食品机械

1 摘要：在我国酒精工业，饮料主要包括啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒和果露酒等五大类。饮料酒工业是

食品工业的重要组成部分，它对丰富城乡居民生活、活跃城乡消费品市场、为国家和地方提供资金积累。酒精行业发展要与农业特粮的发展相结合，坚持以“市场需求为主”的方针，围绕着提高质量和经济效益做文章，产品坚持优质、多品种、低消耗，走综合发展的道路，以高速产品结构、企业结构和扩大出口并发展重点，以高新技术的开发利用等发展方向，人才发展规模经济，促进酒精工业再上新台阶。

板式塔是一种用于气液或液液系统的分级接触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸收,有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液系统为例），液体在重力作用下,自上而下依次流过各层塔板,至塔底排出；气体在压力差推动下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔板分散到液层中去，进行相际接触传质。板式塔为逐级接触型气液传质设备，在板式塔中塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式 穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质，两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。板式塔种类繁多，根据塔板上气液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔（1813年）、筛板塔（1832年），其后，特别是在20世纪50年代以后，随着石油、化学工业生产的发展，相继出现了大批新型塔板，如S形板、浮阀塔 、多降液管筛板、蛇形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板以及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情况看，主要的塔板类型为浮阀塔、筛板塔及泡罩塔，前两者使用尤为广泛。 1．乙醇－水连续精馏塔设计条件 （１） 生产能力：50000吨/年，年开工300天，每天24小时连续生产 （２） 料液组成：乙醇含量30%（质量分数，下同） （３） 采用间接蒸汽加热, 操作压力 2kPa（塔顶表压） （４） 采用泡点进料q=1； （５） 塔顶馏出液乙醇含量98% （６） 塔底釜液乙醇含量1%回流比R=1.5Rmin；单板压降 ≤0.7kPa；全塔效率ET=70% 2．设计方案的确定

本设计任务为乙醇的精馏。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用泡点进料，将原料液通过预热器加热至泡点后送入精馏塔内。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔内，其余部分经产品冷凝器冷却后送至储罐。该物系属易挥发物系，最小回流比较小，塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。 3．工艺流程如下，设计流程图与设备结构图(另附) 2

精溜塔工艺流程图 操作要点说明

(1)拌料:为了使原料蒸煮环节顺利进行，可先把原料添加到约4倍质量的50℃的温水中，边添加边搅拌，以使均匀分散，之后再加入少量淀粉酶，从而最大限度地利用。搅拌约30min后，将该混合液注入加热器中。

(2)蒸煮:采用蒸汽给原料混合液加热，温度控制在121℃左右，气压1．4个大气压，蒸煮时间为30～60min。原料在高温高压作用下，细胞膜和植物组织破裂，使其变成可溶性淀粉，同时蒸煮过程有杀菌作用，从而保证在发酵过程中原料不受杂菌的污染。

(3) 糖化:蒸煮结束后，停止加热，打开冷却系统使醪液迅速冷却，当温度降至60℃左右时加入糖化酶，之后继续降温，直到30℃左右，保持该温度30min，以使醪液完全糖化。急速降温的目的在于：使淀粉颗粒的细胞完全破裂，再通过糖化酶作用变成可发酵性糖，进而为酵母所利用。

(4) 高浓度酒精发酵技术:该项技术是指提高单位体积内发酵醪液中淀粉的含量，在适量的酿酒酵母菌作用下，在一定时间内获得尽可能多的酒精。较之传统的发酵工艺，高浓度酒精发酵的单位设备的生产率提高了，而能耗却降低了。在人们进行新菌种、新设备、新工艺等方面的开创性研究的基础上，

原料 拌料 蒸煮 糖化 酒精成品 蒸馏 发酵 3 高浓度酒精发酵技术着眼于现有设备及工艺的高效利用，采用完全间歇发酵方式，通过在发酵醪液中添加酵母菌厌氧生长增值所必需的物质，提供增强酵母菌对细胞抵抗不良环境因素的物质，从而优化发酵醪液的组成，最终实现高浓度酒精发酵。

(5)蒸馏：从粗产物中分离出精制乙醇是在间歇式蒸馏塔中进行的。将发酵醪液装日蒸馏釜内，用间接蒸汽和直接蒸汽加热，热沸后保持料液沸腾状态，使包括乙醇在内的挥发性成分汽化。蒸汽从塔顶逸出，进入分凝器冷凝成液体。蒸馏初期，冷凝液全部从塔顶流回塔中(生产上叫闷塔)，它的主要目的是提浓乙醇。分凝器流出的回流液温度不应低于50-56摄氏度，以免破坏蒸馏塔的操作。冷凝器在塔中闷1.5-3小时后即开始蒸出乙醇。开始蒸出的是比乙醇沸点低的头级杂质，接着是成品乙醇，最后是沸点高于乙醇的尾级杂质，这些均应分别接收在不同的容器中。待乙醇馏分蒸完时，即可停止加热。料液冷却后，打开釜底的残液出料阀，放出残液，用清水清洗塔、釜、分凝器及冷觏器等设备，然后重新装料，进行下一步蒸馏。

4.精馏塔物料衡算 5. 附属设备设计 5.1冷凝器的选择 塔顶回流冷凝器通常采用管壳式换热器，有卧式、立式、管内或管外冷凝等形式。按冷凝器与塔德相对位置区分，有以下几类： （1）整体式和自流式 将冷凝器直接安于塔顶，冷凝液借重力回流入塔，此即整体式冷凝器，又称内回流式。其优点是蒸汽压降较小，节省安装面积，可借改变升气管或塔板位置调节位差以保证回流与采出所需的压头。缺点是塔顶结构复杂，维修不便，且回流难于精确控制。该方式常用于以下几种情况：①传热面较小;②冷凝液难以用泵输送或泵送有危险的场合；③减压蒸馏过程。 自流式冷凝器，即将冷凝器置于塔顶附近的台架上，靠改变台架高度 获得回流和采出所需的差位。 （2）强制循环式 当塔德处理量很大或塔板数很多时，若回流冷凝器置于塔顶将造成安装、检修等诸多不便，且造价高，可将冷凝器置于塔下部适当的位置，用泵向塔顶输送回流，在冷凝器和泵之间需设回流罐，即为强制循环式。冷凝器置于回流罐之上，回流罐的位置应保证其中液面与泵入口间之位差大于泵的气蚀余量，若罐内液温接近沸点时，应使罐内液面比泵高出3米以上。将回流罐置于冷凝器的上部，冷凝器置于地面，冷凝液借压差流入回流罐中，这样可减少台架，且便于维修，主要用于常压或加压蒸馏。

5.2再沸器的选择 再沸器的作用是加热釜底料液使之部分气化，以提供精馏塔内的上升的气流。工业常用的再沸器（蒸馏釜）有以下几种： （1）内置式再沸器（蒸馏釜） 将加热装置直接置于塔的底部，称之为内置式再沸器。加热装置可采用夹套、蛇管或列管式加热器等不同形式，其装料系数依物系起泡倾向取为60%~80%.内置式再沸器的优点是安装方便，可减少占地 4

面积，通常用于直径小于600mm的蒸馏塔中。 （2）釜式再沸器 卧式再沸器，壳方为釜液沸腾，管内可以加热蒸汽。塔底液体进入底液池中，再进入再沸器的管际空间被加热而部分气化。蒸汽引到塔底最后一块塔板的下面，部分液体则通过再沸器内的 垂直挡板，作为塔板产物被引出。液体的采出口与垂直塔板之间的空间至少停留8~10分钟，以分离液体中的气泡。为减少雾沫夹带，再沸器上方应有一份离空间，对于小设备，管束上方至少有300mm高的分离空间，对于大设备，取再沸器壳径为管束直径的1.3~1.6倍。 夹套式再沸器，页面上方必须留有蒸发空间，一般液面维持在容积的70%左右。夹套式再沸器，常用于传热面较小或间歇精馏中。 （3）热虹吸式再沸器 依靠釜内部分汽化所产生的汽、液混合物其密度小于塔底液体密度，由密度差产生静压差使液体自动从塔底流入再沸器，因此该种再沸器又称自然循环再沸器。这种型式再沸器汽化率不大于40%，否则传热不良。 （4）强制循环再沸器 对于高粘度液体和热敏性气体。宜用泵强制循环式再沸器，因流速大、停留时间短，便于控制和调节液体循环量。 5.3离心泵的选择 离心泵的选择，一般可按下列的方法与步骤进行： （1）确定输送系统的流量与压头 液体的输送量一般为生产任务所规定，如果流量在一定范围内波动，选泵时应该按最大流量考虑。根据输送系统管路的安排，用柏努利方程式计算在最大流量下管路所需的压头。 （2）选择泵的类型与型号 首先应根据输送液体的性质和操作条件确定泵的类型，然后按以确定的流量 和压头 从泵的样本或产品目录中选出合适的型号。显然，选出的泵所提供的流量和压头不见得与管路要求的流量 和压头 完全相符，且考虑到操作条件的变化和备有一定的裕量，所选泵的流量和压头可稍大一点，但在该条件下对应泵的效率应比较高，即点（）坐标位置应靠在泵咋高效率范围所对应的H-Q曲线下方。另外，泵的型号选出后，应列出该泵的各种性能参数。

6.设计先进性评价 筛板塔也是最早出现板式塔。与泡罩塔相比，其生产能力要大20%~40%，塔内效率高10%~15%，而且结构简单，塔盘造价减少40%左右，安装维修都比较容易。近年发展了大孔筛板（孔径达20~25mm）、导向筛板等多种筛板塔。 与泡罩塔操作相似，液体从上一层塔盘的降液管流下，横向流过塔盘，经溢流管流入下一层塔盘。依靠溢流堰保持塔盘上的液层高度。蒸汽自下而上穿过筛孔时，分散成气泡，在穿过板上液层时，进行气液间的传热和传质。 筛板塔作为传质过程的常用塔设备，它的主要优点如下： 1. 结构简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60%，为浮阀塔的80%左右。