山东科技职业学院毕业设计（论文）题目乙醇精馏节能展望专业应用化工技术年级###姓名###指导教师###定稿日期： 2014 年 4 月 20日目录一．引言 (1)二．乙醇精馏提纯的基本原理 (2)三.乙醇精馏提纯的研究 (2)1.进料状态和进料位置的选择 (2)2.塔顶回流比的选择 (3)3.精馏过程进料温度的选择 (4)4.集热共沸精馏 (4)5.多效精馏节能技术 (5)6.高效导向筛板 (6)7.乙醇精馏的新进展及发展方向 (6)8.分割式热泵精馏节能技术 (7)9.乙醇精馏的新进展及发展方向 (8)四．结论 (8)参考文献 (8)致谢 (8)乙醇精馏节能展望###摘要：精馏塔广泛应用于工业乙醇的生产中，精馏过程的能耗占总能耗的比例相当大，精馏系统的节能在化学工业的节能中占有越来越重要的地位，也是企业的节能重点。

因此，在精馏系统的设计时需进行节能优化。

实际上，在精馏塔设计时如果能够合理选择进料状态和最佳回流比，以及进料位置和进料温度的合理确定，采用节能工艺回收利用余热，均能得到较好的节能效果。

不同的乙醇混合物精馏所采用的工艺参数是不同的，本文结合学习内容及实习期间学到的知识以乙醇-水的混合物精馏展开研究。

Future ethanol distillationZhang JianliangAbstract:distillation is widely used in the industrial production of ethanol, the energy consumption of distillation process accounted for the proportion of total energy consumption is quite large, energy-saving distillation system plays more and more important role in energy saving of the chemical industry, energy saving is the key of enterprise. Therefore, in the design of distillation system is required when the energy optimization. In fact, in the distillation tower design if reasonable selection of tower and filler, select the optimum reflux ratio, and reasonably determine the feed temperature and position, can get good effect of energy saving.一．引言乙醇是重要的有机溶剂,广泛用于医药、涂料、卫生用品、化妆品、油脂等各个方面。

乙醇做为一种有机溶剂，用于消毒剂、洗涤剂、工业溶剂、稀释剂、涂料溶剂等几大方面，其中用量最大的是消毒剂，浓度为70%～75%的乙醇溶液的杀菌能力最强；做为基本有机化工原料，乙醇可用来制取乙醛、乙醚、乙酸乙酯、乙胺等化工原料，也是制取医药、染料、涂料、洗涤剂等产品的原料；乙醇还可以调入汽油，作为车用燃料，美国销售乙醇汽油已有20年历史。

中国乙醇在汽油的比重占10%。

无水乙醇又称无水酒精，指浓度大于99％(质量)的乙醇。

主要作为溶剂，用于化妆品、制药等工业。

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。

有板式塔与填料塔两种主要类型。

根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。

蒸气由塔底进入，与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向蒸气中转移，蒸气中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，蒸气愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，达到组分分离的目的。

由塔顶上升的蒸气进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。

塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，热蒸发后，蒸气返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。

精馏塔的工作原理是根据各混合气体的汽化点（或沸点）的不同，控制塔各节的不同温度，达到分离提纯的目的。

化工生产常需进行液体混合物的分离以达到提纯或回收有用组分的目的，精馏操作在化工、石油化工、轻工等工业生产中中占有重要的地位。

为此，掌握气液相平衡关系，熟悉各种塔型的操作特性，对选择、设计和分析分离过程中的各种参数是非常重要的。

要想把低纯度的乙醇水溶液提升到高纯度，要用连续精馏的方法，因为乙醇和水的挥发度相差不大。

精馏是多数分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，因此可使混合液得到几乎完全的分离。

化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。

为实现精馏分离操作，除精馏塔外，还必须从塔底引入上升蒸汽流和从塔顶引入下降液。

可知，单有精馏塔还不能完成精馏操作，还必须有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。

乙醇是用途广泛和用量极大的工业原料之一，在国民经济各部门中占有重要地位，与人民生活有着密切的关系。

乙醇广泛应用于食品、化工、医药、染料、国防等行业，同时也是十分重要的清洁能源。

精馏技术还是目前分离乙醇水体系的主要方法，但精馏技术能耗很高，特别是处于能源紧缺的现代，而且乙醇一水体系又是具有最低共沸物的体系，体系沸点组成及物理性质如下表所示：名称分子式分子相对质量密度20℃kg/m³沸点101.33kPa℃比热容20℃kg/(kg•℃)粘度20℃mPa.S导热系数20℃ω/（m•℃）表面张力σ×10³20℃N/m水H2O 18 998 100 4.183 1.005 0.599 72.8乙醇C2H5OH46 789 78.3 2.39 2.15 0.172 22.8二．乙醇精馏提纯的基本原理精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点和饱和蒸汽压的不同，使轻组分（即沸点低和饱和蒸汽压高的组分）汽化，经过多次液相汽化和气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。

精馏过程中的主要设备有精馏塔、再沸器、冷凝器、预热器、储罐和输送设备。

精馏塔以进料板为界限，上部为精馏段，下部为提馏段。

一定温度和压力的物料进入精馏塔后，轻组分（CH3CH2OH ）在精馏段逐渐浓缩，离开塔顶后经冷凝器冷却全部进入回流罐，馏出的轻组分（CH3CH2OH ）一部分做为做为成品，一部分做为回流液重新进入精馏塔，进入精馏塔的目的主要有两个原因，一是补充塔板上的轻组分，使塔板上的液体组成保持稳定，二是将精馏塔顶温控制在一个稳定的范围内，保证精馏操作连续稳定的进行。

而重组分（即残液）做为塔釜产品排除。

精馏过程中绝大部分能量都消失在塔顶冷凝器中的泠凝水水和塔釜残液中。

三.乙醇精馏提纯的研究1.进料状态和进料位置的选择进料分为5种状态，分为过冷进料（q>1）；泡点进料（q=1）;气液混合进料（0<q<1）；饱和蒸汽进进料（q=0）；过热蒸汽进料（q<0）；泡点进料时精馏段和提馏段的塔径相等，设计和制造比较方便，是精馏塔较为理想的进料状况，当进料状况发生变化时，应适当改变进料位置，并及时调节回流比R。

一般精馏塔常设几个进料位置，以适应生产中进料状况，保证在精馏塔的适宜位置进料。

如进料状况改变而进料位置不变，必然引起馏出液和釜残液组成的变化。

进料位置对精馏操作有着重要意义。

不同的进料状况，都显著地直接影响提馏段的回流量和塔内的汽液平衡。

当进料口位置高于最佳进料口时，会使在此状态下的进料板的液相组成中的轻组分（CH3CH2OH ）高于最佳位置下该板的液相组成的轻组分（CH3CH2OH ），重组分（H₂O）低于最佳位置下的液相组成，相对于最佳位置而言，精馏段的塔板数减少，提留段的塔板数增加，所以此时塔顶产品质量会下降，同理，当进料口位置低于最佳进料口时，会使在此状态下的进料板的液相组成中的轻组分（CH3CH2OH ）低于最佳位置下该板的液相组成的轻组分（CH3CH2OH ），重组分（H₂O）高于最佳位置下的液相组成，相对于最佳位置而言，精馏段的塔板数增加，提留段的塔板数减少，所以此时塔顶产品质量会提高重组分（CH3CH2OH）的含量。

在相同的分离条件下,非最佳进料位置将增大回流比,导致塔釜热负荷增大。

从理论上分析,当塔有几股进料时,不同组成的物料进入不同的位置,其分离效果最佳,节能也较显著,这是因为不同组成的物料混合就是有效能损失的过程。

2.塔顶回流比的选择（1）回流比R对设计的影响回流比R是精馏过程的设计和操作的重要参数。

R直接影响精馏塔的分离能力和系统的能耗，同时也影响设备的结构尺寸。

当回流比增大时精馏段操作线斜率R/(R+1)增大，则精馏段操作线远离平衡线，如图中绿线所示。

使得精馏塔内各板传质推动力及增大，使各板分离能力提高。

为此，完成相同分离要求，所需理论板数将会减少，由13块减为10块理论板。

然而由于R的增加导致塔内气、液两相流量增加，从而引起再沸器热流提高。

从而使精馏过程能耗增加，气相流量V及V'将影响塔径的设计。

需要的理论板数N的减少，可降低塔的高度。

（2）随着回流比R的减小，则精馏过程的能耗下降，塔径D也回随之减小。

但因R减小，使操作线交点向平衡移动，导致过程传质推动力减小，使得完成相同的分离要求所需理论板数N随之增加，使塔增高。

如图所示：当回流比继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线上，如图中E点所示。

此时完成规定分离要求所需理论板数为∞。

此工况下的回流比为该设计条件下的最小回流比R min。

由图可得式中x e－平衡曲线上E点液相摩尔分数；y e－平衡曲线上E点气相摩尔分数。

3.精馏过程进料温度的选择精馏塔的分离动力来自塔釜再沸器的热量,而且全塔上下的负荷并不均匀,它与侧线采出和进料工况有关。

一般说来,塔底的气液量比塔顶的大,塔的液泛都从塔底开始。

当进料是冷态时,则要求塔釜再沸器提供较多的热量,也增加了塔底气液量。

对于给定的分离要求,精馏系统所需的热量基本不变,当提高进料温度时,就会减少再沸器的热负荷。

进料温度的降低，将增加塔底再沸器的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷；进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少塔底再沸器的热负荷；当进料温度的变化幅度过大时，常会影响整个塔身的温度，从而改变气液平衡组成。