化工热力学大作业
学院：化学化工学院
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指导老师：
1. 计算101.3kPa 下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据
1）泡点温度和组成的计算
已知：平衡压力P ，液相组成x1，x2 ···xN
V
i s
i S i i i i P P x y ϕ
ϕγˆ= ∑=i i i y y y / 泡点温度T ，汽相组成y 1，y 2 ···y n 采用以下流程计算：
可得到泡点温度和组成
2）露点温度和组成的计算
已知P, 气相组成y1,y2…….yN ，
s i S i i V
i
i i P Py x ϕγϕˆ=
∑=i
i i i x x x / 露点温度T ，液相组成x 1，x 2 ···x n 采用以下流程计算：
可得到露点温度和组成
3)计算过程
运用化工软件Aspen计算
①选择模板为General with Metric Units；Run Type为物性分析（Property Analysis）
②组分为乙醇（C2H5OH,ETHANOL）和水（H2O）物性方法为NRTL
③乙醇及水的流率均设为50kmol/h初输入温度为25℃，压力为101.325KPa。

④设定可调变量为乙醇的摩尔分数，变化范围0—1，增量为0.05，则可取20个点。

⑤选择物性参数露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB），温度均为℃。

最后以乙醇摩尔分数为X坐标，露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB）为Y坐标，得到下表及下图。

NRTL活度系数模型
乙醇取不同摩尔分率时对应的不同泡点温度及露点温度表（NRTL）
露点温度及泡点温度图(NRTL)
⑥组分为乙醇（C2H5OH, ETHANOL）和水（H2O）物性方法改为WILSON。

WILSON活度系数模型
乙醇取不同摩尔分率时对应的不同泡点温度及露点温度表(WILSON)
露点温度及泡点温度图(WILSON)
由图可得，在X=0.9时泡点线与露点线相交，表明有共沸点。

共沸点的组成为乙醇摩尔分率0.9，水的摩尔分率0.1，共沸温度为78.15℃。

由图可得，在X=0.85时泡点线与露点线相交，表明有共沸点。

共沸点的组成为乙醇摩尔分率0.85，水的摩尔分率0.15，共沸温度为77.99℃。

③总结查表：
101.325KPa下，乙醇摩尔分率为0.8943有共沸点，共沸温度为78.15℃。

两者数据接近。

总结：
NRTL：相对误差%
.0
9.0(=
-
8943
.0/)
63
.0
8943
15
78
.
(=
.
78
-
%
15
15
78
/)
.
WILSON: %
.0(-
=
-
85
8943
.0
0.5
8943
.0/)
.
99
77
-
78
=
(-
%
15
2.0
.
.
78
15
/)
NRTL方程能够很准确的描述乙醇和水体系，但是Wilson方程误差较大。

从而也能够说明，Wilson方程不能够适用于部分互溶体系，NRTL方程能够很好地克服这点。

3.怎样才能从20wt%稀酒精得到无水乙醇以作为汽车燃料？
a)共沸精馏法
共沸精馏(恒沸精馏)工艺是在常压无法制取无水乙醇的情况下，通过向乙醇一水溶液添加夹带剂(如苯、环己烷、戊烷等)进行精馏的，夹带剂与乙醇溶液中的乙醇和水形成三元共沸物，可获得纯度很高的乙醇。

b）萃取精馏法
萃取精馏法是通过加入某种添加剂来改变原溶液中乙醇和水的相对挥发度，从而使原料的分离变得容易。

在乙醇水溶液中添加萃取剂(如乙二醇、醋酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化铜、乙二醇的盐溶液等)可以改变其平衡曲线，从而可以使难分离物系转化为容易分离的物系、分离成本降低。

c）络合萃取蒸馏法制备无水乙醇
在萃取精馏的基础上，将可逆络合反应与常规的蒸馏技术相结合，研制了一种新型的复合分离技术,即可逆络合分离技术中的络合萃取蒸馏技术.
d）膜分离法
膜分离技术具有高效、节能、无污染的特点，是一种很有前景的新技术，分为渗透汽化和蒸气渗透。

渗透汽化利用膜对液体混合物中各组分溶解扩散性能的不同而实现其分离的，是膜分离技术的热点研究，适宜于用蒸馏法分离难以分离或不能分离的近沸物、共沸物。

e）分子筛吸附法
分子筛对H：O、NH，、H：S、CO：等高极性分子具有很强的亲和力，特别是对水，在低分压或低浓度、高温等十分苛刻的条件下仍有很高的吸附容量。

分子筛可用于高温吸附，用于乙醇脱水的典型分子筛为间隙通道的平均巾为0．3nm，水分子的书为0．28nm，能进入分子筛的内部被吸附；而乙醇分子由为0．44nm不能进入孔内，直接从外面流出不被吸附。

分子筛法自动化程度高，劳动强度小，产品质量好，无环境污染，适合大规模的工业化生产，但再生时能耗较高。

f）生物质吸附法
淀粉质、纤维素质等生物质对水都有一定的选择吸附性，研究表明，生物质选择性吸附水，起主要作用的是淀粉，纤维素、半纤维素等生物成分也有一定的吸附性能，但吸附容量较小；淀粉质吸附效果好，吸附容量能满足工业需要，美国用玉米粉作为燃料乙醇脱水的吸附剂。

引用文献：
1.作者：马晓建，吴勇，牛青川
题目：《无水乙醇制备的研究进展》
杂志：《现代化工》
摘要：介绍了采用精馏法、分子筛分离法、膜分离法和作物吸附法制备无水乙醇的方法及其近年来无水乙醇制备的新进展。

评述了这些方法的优缺点，并且指出如何改进产品质量和降低生产的能耗。

最后，展望了无水乙醇制备的发展前景，同时对我国无水乙醇研究与开发提出了一些建议。

2.作者：张成虎,秦艳飞
题目：《对工业化生产无水乙醇的探讨》
杂志：《酿酒科技》
摘要：工业生产中常用苯、环己烷、正戊烷等作夹带剂进行恒沸精馏生产无水乙醇。

夹带剂与酒精溶液中的乙醇、水形成新的三元恒沸物,可获得纯度很高的乙醇。

以环己烷作夹带剂生产无水乙醇,工艺中可增加2块塔板数,直接采用蒸汽加热,利用回收塔余馏
水加热原料,节能降耗。

(孙悟)
3.作者：孙德芳
题目：《减压精馏法制备无水乙醇的研究》
杂志：南京大学硕士论文
4.作者：赵辉,赵志刚
题目：《络合萃取蒸馏法制备无水乙醇的工业生产技术》
杂志：《西南民族学院学报·自然科学版》
摘要：介绍了利用络合分离技术获取无水醇的原理和工艺以及工业化生产装置。

5.作者：李浩
题目：《分子筛吸附法制无水乙醇的机理及工艺》
杂志：《山西化工》
摘要：阐述了分子筛吸附法制取无水乙醇过程中的脱水原理、吸附传质的机理, 介绍了水在3A 分子筛上的吸附等温曲线的模型。

对吸附过程、脱附过程的工艺条件, 以及整个工艺流程进行了探讨。

为实际设计和生产过程提供理论依据和指导。

6.作者：吴晓莉, 靖恋, 尹卓容
题目：《加盐萃取蒸馏生产无水乙醇》
杂志：《酿酒》
摘要：研究了氯化钙、氯化钠和氯化铜对乙醇挥发系数的影响以及盐浓度对乙醇挥发系数的影响, 氯化钙、氯化钠和氯化铜分别使乙醇的挥发系数提高了0. 2、0 . 3、0. 54, 氯化钙效果较好并确定其最适添加量为30%( w/ w) 。

最终制备出99.6%( v/ v) 的无水乙醇。

7.作者：刘继泉,胡存,秦娟妮
题目：《膜分离技术在无水乙醇生产中的应用》
杂志：《酿酒》
摘要:综述了膜分离技术在生产无水乙醇中的应用,着重介绍了应用于无水乙醇生产的膜材料、分离方法及在工业上的应用实例,并对前景做了展望。

8.作者：武志刚高建峰
题目：《谷物吸附法制备无水乙醇》
杂志：《食品工业科技》
摘要：以玉米粉作为吸附剂制备了无水乙醇.研究了制备过程中的影响因素如吸附剂粒度、用量、加热功率及吸附床夹套温度等对产品中乙醇质量分数的影响.研究结果表明玉米粉作为吸附剂制备无水乙醇的工艺是可行的.在吸附剂粒度为40～60目,吸附剂用量为50g,加热套加热功率为70～80W,吸附床夹套温度选用80～85℃的条件下,可制得质量分数大于99.2%的无水乙醇.
9.作者：唐艳红；熊兴耀；谭兴和；李清明；张涛；张艳艳；李美群；
题目：《无水乙醇制备方法的研究进展》
杂志：《中国酿造》
摘要：介绍了共沸精馏法、萃取精馏法、膜分离法和吸附法制备无水乙醇的方法及其研究进展,并评价了各种制备方法的优缺点,阐述了燃料酒精在国内外发展进程,分析了燃料酒精快速发展的原因,介绍了目前燃料酒精生产中需要解决的问题及对策。

10. 作者：岳国君董红星蒋秋黎
题目：《共沸精馏制取无水乙醇的实验研究》
杂志：《化学工程师》
摘要：以工业酒精为原料,采用间歇共沸精馏方法制取无水乙醇,考察了共沸剂类型、共
沸剂用量、共沸精馏时间等因素对分离效果的影响,实验结果表明:采用环己烷作共沸剂,共沸剂的实际加入量与理论加入量之比约为1.23∶1和共沸精馏时间为135m in左右时,制得的无水乙醇浓度(质量分率)可以达到99.88%。