基于HYSYS的酒精精馏系统建模与控制研究 - 图文

图2-1连续精馏过程图

2-2所示为塔板示意图

如图2-2所示为塔板示意图。它有如下的功能：使上升气体与下降液体混合；为液体沿塔向下流动提供路径，同时给气体沿塔向上流动提供通路；塔板上混合满足了两种功能，即气体和液体相互之间进行质量传递和热量传递，传递的结果使得气体中重组分在上升的途中不断液化而进入液相组，而液体在下降过程中其中轻组分不断气化析出进入气相组。这些不同组分的挥发度差异造成了混在其中的气液不断进入相应的部分的这种现象，从而达到分离的目的。

2.3.2酒精精馏系统的设备和工艺流程

2.3.2.1酒精精馏设备

精馏塔主要分为两种类型，即板式塔和填料塔，如图2-3所示。最早出现的是板

式塔，酒精精馏中板式塔板通常有筛孔塔板、泡罩塔板等，如图2-4所示；填料塔引起人们重视是在大规模启用规整填料后才发生的，目前常用的填料塔是金属波纹板规整填料。

当然，酒精精馏除了塔设备外，还需要一些辅助设备。

(1) 醪液预热器

醪液预热器是充分利用精馏塔或醪塔塔顶酒精蒸汽的余热来预热发酵成熟的醪液，使起达到较高温度，以减少蒸馏时所需的能量，这其实是增加能量利用效率。二是在预热的同时，高温的酒精蒸汽碰到醪液，温度通过热交换传给醪液，使自身得到冷凝，起着部分冷凝器的作用。

通常醪液是在换热管中流动，醪液预热器的工作原理是使管外的酒精蒸气换热管内的醪液产生能量交换，而将能量传递给醪液。料和气在塔内是呈现逆向独立运动。预热器外表通常采用立式圆柱形结构，醪液从预热器的底部流入并顺着列管不断上升，最终由顶部出口排出进入下一环节的工艺设备；而酒精蒸气则顺着预热器从顶部流入，在管外通过预热管与管内的醪液发生热交换，最终从塔底部排出，通常会将排出的气体进一步冷却并回流再利用。

(2) C02分离器

发酵成熟醪中通常含有一定量的不凝气体，所谓不凝气体即是这些CO2、空气等，它们冷凝器中不仅不会凝结，而且当它们在醪液中受热析出时，还会增加其中析出上升气体的体积，这些混在其中的不凝气体不仅会严重影响冷凝器的热交换效果，而且还会增加塔内压力形成气阻，影响进料管的进料，和精馏系统的正常运行，最终严重影响酒精产品的质量。为保障酒精质量，保证系统的正常运行，必须在在预热过的醪液与醪塔之间设置CO2分离器，这样在在醪液预热后进入醪塔前，先用C02分离器对醪液进行处理，尽最大可能把混在其中的不凝气体先行分离出来并排出，减少不凝气体进入醪塔。在分离出来并排出的气体中通常混有少量的液体，为充分利用资源，要尽可能回收这部分液体，因此可设一小型冷凝器对其进行冷凝，最后将所得冷凝液送入醪液暂储容器中储存起来。

2-3所示为塔板类型和结构

(3) 杂醇油分离器

从精馏塔、醛塔杂醇油聚集段出来的混合液和混合气体当中含有杂醇油和酒精，杂醇油分离器即是将杂醇油分离出来。首先将混合液体和气体经冷凝冷却器冷却，使温度降到一定范围，然后再在其中添加水来稀释，这些就可以使杂醇油析出并产生分层现象，上层是杂醇油，下层是淡酒精液层，然后将杂醇油从上部导出，淡酒精从下部放出，再送入醪液暂贮池或者进行预热后返入精馏塔中的脱水段进行脱水处理。

(4) 再沸器

再沸器是一种换热器，这种换热器能够耐高压蒸汽。再沸器通过换热的方式利用来自锅炉的一次蒸汽与精馏物料产生热交换，从而间接加热精馏物料。目前看来，整个精馏系统全部采用再沸器间接加热已成为设计趋势。

差压精馏技术的随着时代的发展而不断更新升级，再沸器与冷凝器也由最初的相互矛盾对立而转变成现在的统一互补的设备。最初的精馏塔塔釜利用再沸器的热交换来加热，塔顶通过冷凝器的降温水冷却。当前大部分的差压精馏系统中是通过精馏塔(采取正压操作)给醪塔(采取负压操作)加热，称为醪塔塔

釜的再沸器的热源是精馏塔的塔顶酒精蒸气，也就是说，醪塔的再沸器成了精馏塔塔顶酒精蒸气的冷凝器。这种设计既节约蒸汽，又节约冷却水。

(5) 冷凝器

冷凝器是一种用来给塔顶物料降温的换热器，一般是用低温水作为冷却介质。