酒精蒸馏正丙醇分离特性的研究
第29卷 第6期2002年11月
酿 酒
LIQUORMAKING
Vol129,No16Nov1, 2002
文章编号:1002-8110(2002)06-0039-02
酒精蒸馏正丙醇分离特性的研究
王君高
(山东轻工业学院,山东济南250100)
摘 要:对酒精蒸馏过程正丙醇分离的特性作了进一步的阐述,分离正丙醇主要通过精馏塔来分离,通过增加塔板数或者增大回流比,利用常规取油,对正丙醇可达到科学的分离,高纯度酒精蒸馏流程设置的稀释塔(萃取塔)不是用来分离杂醇油包括正丙醇的,而是为分离其它杂质所设置的。关键词:酒精;蒸馏;分离;正丙醇
中图分类号:TS26212 文献标识码:A
0 前言
针对新拟修订的食用酒精标准对正丙醇含量提出的要求:特级[2mg/L、优级[35mg/L、普级[100mg/L。又从有关厂家生产的食用酒精了解到所含的正丙醇很高,有的大于370mg/L。又有人认为正丙醇在精馏塔酒精浓度92%(v)处聚集,还有的文献认为,高纯度酒精蒸馏流程中的稀释塔主要作用是分离杂醇油(异戊醇、异丁醇、正丙醇等),基于这种现状,笔者在去年5酿酒6第四期发表了/酒精蒸馏正丙醇分离特性的讨论0一文。文中通过正丙醇的精馏系数指出:分离正丙醇要靠精馏塔(乙醇与水的分离),通过增加塔板数和回流比可有效的分离。本文是在此基础上,又做了较深入的研究,以对前文的补充和完善,使读者对酒精蒸馏正丙醇的分离有更清楚的认识,对生产做出更好的指导。1 正丙醇的物理性质及高级醇、杂醇油的概念111 正丙醇的物理性质
沸点8712e,与水互溶。112 高级醇的概念
酿酒行业和酒精生产行业凡是碳原子大于2的醇统称高级醇。酒精发酵过程中,高级醇生成的量与发酵温度、供氧情况、酵母菌种、酵母接种量、营养成分等有关。啤酒发酵高级醇生成的总量是酒精量的115j左右,小曲酒发酵高级醇生成的总量是酒精量的415j左右,酒精发酵高级醇生成的总量是酒精量的512j左右。酒精发酵温度最高,产生的高级醇也最多,啤酒发酵温度最低,产生的高级醇也最少。
酒精发酵生成的高级醇占比例最大的是异戊醇(3-甲基丁醇),其次是活性戊醇(2-甲基丁醇)、异丁醇、正丙醇,其中异戊醇和活性戊醇占高级醇总量的55%~70%,正丙醇占高级醇总量的10%~20%。113 杂醇油的概念
杂醇油是酒精蒸馏分离出的一个馏分(或说是一个产物),提取量是酒精量的5j~7j。高级醇占75%~80%,水与乙醇占20%左右,有的资料报道杂醇油含异戊醇(也包括收稿日期:2002-06-11
作者简介:王君高(1955-),男,山东人,副教授,主要从事白酒及酒精蒸馏方面的工作。
活性戊醇)7011%,异丁醇19118%,正丙醇9126%。笔者在某酒厂利用毛细管柱分析杂醇油,打出106个峰,乙醇与水除外,其余峰总面积100%,结果异戊醇(包括活性戊醇)占7012%,异丁醇占1916%,正丙醇占512%,正丁醇占0177%,仲丁醇占0135%,正戊醇占0116%。
有些化工厂对杂醇油进行分离,能从杂醇油中分离出53%~60%的异戊醇(包括活性戊醇),10%的异丁醇,20%的混合醇(主要是正丙醇和乙醇)
从酒精精馏塔高级醇聚集的部位引出馏分,加入一定量的水出现分层,上层便是杂醇油,下层是淡酒精,淡酒精回塔重蒸,塔外分离是利用了高级醇难溶入水的/油性0,异丁醇、异戊醇具有/油性0,不溶于水,而正丙醇与水互溶,不具有/油性0。但正丙醇油又与异戊醇、异丁醇互溶。2 酒精蒸馏正丙醇的分离特性211 在精馏塔精馏过程中的分离特性
酒精蒸馏关于甲醇和异戊醇在精馏过程中的分离特性已讨论的很详细,可参阅其它资料,从甲醇和异戊醇的分离特性很容易推出正丙醇是中级杂质,在塔中聚集,相比异戊醇、异丁醇,在塔中聚集程度低,难分离。这在前文已作详述,在实际生产中也是如此,人们在白兰地酒蒸馏中测得正丙醇、异丁醇、戊醇在不同塔板上的浓度如表1所示。
从表1中很直观地说明,正丙醇与异丁醇和戊醇都在塔中聚集,从不同塔板高级醇浓度的变化,清楚的看到异戊醇(戊醇)聚集性最高,最易分离,正丙醇聚集性最差,最难分离。在塔内的难分离程度是由挥发性所决定的。挥发性的大小又是与乙醇及水结合力的大小所决定的,酒精浓度不同,其挥发性不同。
212 正丙醇在精馏塔中的聚集部位
任何杂质在不同的酒精浓度下,其挥发系数和精馏系数是不同的,对于中级杂质,在某一酒精度,当挥发系数K=1,表明在这一酒精浓度该杂质含量最高,当精馏系数Kc=1,表明在这一酒精浓度该杂质相对酒精含量最高。从精馏塔将该杂质相对酒精含量最高处引出含杂质的馏分,使酒精与该杂质有效的分离,这里的有效分离是针对提取部位而言的。
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酿 酒
第29卷
表1
高级醇在精馏塔板上的分布
高级醇
塔板层
酒精浓度(%)
正丙醇异丁醇戊醇酒头9419)213)149416)[***********][***********]41410产品[***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********][***********]2101
4712
53
71
1178
知道正丙醇在怎样的酒精浓度下,其精馏系数Kc=1,这对正丙醇的分离非常重要。查阅不同的资料得到的结果不同,酒精浓度的范围在20%~50%(v),在文献中对正丙醇、异丁醇、异戊醇、乙醇在不同酒精度下不同的挥发度分别绘制的曲线由图1表示,图中纵坐标表示的挥发度(挥发系数),横坐标表示的酒精度,乙醇与正丙醇两挥发度曲线的交界点垂直对应横坐标的酒精度约50%(v),表明在该酒精度下正丙醇的精馏系数Kc=1,是正丙醇的聚集之处(相对酒精)。同样在这个图上看到,异戊醇在酒精浓度40%处。其精馏系数Kc=1,异丁醇在酒精浓度55%处,其精馏系数Kc=1,有这些蒸馏系数可知正丙醇、异丁醇、异戊醇在精馏塔聚集的比较集中,在表1中也可看出,异戊醇(戊醇)、异丁醇在进料口以上第2层板浓度最高,正丙醇在第4层板上浓度最高,常规取油在精馏塔进料口以上第2~6层板引出杂醇油馏分,从正丙醇的分离提取角度也是合理的。值得一提的是,在塔外杂醇油分离器,杂醇油与淡酒精的分离,对异戊醇和异丁醇的分离是主动的(不溶入水),对正丙醇分离是被动的(溶入水),是靠不溶入水的高级醇的携带作用,达到分离的。3 目前食用酒精正丙醇含量情况
2001年4月份我们从山东5个酒厂生产的6个食用酒精样品的结果如表2所示。
这6个酒精样品,都是两塔蒸馏的(有的是两塔三段),在5酿酒62001(4)酒精蒸馏正丙醇分离特性的讨论一文,对C厂生产的酒精正丙醇含量高(300@10-6以上),还认为与使用原料也有关,通过表2的结果分析,说明与使用
原料关系
图1 在不同水-乙醇浓度时各种醇的挥发度
表2
厂家生产甲醇正丙醇异丁醇异戊醇原料@10-6
@10-6
@10-6
@10-6
A玉米[1**********]未检出B薯干[1**********]6未检出B玉米[1**********]117C木薯[1**********]8未检出D薯干390131913未检出未检出E
木薯
7411
218
未检出
未检出
不大,重要的在于精馏。前面提到的C厂通过降低产量,正丙醇由高于300@10-6降到了10@10-6左右,降低产量实际是增大了回流比,因为现在酒精生产精馏塔板几乎都采用的是导向筛板塔或斜孔塔,这些塔在生产中,操作弹性很小,在实际生产中,产量增大回流比减小,产量减小回流比增大。各厂正丙醇含量差异,其实是因实际蒸馏过程中回流比不同、塔板数不同、操作状况不同所至。
通过酒精蒸馏正丙醇的讨论和研究以及酒精生产现状,就新修订的食用酒精正丙醇指标,目前的两塔酒精蒸馏,若再加强操作,完全可达到优级标准。
[参考文献]
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[4]陈世忠,提取正丙醇是提高酒精质量的关键[J]1酒精工业,16(3)1