。 不論從液相或氣相中提出的粗雜醇油，冷卻到室溫后，雖然可能分離成油層和水層，但由于其中酒精含量較多，使雜醇油的溶解度很大，油水很難分層，為了更好地分離出較高濃度的雜醇油，可以將粗雜醇油加水稀釋，一般稀釋到水層中水的含量為9o％左右，酒精在水中的含量為6-8％之間，而

34、雜醇油的含量只有2-3%，接近于純水中雜醇油的溶解度。 表1-55指出了室溫下(15℃)雜醇油、酒精、水三者互溶的有關(guān)數(shù)據(jù)。 表1-55分別指出了在油層或水層中，水、酒精、雜醇油三者互溶的可能性，分離出來的油層從表中可以看出其濃度一般不可能超過90%，倘若要使它濃度高于90%，可用間接加熱的雜酵油塔進行濃縮。分離出來的水層，可以回到醪塔蒸餾或回到精餾塔相應(yīng)濃度的塔板上。 (四)從粗酒精中分離甲醇的理論基礎(chǔ) 酒精發(fā)酵成熟醪中含有的甲醇不是發(fā)酵產(chǎn)物，而是原料在發(fā)酵前加工處理中，如淀粉質(zhì)原料的蒸煮，亞硫酸法制漿時的蒸解等，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(一OCH

35、3)，它還原的結(jié)果便形成了甲醇。 甲醇在水-乙醇溶液中的揮發(fā)性是很特殊的，為了研究甲醇的分離過程，首先要了解它在水-乙醇溶液中組分與蒸汽壓關(guān)系。 甲醇可以以任何比例與水互溶，它的蒸汽壓基本上符合拉烏爾定律，但具有正的偏差，汽液平衡時氣相組成中甲醇的含量總是大于液相中的。表l-56為甲醇-水二元系在常壓下的汽液兩相平衡數(shù)據(jù)。 酒精也可以以任何比例與水互溶，它的蒸汽壓比拉烏爾定律的計算值高得多，因此在酒精蒸餾時，當(dāng)乙醇濃度不高時，它的揮發(fā)系數(shù)較大。在常壓下汽液兩相平衡數(shù)據(jù)如表1-57所示。酒精與甲醇組成二元混合液體時，彼此可以按任何比例互溶，蒸汽壓基本符合拉烏爾定律，在常壓下汽液兩相平衡數(shù)據(jù)

36、見表1-58。 分析上列諸表數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)甲醇和乙醇分別在水中溶解而濃度不高時(10％摩爾以下)，乙醇在水中的揮發(fā)系數(shù)要大得表1-58 常壓下甲醇-乙醇二元系的汽液兩相平衡數(shù)據(jù)多。而當(dāng)濃度高時，則甲醇的揮發(fā)系數(shù)比乙醇高，同時還可看出，甲醇溶解于乙醇中時，不論其比例如何，蒸餾時氣相中的甲醇含量總是大于液相中，也就是說甲醇在乙醇溶液中的揮發(fā)系數(shù)總是大于1。因此可以設(shè)想在水-甲醇-乙醇的三元混合液體中，當(dāng)水的含量占絕大多數(shù)時，即乙醇與甲醇在溶液中含量都很少的時候，在蒸餾時乙醇與甲醇間相互的影響很小。它們的揮發(fā)系數(shù)Kn、KA與在甲醇-水，乙醇-水，二元系中的數(shù)據(jù)很接近，且KA＞Kn。因此可以得知

37、在酒精濃度低時，甲醇的精餾系數(shù)便小于1，多數(shù)甲醇隨回流液向下流。當(dāng)這三元混合物中水的含量很少時，基本上可視為乙醇與甲醇的溶液，水在這時對它們的影響很小，此時不論乙醇與甲醇的相對濃度如何，氣液兩相平衡時，在氣相中甲醇的含量總是比液相中多，亦即甲醇的精餾系數(shù)大于l。 有人曾總結(jié)指出甲醇、乙醇、水的三元系統(tǒng)中，甲醇的精餾系數(shù)最大值在酒精濃度相當(dāng)于94-96％(容量）的區(qū)域中，而在乙醇低于30％(容量)時，精餾系數(shù)均小于l。在采用兩塔蒸餾流程精餾酒精時，精餾塔的進料濃度一般在20一30％(摩爾）之間(40--50％重量)，此時甲醇的精餾系數(shù)徘徊于1周圍，所以部分隨回流液下降，部分則隨酒精蒸汽上升，一

38、同進入冷凝器中而混入酒精內(nèi)。 甲醇對酒精的質(zhì)量影響很大，要除去甲醇的簡單方法是利用它在高濃度酒精時精餾系數(shù)較大的特點，提高第二冷凝器溫度，在第三冷凝器多取工業(yè)酒精。這樣一部分甲醇隨排醛管排至大氣，還有部分進入工業(yè)酒精中。若對酒精質(zhì)量要求很高，可在精餾塔后加一后餾塔除去甲醇。 上述雜醇油、甲醇在蒸餾中的動態(tài)，從理論上如何解釋？甲醇的沸點為64.5℃，乙醇的沸點為78．3℃，雜醇油的代表異戊醇的沸點為132℃。多組分的混合溶液蒸餾時，各組分的揮發(fā)性和分離情況并不是由它們在純組分時的沸點來決定的。而是決定于組分間分子的引力。 異戊醇與乙醇比較，兩者都有-OH基，都是一元醇，是同系物，都存在氫鍵

39、作用力，異戊醇的分子量大于乙醇，它的分子間作用力也大于乙醇，因此異戊醇的沸點高于乙醇，也就是說在沒有水存在時，則異戊醇難揮發(fā)?？墒怯写罅克嬖跁r，例如發(fā)酵醪含乙醇8-10％(容量)，水含量在80％以上，情況就不同了，水分子有較強的氫鍵作用力，這時水分子同時對乙醇和異戊醇分子有氫鍵吸引力，但是異戊醇的空間結(jié)構(gòu)比乙醇大，妨礙了它與水分子的氫鍵締合強度，這樣水分子和乙醇的締合能力就比異戊醇強，于是異戊醇就比乙醇容易揮發(fā)。同理當(dāng)有大量水存在時，水分子對甲醇的氫鍵作用力則大于對乙醇的。這樣甲醇沸點雖低，卻比乙醇難揮發(fā)。當(dāng)水分減少，這種作用力也隨之減弱，甲醇與乙醇的揮發(fā)難易就又取決于它們的分子量大小，當(dāng)水

40、分很少時，甲醇就比乙醇易揮發(fā)。表現(xiàn)在生產(chǎn)中異戊醇向酒度適中區(qū)靠攏，甲醇則相反，向高酒度與低酒度兩端集積。 (五)粗餾酒精的化學(xué)處理 為了制備高純度酒精，當(dāng)蒸餾糖蜜發(fā)酵醪和亞硫酸鹽廢液發(fā)酵醪時，為了加強精餾，進一步排除雜質(zhì)，可利用化學(xué)精制法來輔助精餾操作，或在精餾過程前進行化學(xué)處理，以達到精制的目的。 粗酒精中含的雜質(zhì)種類很多，化學(xué)精制還只能處理一部分雜質(zhì)?；瘜W(xué)處理的任務(wù)就是排除酸、脂、醛和不飽和物質(zhì)，清除這些雜質(zhì)所用的化學(xué)藥品是根據(jù)這些雜質(zhì)的性質(zhì)，同時又對酒精的質(zhì)量不發(fā)生影響，一般采用氫氧化鈉溶液和高錳酸鉀溶液。 氫氧化鈉的作用在于： 1．皂化脂類例如： CH3COOC2H5十Na

41、OH─-→CH3COONa十C2H5OH 乙酸乙脂 氫氧化鈉 乙酸鈉 酒精 這樣就將揮發(fā)性的醋酸乙脂變成不揮發(fā)性的醋酸鈉，隨回流液而排除，并放出乙醇，使損失減少。 2．中和揮發(fā)酸變成不揮發(fā)性的鹽 CH3COOH十NaOH--→CH3COONa十H20 醋酸 氫氧化鈉 醋酸鈉 水 3．組合乙醛生成紅色沉淀 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，排除乙醛對成品的干擾。 NaOH aCH3CHO───→（CH3CHO）n 煮熟 高錳酸鉀的作用在于氧化醛類和不飽和物質(zhì)，但是為了防止氧化酒精，稀高錳酸鉀溶液必須在堿性環(huán)境中進行。例如： 4KMnO4十6CH3CHO十

42、2NaOH-→ 4CH3COOK十2CH3COONa十4MnO2十4H2O 使揮發(fā)性醛類變成不揮發(fā)性的鹽類。 但是多余的氫氧化鈉會使酒精變成醛，高錳酸鉀也會使酒精氧化。因此，氫氧化鈉和高錳酸鉀用量都應(yīng)事前進行測定。一般酒精廠生產(chǎn)精餾酒精是用氫氧化鈉的酒精水溶液，在精餾塔中由上向下數(shù)第七層塔板上適量注入，氫氧化鈉用量為酒精產(chǎn)量的0.03---0.05％。 目前高錳酸鉀多已不采用，只采用NaOH。 粗酒精的化學(xué)處理也可以在塔外進行，即將粗酒精化學(xué)處理后再送去精餾。 四、酒精蒸餾的工藝流程 蒸餾流程的確定應(yīng)根據(jù)成品質(zhì)量的要求與發(fā)酵成熟醪的組成。在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下要盡可能地節(jié)

43、省設(shè)備投資與生產(chǎn)費用，并要求管道布置簡單，工作操作方便。 (一)單塔式蒸餾 用一個塔從發(fā)酵成熟醪中分離獲得酒精成品，稱為單塔蒸餾。它適用于對成品質(zhì)量與濃度要求不高的工廠。 (二)兩塔蒸餾 若利用單塔蒸餾制造濃度很高的酒精，則塔需要很多層塔板，于是塔身很高，相應(yīng)的廠房建筑也要很高。另外這樣的單塔蒸餾酒糟很稀，用作飼料諸多不便。為了降低塔身高度和提高成品濃度，把單塔分做兩個塔，分別安裝，這就是兩塔流程。 粗餾塔的作用是將乙醇從成熟醪中分離出來，并排除酒糟。精餾塔的作用是濃縮乙醇和排除大部分雜質(zhì)。 兩塔流程又有氣相進塔和液相進塔兩種型式，氣相進塔系粗餾塔發(fā)生的酒汽直接進入精餾塔，這種方式

44、生產(chǎn)費用較低，為淀粉質(zhì)原料廠所采用。液相進塔則系粗餾塔發(fā)生的酒汽先冷凝戍液體，然后進入精餾塔，這種方式由于多一次排醛機會，成品質(zhì)量較好，適用于糖蜜酒精廠。 1．氣相進塔的兩塔流程 如圖1—42所示。成熟醪用泵自醪池進入預(yù)熱器3，與精餾塔來的酒精蒸汽進行熱交換，成熟醪被加熱至40℃左右，由醪塔頂部進入醪塔1，而醪塔底部用直接蒸汽加熱，使塔底溫度為l05—108℃，塔頂溫度為92—95℃，塔頂約50％(容量)的酒精蒸汽直接進入精餾塔2，被蒸盡酒精的成熟醪稱酒糟，由塔底部排糟器自動排出。 當(dāng) 精餾塔底同樣亦用直接蒸汽加熱，使塔底溫度為105—107℃，塔中部溫度為92℃左右，醪塔來的粗酒精

45、經(jīng)提濃精餾后，酒精蒸汽由塔頂進入醪液預(yù)熱器3，未冷凝下的酒汽再進入第一、第二冷凝器4、5，冷凝液全部回流入塔，部分還未冷凝的氣體則進入第三冷凝器6，該冷凝液里含的雜質(zhì)較多，不再回流入塔，作為工業(yè)酒精出售。沒有冷凝的為CO2氣體和低沸點雜質(zhì)，由排醛管排至大氣中。 成品酒精在塔頂回流管以下，即第4—6塊塔板上液相取出，經(jīng)成品冷卻器12，檢酒器13，其質(zhì)量達到藥用要求后送入酒庫。蒸盡乙醇的廢水稱余餾水，經(jīng)排出管排至塔外。 這種兩塔流程，醪塔一般用2l—24塊塔板，精餾塔用56—70塊塔板，當(dāng)然塔板數(shù)目還與塔板結(jié)構(gòu)、安裝質(zhì)量有關(guān)。如醪塔用雙沸式塔塔板，則2l層就可以，若用數(shù)個泡帽的，塔板數(shù)還可減少

46、些。精餾塔板采用浮閥式則40—42層就夠了。 精餾塔的進料層為第14—18層塔板(自下向上數(shù))，精餾塔除有提取成品、排除脂醛雜質(zhì)任務(wù)外，還排除雜醇油。從精餾塔提取雜醇油的方法有兩種，一種是液相提取，即在進料層之上2—4層塔板，溫度為85—92℃的區(qū)域中提取。另一種是氣相取油。它在進料層以下2—4層塔板上提取，氣相取油，酒精質(zhì)量較高，為我國南方工廠所采用，在北方則習(xí)慣液相取油。 雜醇油的分離，自塔內(nèi)取出的粗雜醇油經(jīng)冷卻器7再加水稀釋(經(jīng)乳化器8)，含酒精10%(容量)以下時，粗雜醇油便分層，油浮在上面，送至儲存罐10中，下層的淡酒流至醪池中。雜醇油由儲存罐10利用位差經(jīng)過鹽析罐11，以提高濃

47、度。 2．液相進塔的兩塔流程 氣相進塔的優(yōu)點是節(jié)省加熱蒸汽、冷卻水。但成熟醪含雜質(zhì)較多時成品質(zhì)量難保證。由于兩塔直接相通，相互影響較大，要求操作技術(shù)也較高。由于糖蜜發(fā)酵醪含雜質(zhì)較多，所以一般都不采用氣相進塔方式。 液相進塔的工藝過程是：成熟醪經(jīng)預(yù)熱器之后進入組餾塔，在塔內(nèi)被加熱，酒精蒸發(fā)，在冷凝器冷凝成液體后，或直接流入精溜塔或回流到粗餾塔再由粗餾塔頂層塔板液相取料至精餾塔。 液相進塔時，進料塔板上汽液兩相平衡，濃度較氣相進料時高，因此液相進塔時的進料位置要比氣相進料時高2—3層，否則塔底容易跑酒。 今以南方某糖蜜酒精廠為例，介紹液相進塔，氣相取雜醉油的兩塔流程，如圖1-43所示。

48、 成熟醪經(jīng)預(yù)熱器后從粗餾塔頂進入，塔底通入直接蒸汽進行蒸餾，成熟醪從上而下逐步降低酒精含量，最后由塔底排出。塔底排出的廢液含酒不應(yīng)超過0.04%(容量)，塔頂蒸出的酒汽經(jīng)預(yù)熱器，冷凝器變成液相，由酒精塔第18層入塔進行蒸餾。從進料層以下即第16、14、12層氣相提取雜醇油。塔頂蒸出的酒氣經(jīng)第1、2、3冷凝器冷凝后回流入精餾塔頂，即72層處。在第4冷凝器排除醛酒，與粗餾塔第4冷凝器排除的醛酒匯集一起，送入主發(fā)酵罐中，在第7l、70、69層板上液相提取酒精產(chǎn)品，粗餾塔和精餾塔底溫控制在104℃左右，塔頂分別控制在95℃和79℃。 (三)三塔蒸餾 兩塔流程無論是汽相過塔還是液相過塔，只能得到醫(yī)

49、藥酒精。要獲得精餾酒精采用上述僅有濃縮設(shè)備的工藝流程是很難達到目的。三塔流程就是針對這缺點而改進的。三塔流程包括三個塔，一是粗韶塔，二是排醛塔又稱分餾塔，它安裝在粗餾塔與精餾塔之間，它的作用是排除醛脂類頭級雜質(zhì)。三是精餾塔，它除有濃縮酒精提高濃度作用外，還繼續(xù)排除雜質(zhì)，使能獲得精餾酒精。 三塔流程由于粗餾塔蒸餾出的粗酒精進入排醛塔，以及排醛塔的脫醛酒進入精餾塔的形式不同又可分為三類： 直接式 粗酒精由粗餾塔進入排醛塔以及脫醛酒進入精餾塔都是氣體狀態(tài)。 半直接式 粗酒精由粗餾塔進入排醛塔是氣體，而脫醛酒進入精餾塔是液體狀態(tài)。 間接式 粗酒精進入排醛塔以及脫醛酒進入精餾塔都是液體。 1．

50、三塔直接式流程 由于粗酒精是蒸汽狀態(tài)進入排醛塔，再以氣體狀態(tài)進入精餾塔，所以它的排除雜質(zhì)效率是不高的。另外還有可能將粗餾塔蒸汽中微量的成熟醪帶至精餾塔，致使所得的成品有不好的氣味。雖然這種流程熱能最經(jīng)濟，由于上述缺點沒有推廣。 2．半直接式 熱能消耗雖然比直接式大些，但可以得到質(zhì)量比較優(yōu)良的成品，因此在我國酒精工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。其流程如圖1—44所示。 　 成熟醪用泵自醪池經(jīng)過預(yù)熱器1預(yù)熱后，進入粗餾塔2，這時蒸出的酒氣并不直接進入精餾塔而是先進入排醛塔3，脂醛類頭級雜質(zhì)在乙醇濃度較低時精餾系數(shù)更大些，因此進入塔3的粗酒精濃度最好在35—40％(容量)之間，若酒度過高，有的廠還需加水

51、稀釋。 排醛塔通常用較多的塔板層數(shù)（28—34)和冷凝面積很大的冷凝器，并采用很大的回流比來提高塔頂酒精濃度。在13層(自下向上數(shù))左右進料，塔頂控制在79℃，脂醛酒含酒精為95.8—96％(容量)，脂醛酒的提取量為成品的1.2—3％。 排醛塔底進入精餾塔的脫醛酒，由于采用直接蒸汽加熱和脂醛酒中酒精含量較高的緣故，其濃度較粗餾塔導(dǎo)出的粗酒精濃度略低，一般在30—35％(容量)之間。 脫醛液進入精餾塔4后，殘留的脂醛類頭級雜質(zhì)隨乙醇蒸汽而上升，經(jīng)冷凝器7、8、9，一部分由排醛管排至大氣，另一部分經(jīng)冷卻器及檢酒器后進入工業(yè)酒精中。糖蜜酒精廠由于酯醛餾出物數(shù)量較大(主要含乙醛多)，則將其返回發(fā)

52、酵罐中再次發(fā)酵，以增加酒精得率。 精餾塔頂蒸出的酒汽在冷凝器7、8冷凝后全部回流人塔，成品酒精從塔頂回流管以下2、4、6層塔板上液相取出。 雜醇油的提取方法與兩塔流程時一樣。 3．間接式三塔流程 它的成品質(zhì)量比半直接式的高，還可以生產(chǎn)高純度酒精。這是由于粗餾塔蒸出的酒汽經(jīng)冷凝成為液體，在這過程中可多一次驅(qū)除頭級雜質(zhì)的機會。顯然生產(chǎn)費用要大些。無論淀粉原料還是糖蜜原料用半直接法的三塔流程都可獲得精餾酒精，因此間接式的三塔流程目前應(yīng)用不很廣。 (四)白酒廠酒精蒸餾流程的商榷 目前我國酒精品種單一，故多采用雙塔流程就能滿足要求?，F(xiàn)在酒廠的酒精車間都有一部分酒精用來生產(chǎn)白酒。有的廠在用代用原

53、料時為了提高酒基質(zhì)量，把已獲得的酒精經(jīng)化學(xué)處理后再重蒸一次，質(zhì)量有所提高，但費用也增加了。為了降低成本和減少操作過程，根據(jù)甲醇的特性，酒精濃度愈高時，其精餾系數(shù)愈大，即乙醇愈容易分離，建議酒廠的酒精蒸餾采用這樣的三塔式流程：粗餾塔、精餾塔、甲醇塔。當(dāng)生產(chǎn)醫(yī)藥酒精時就用前面兩個塔，當(dāng)生產(chǎn)白酒酒基時則用三個塔。把從精餾塔上部酒精濃度為85％左右含脂多的酒精液引入甲醇塔，甲醇塔可用填料塔，用間接蒸汽加熱，甲醇的精餾系數(shù)大于1，從塔頂排除，成品則從塔底流出，取濃度為85％(容量)左右，它含甲醇少，含脂多。至于雜醇油仍在精餾塔中取出，這樣精餾塔的操作重點放在取油上。這樣的三塔式可以一次蒸餾得到比醫(yī)藥酒精

54、質(zhì)量高的酒基，流程如圖1-45所示。 (五)蒸餾操作的控制 酒精蒸餾的流程不多，同一流程時控制點、控制參數(shù)都近似。操作上都必須嚴格控制進料、供汽、冷卻水的供應(yīng)，以及取成品和雜酵油的量，使它們相互成為一定的平衡關(guān)系。如果在操 作上任意調(diào)整一個方面或操作條件中有一個變化，就會破壞這種平衡，造成生產(chǎn)過程混亂，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)事故。因此操作上要求達到“三穩(wěn)”：塔底壓力穩(wěn)，控制點溫度穩(wěn)，出酒量穩(wěn)，才能達到產(chǎn)、質(zhì)量的穩(wěn)定。為了解蒸餾操作的控制，茲將各種連續(xù)蒸餾操作的一般標(biāo)準摘錄如下，供參考。 1.兩塔流程，生產(chǎn)醫(yī)藥酒精。 (1)醪塔 蒸餾釜溫度為105—103℃，保證酒糟內(nèi)不含酒精；蒸餾釜壓力為

55、0.196—0.245萬帕斯卡（表壓）；進入精溜塔的酒精蒸汽溫度為93—95℃(醪塔頂溫度)。 (2)精餾塔 塔釜溫度為102—104℃；塔釜壓力為0.137—0.157萬帕期卡(表壓)；塔中部(取雜醇油區(qū))溫度為86—93℃，比控制塔頂溫度靈敏。進入分凝器前塔頂酒精蒸汽之溫度78—79℃。第二冷凝器流至第三冷凝器的酒溫為35—40℃，這是保證成品質(zhì)量的重要措施之一。 2．三塔流程，生產(chǎn)精餾酒精。 (1)醪塔 同兩塔流程。 (2)排醛塔 塔底溫度為84—86℃，由脫醛酒的濃度決定；塔底壓力為0.098萬帕斯卡(表壓)；塔頂溫度為78.5—79℃；第二冷凝器酒溫為40℃；脫醛酒濃度為36

56、—38％(容量)；酯醛酒濃度為95.5—96%(容量)；酯醛酒的提取量為1.2-3%(對成品)。 (3)精餾塔 同兩塔流程。 3.蒸餾工藝條件決定的依據(jù) 上述各控制點的參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)，操作情況，產(chǎn)量，發(fā)酵成熟醪性質(zhì)等有密切關(guān)系。 進醪速度和蒸汽耗量是由生產(chǎn)能力決定的，但也受到發(fā)酵成熟醪濃度的影響。醪塔和精餾塔底部的溫度和壓力是由塔板結(jié)構(gòu)，塔內(nèi)液面高度及保證不跑酒等因素決定。醪塔頂部溫度是由塔頂?shù)木凭珴舛?，進醪的溫度及進醪量決定的。 各冷凝器的溫度由熱負荷分攤，并保證排醛管不跑酒等因素決定。 4．蒸餾操作 為了保證蒸餾設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)與順利操作，最主要的是保證進醪、供汽、冷卻水三者間的平

57、衡和穩(wěn)定。其次是：成品提取、酯醛酒、雜醇油的提取部位，這對成品酒精質(zhì)量以及減少蒸餾過程中的損失有很大的關(guān)系?，F(xiàn)將其中幾個操作關(guān)鍵加以敘述。 (1)發(fā)酵成熟醪添加方式 醪液連續(xù)均勻地添加是保證醪塔穩(wěn)定操作的主要條件之一，國內(nèi)酒精廠采用以下兩種方式供醪： ①在蒸餾工段最高層安裝高位槽，成熟醪用泵送入其中，醪液從高位槽經(jīng)預(yù)熱器自動均勻地流入塔內(nèi)。要注意的是應(yīng)保持高位槽一定液位，一般用液面自動調(diào)節(jié)器控制。這種供醪方式比較簡單，其缺點在于發(fā)酵成熟醪中不能含有過多的固形物，否則可能發(fā)生管道堵塞現(xiàn)象。另外由于成熟醪時濃時稀現(xiàn)象，亦難避免，故淀粉質(zhì)原料廠多不采用。 ②第二種方法是用泵直接將醪液經(jīng)預(yù)熱器后

58、壓入塔內(nèi)。常用的有蒸汽往復(fù)泵，醪液流量大小可通過蒸汽量的改變來達到。也有用離心泵送醪，但應(yīng)裝回流管來控制流量。要注意醪液的吸入高度不能大于1米，否則可能發(fā)生不良現(xiàn)象。 (2)加熱方式 酒精工廠常用的加熱方式有兩種： ①直接蒸汽加熱，采用鼓泡器或開孔蛇管。 ②間接蒸汽加熱，一般用蛇管。 直接蒸汽加熱的優(yōu)點在于熱能利用完全，操作比較靈敏。但是如果成品在塔底取出，例如甲醇塔就只能用間接加熱。這樣熱能利用要差些，但是可以保證酒精濃度，蒸汽冷凝水可用于鍋爐，對酒精質(zhì)量也有好處。因為用直接蒸汽加熱時，如果水源有不良氣味，則會影響酒精質(zhì)量。 酒糟余熱的回收利用： 分析醪塔的熱量平衡可以看出，加熱

59、蒸汽消耗在成熟醪加熱，使它的溫度與從塔里排出的酒糟溫度相同，另外還消耗在各層塔板上，從醪液中驅(qū)出酒精。因此熱量從醪塔分作兩個流向排出，即隨著加熱到103—105℃的酒糟排出與隨著進入精餾塔的酒精蒸汽排出。 為了節(jié)約蒸餾成熟醪所用的蒸汽，有的廠利用真空裝置來蒸發(fā)冷卻酒糟，并利用回收的二次蒸汽去醪塔作加熱用。為了造成蒸發(fā)罐內(nèi)的真空，并壓縮二次蒸汽，通常用蒸汽噴射器。 如圖l—46所示，蒸發(fā)罐里的酒糟由于噴射器所形成的負壓而沸騰，蒸發(fā)罐的壓力維持在5.88—7.84千帕斯卡絕對大氣壓，相當(dāng)于150-300毫米汞柱。被冷卻至87—90℃的酒糟用泵抽出，或提高蒸發(fā)罐的位置，利用位壓排出。 酒糟

60、在沸騰時形成的二次蒸汽由噴射器吸入，與操作蒸汽混 合，降低到13.72—15.68千帕斯卡絕對大氣壓而進入醪塔中加熱，若操作蒸汽壓力不低于29.4千帕斯卡(絕)，上述裝置是有效的，一般可節(jié)約加熱蒸汽量的18％。 (3)成品提取 純度要求不高的酒精，可以從精餾塔最后的冷凝器中取出，這樣熱能消耗最小，設(shè)備投資也可以減少，然而雜質(zhì)分離效果不好，酒精質(zhì)量不高，只能利用此法生產(chǎn)工業(yè)酒精。純度要求較高的都采用在精餾塔板上取成品的方法。根據(jù)頭級雜質(zhì)的特性，它是集中在塔頂幾塊塔板上，為此成品都從塔頂以下第4—6塊塔板上液相提取，也有從第10塊或更低的塔板提取 成品。當(dāng)然取成品的位置降低，對排除頭級雜質(zhì)是有

61、利的，但是不能過低，否則不但濃度不易達到標(biāo)準，而且中級雜質(zhì)和尾級雜質(zhì)有可能滲入成品酒精質(zhì)量反而下降。 從塔板取成品可以是汽相也可是液相，液相提取節(jié)省冷卻用水，而且質(zhì)量亦高因此一般工廠多采用液相取成品，并且必須保證取液管口埋入液面內(nèi)。 為了減少酒精揮發(fā)損失，成品酒精必須經(jīng)過成品冷卻器冷卻到20℃以下，才能送去倉庫。 (4)雜醇油的提取 從精餾塔提取雜醇油是由兩組操作組成的，即從塔中將雜醇油的水-酒精混合溶液取出，再從水-酒精溶液中將雜醇油分離出來。前者簡稱為雜醇油混合液的抽取，后者簡稱為雜醇油的分離。 ①雜醇油的提取 從理論上說，雜醇油應(yīng)該在積聚最多，即在其K=1處取出最為合理。但是由于

62、精餾塔進料的變化與精餾塔塔板上酒精濃度的變化，都會影響K＝l的具體部位。例如精餾塔塔板上酒精濃度增加，則K=1的部位就往下移。另外雜醇油是高級醇的混合物，它們的揮發(fā)系數(shù)又不一致，因此氣相抽取在精餾塔加料板以下2-6塊，液相抽取在加料板以上2-6塊，取出雜醇油液體的酒度，一般為42-60％(容量)。 雜醇油可以連續(xù)取出，亦可間歇取出。但從精餾塔的操作穩(wěn)定性及保證酒精成品質(zhì)量的角度看來，以連續(xù)穩(wěn)定取出為佳。 ②雜醇油液體的分離 雜醇油混合液體是一種多組分混合物，主要組成分是水與酒精和一些高級醇。 根據(jù)乙醇、水、雜醇油三者相互溶解的關(guān)系，可以知道，為了使酒精和雜醇油分開，必須將酒精濃度稀釋到1

63、0％(容量)左右，從而就可以算出加水量。雜醇油分離溫度以25—30℃為最適宜。分離溫度過低，分層速度太慢，在雜醇油分離器中分層不好。如果分離溫度高，雜醇油在酒精溶液中的溶解度增加，分離效果也降低。要注意稀釋水的硬度，否則也影響分層。 有的廠不注意提取雜醇油，這不僅影響酒精質(zhì)量，時間長了會造成精餾塔底周期性的逃酒，也會造成設(shè)備運行的混亂。 雜醇油是一種由淡黃色到紅褐色的透明液體。其主要成分為異戊醇、異丁醇、丙醇等。在雜醇油中異戊醇的含量應(yīng)不低于45％。當(dāng)蒸餾時，雜醇油開始沸騰的溫度不應(yīng)低于87℃，在120℃范圍之內(nèi)，餾出量不應(yīng)超過總?cè)萘康?0％。在15℃時，比重為0.83—0.835。 雜

64、醇油是用作測定牛乳中脂肪的一種試劑，也可用作選礦時的浮選劑。雜醇油中所含的高級醇的酯類有更大的用途，可以制造油漆與香精，又可以作為一種溶劑使用。 雜醇油是酒精發(fā)酵副產(chǎn)物之一，其產(chǎn)量為酒精產(chǎn)量的0.5—0.7％，雜醇油達不到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準時，可用水來作補充洗滌，或用食鹽(NaCl)處理。食鹽幾乎不溶于雜醇油中，利用這一特性使鹽奪取雜醇油中的水，而提高雜醇油的濃度。食鹽加入后需進行攪拌，以后靜置數(shù)小時即可，用過的食鹽應(yīng)回收使用。 (5)控制第二冷凝器酒溫，保證產(chǎn)品質(zhì)量的措施，在上述兩塔式汽相過塔，塔頂液相取醫(yī)藥酒精的流程中，常遇到的成品質(zhì)量問題有： 酸度過高：正常為50毫升酒精用N/50 N

65、aoH溶液滴定，消耗不超過0.9毫升。若不正常，主要是來自發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)酸。 氧化時間不合格：要求50毫升酒精中加入1N KMnO4 1毫升，15℃,觀察褪色時間5分鐘以上。有時不合格，因為含還原性物質(zhì)多，主要是醛類。 甲醇過高：正常為以亞硫酸品紅試驗，100毫升不得超過0.25克。 解決措施：上述現(xiàn)象應(yīng)加強工藝管理，從根本上解決。若問題已經(jīng)產(chǎn)生，也可調(diào)整蒸餾操作彌補。 可提高精餾塔第二分凝器溫度，即減小進入分凝器的冷卻水量，一般流出第二分凝器酒溫為35-40℃左右。當(dāng)酸度過高或氧化時間不合格時，提高第二分凝器溫度為45---50℃，這時有較多酒精蒸汽進入第三分凝器，部分酸、醛類排至大

66、氣，部分進入工業(yè)酒精中(見圖1-47)。 解決甲醇的辦法，除用上述多出工業(yè)酒精辦法外，還可將蒸煮分離的蒸汽排至大氣。 附一、酒精蒸餾中常見的故障與原因分析 1.醪塔頂部溫度猛增，來醪又不暢 (1)醪池中醪少或流醪管路堵塞或有氣阻，使來醪不順利，應(yīng)檢查原因，趕快增加進醪量； (2)預(yù)熱器堵塞，開備用閥，使醪液直接進入醪塔。 2．醪塔進不了料，頂部溫度低，底部壓力大，溫度高 說明有雜物堵塔，應(yīng)停塔，沖水檢查，掏取雜物。 3．醪塔溢塔 (1)成熟醪泡沫性強，可能蒸煮醪太嫩，或發(fā)酵時間過短； (2)汽流速過大，表現(xiàn)在塔底壓力過大，應(yīng)減少供汽； (3)排糟器失靈，出故障或堵塞，應(yīng)檢查； (4)堵塔，停塔沖水，開手孔掏渣。 4．醪塔頂溫度超過正常 (1)醪塔底汽量大，壓力高，應(yīng)減少供汽量； (2)下醪太少，可增加下醪量； (3)醪中含酒少。 5．醪塔頂溫度低于正常 (1)醪塔底進汽量小，塔底溫度、壓力都低； (2)下醪多而快； (3)醪中含酒多。 6．醪塔底部逃酒 (1)塔頂溫度低，下醪速度過快， (2)塔底溫度低，汽量不