高纯度酒精五塔蒸馏过程模拟--中国期刊网

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高纯度酒精五塔蒸馏过程模拟

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：田浩陈红霞

[导读] 摘要：随着社会不断进步，工农业发展的前景也十分可观，酒精归属于工业部门范畴，在国民经济中有着举足轻重的地位。

        山东金塔机械集团有限公司山东泰安 271600
        摘要：随着社会不断进步，工农业发展的前景也十分可观，酒精归属于工业部门范畴，在国民经济中有着举足轻重的地位。高纯度酒精的质量把控是非常严格的，在生产过程中需要避免酒精中存在杂质，高纯度酒精主要应用在绿色健康食品及制药行业中。基于此，本文将对高纯度酒精五塔蒸馏过程模拟进行分析和探究。
        关键词：高纯度酒精；五塔蒸馏；过程模拟
        引言
        高纯度酒精是严格按照国家相关规定和指标进行生产的酒精产品，对酒精杂质含量的控制相当严格，不会对人们的身体健康造成威胁，所以高纯度酒精广泛应用于食品以及药品行业。酒精物质在发酵过程中会产生大量的干性及挥发性杂质，因此想要生产高纯度、高质量的酒精产品，就需要运用到极为复杂的蒸馏工艺。在开始蒸馏操作前，相关工作人员需要掌握和了解酒精醪液蒸馏过程中杂质的运动过程及运动规律。基于此，本文将结合当下酒精工业的生产情况，通过融合科学技术对高纯度酒精蒸馏工艺过程进行模拟实验，并对酒精杂质的运动状况进行探索。
        1.高纯度酒精及我国酒精质量标准制定概况
        其实高纯度酒精的酒精含量并没有多高，之所以被称为高纯度酒精是因为酒精中杂质含量较低，通常情况下此类酒精被称为特级酒精，也就是人们常说的中性酒精。高纯度酒精最早出现在20世纪50年代，70年前相关专家就根据酒精质量与酒精含量将酒精划分为四类，分别是高纯度酒精、工业酒精、医药酒精及精馏酒精。高纯度酒精主要应用于国防工业、电子产品和医疗药品中，而且高纯度酒精质量需要控制在96.2%左右，保证没有杂质和异味。
        20世纪80年代初我国颁布了全新的酒精标准规定，将酒精质量划分为五个模块：优级也就是高纯度酒精、三级为医药酒精、四级为工业酒精、二级及以上为食用酒精、一级为普通使用酒精。
        在20世纪80年代末期国家标准局再一次的颁布了新的食用酒精标准文件，报告中将食用酒精分为普级与优级两个级别。食用酒精需要严格控制甲醇的含量，新标准下发后，普及标准上升为优级标准，优级标准与改革前酒精标准相比较，大概下降15%左右。为何优级食用酒精中甲醇含量大幅减少，但还是达不到高纯度酒精标准的原因主要有两点因素，一是国外高纯度酒精中的甲醇含量更低；二是国外高纯度酒精对酯含量也有所控制，食用酒精中没有相应标准，所以达不到高纯度酒精的标准。
        在全新的食用酒精标准文件下发后，我国开始学习和引进国外的酒精生产技术和方法，并将侧重点放在酒精蒸馏技术的研究中[1]。先进技术的融合从根本上优化和改变了酒精质量，受到了广大客户的喜欢与爱戴，在配置白酒的工艺中加入酒精蒸馏技术，不仅提升了白酒品牌的质量等级与知名度，也提高了为企业的经济收入。近年来，我国大部分酒精工业企业也开始学习和引进国外的酒精生产技术。
        20世纪末期，我国天津市冠达实业总公司开始借助和引用国外的先进技术，只用了短短一年时间就酿造出三万吨酒精[2]。由此可见，在生产过程中使用高纯度酒精工艺，能够改变和提高酒精质量，使其达到标准。同年天津大学科技研发小组设计出高纯度酒精蒸馏技术软件，并进行了实际的工业化操作，平均每年可以建造出14万吨的高纯度酒精生产设备设施，不论是产品质量及成本规模都已达到了国际标准。
        随着社会的发展与时代的进步，科学技术的不断创新与优化，对高纯度酒精的质量要求也有所增加。为增强我国酒精的生产质量及水平、加强市场竞争力，相关部门依据国际范围下的酒精质量相应标准，适时修改我国食用酒精标准。
        2.高纯度酒精五塔蒸馏过程
        在使用正常蒸馏方法生产酒精，当酒精度超过97.32%vol左右时，酒精和水能够形成一种混合物质，其标志性特点是恒沸点最低，为78.15℃。不能继续实现提纯分离。如果想要改变恒定状态可以在恒沸液体中加入苯，这时水、苯、乙醇相互融合形成了新的恒沸液体，其中占比分配为水7.4%、乙醇18.5%、苯74.1%，此时恒沸点为64.85℃。运用沸点差额使用恒沸蒸馏法，将适量的苯加入其中，使得原本就存在的水分转移到三元恒沸液当中，在塔顶进行蒸馏操作，提取相对较纯的乙醇，再从塔底取出，所得到的物质就是无水乙醇。
        在对酒精进行恒沸蒸馏操作时，其中苯在脱水塔中占有至关重要的作用。在蒸馏过程中如果加入的苯含量比例不足，就会导致脱水不彻底，致使酒精含量不纯；反之，如果苯加入过量，所提炼生产出的酒精会带有杂质与苯的味道，影响酒精纯度与重量。所以在配料是需要注意并二次核对苯添加的比例。
        酒精生产对原材料质量也有较高要求，关于无水乙醇的生产，所使用的原材料应该是95%vol以上的食用酒精，酒精浓度切不可太低，一旦酒精浓度不达标，就会消耗大量的液体苯[4]。此外酒精原料中所包含的甲醇、杂醇油等杂质在恒沸蒸馏过程中很难去掉。再者，如果存在酒精原材料不合格问题，就会造成无水乙醇质量不过关。如果是工业酒精，事先一定要进行预处理，在回收塔中完成蒸馏作业，确保酒精质量。
        3.酒精五塔蒸馏工艺流程模拟
        3.1热力学方法的选择及物流组分二元交互作用参数的确定
        在对酒精进行蒸馏操作时，其中包含了大量的物流组分，例如水、甲醇、乙醇、乙酸等，且都属于极性组分所以蒸馏过程中的物流也都属极性溶液。在对酒精进行模拟实验操作时，选择准确的热力学方程能够有效保障模拟准确度。酒精蒸馏操作中乙醇是不可缺少的组分，如果出现负压情况，就需要与甲醇、甲醛、乙酸等组分相融合，结果将与实际数据相差甚远。
        由于在酒精蒸馏实验过程中存在不稳定因素，在实验开始前需要结合各塔具体操作压力以及承受温度等进行分析，根据不同类型的工艺条件设定二次交互作用参数，在图表1与图表2中均有数据显示。
        3.2酒精蒸馏五塔工艺过程模拟与结果分析
        高纯度酒精五塔蒸馏工艺主要借助于热力学方法与二元交互作用参数，对操作流程进行模拟。图表3详细列举了模拟实验所需原料，图表4为最终呈现的数据结果。
        通过图表4所显示的模拟数据可以得出，塔顶出料模拟数值与预想设计数值间存有误差，精塔塔顶的出料情况也有偏差，但数值均为超过4.5%。所以通过观察图表4的数据显示表明酒精模拟值与设计值数值差在标准范围内，模拟精度也符合标准。

        结束语
        近年来酒精工业蓬勃发展，同时也提高了国民经济的收入，本文针对高纯度酒精五塔蒸馏过程模拟进行探讨，对蒸馏过程中挥发性杂质的流动与分离情况作出了分析，将实验结论与酒精蒸馏实际结果进行对比。对实验操作过程中每环节与步骤作出解释说明，当模拟实验与实际结论形成一致时，为酒精生产的流程与问题检测提供有效的数据支持。
        通过对酒精生产的整体性进行分析，其中甲醇，乙酸，乙醛，乙酸及乙酯都属于我国食用酒精标准规定的挥发性杂质。醇经过五塔工艺进行分离试验，凭借蒸馏技术最终生产出质量达标的高纯度酒精产品。虽然高纯度酒精在国内受众较广，但想要达到国际标准与要求还有一段距离，所以五塔蒸馏工艺还需要进一步的优化与创新。
        参考文献：
        [1]梁剑斌.高纯度酒精五塔蒸馏过程模拟[D].华南理工大学，2011.
        [2]梁剑斌，王红林，严忠诚，陈砺.高纯度酒精蒸馏中常见挥发性杂质的分离过程模拟[J].计算机与应用化学，2010，27（11）：1545-1549.
        [3]梁利和.三塔流程苯共沸法生产高纯度无水乙醇技术的研究[J].中国酿造，2010（04）：144-145.
        [4]王君高.高纯度酒精精馏原理[J].酿酒，2002（04）：40-43.