超重力减压精馏分离乙醇—水的实验研究

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无水乙醇是重要的有机化工原料,广泛应用于食品、医药、化工及航空等行业,而在实际生产过程中常压精馏操作并不能直接分离得到无水乙醇产品,所以需要应用特殊的精馏手段将其分离开,减压精馏法可以避免共沸精馏和萃取精馏中加入第三组分的操作直接分离得到产品。本文将具备过程强化能力的超重力技术应用于减压精馏操作进而探讨该技术对乙醇-水的分离效果。文中采用填装了波纹丝网填料的单级旋转填料床建立了超重力减压精馏的间歇全回流操作工艺。首先在确定了稳态的操作方案基础上,考察了塔釜加热温度100~150℃、进料乙醇浓度50~95wt%、操作压力101.325~11.325kPa和超重力因子20.9024~130.6397对乙醇-水体系分离效果的影响。通过因素-水平实验,得出分离效果最优时相应操作条件是xd=90wt%,Tw=100~110℃,β=64.0135~83.6094。在各操作压力下时,分离接近共沸组成的原料虽不能改变各压力下的共沸组成,可以达到非常逼近共沸组成的效果。结合实验结果与理论分析可以证明,增加超重机的填料高度可以继续提高分离效果最终得到无水乙醇产品。实验数据处理过程需要用到各压力下的相平衡数据,因而借用Aspen Plus软件选用NRTL法计算乙醇-水体系在不同压力下的相平衡数据。选用Herington半经验公式对计算结果热力学一致性进行了验证,确保了计算结果的准确性,利用二元物性分析功能绘制该体系的相图,得出了不同压力下的该体系的气液组成关系及与相对挥发度的关系,进而计算得出各组实验对应的设备的传质参数,超重力减压精馏设备均能保持稳定的传质优势,其理论等板高度为8.0~40.0mm。最后,选取在压力P=11.325kPa时超重力减压精馏对90wt%~95wt%的原料的分离实验,设定相同的操作参数,通过Aspen流程模拟建立与之相对应的传统填料塔流程。就分离效果而言超重力精馏设备优于传统填料塔,同时保持了较高的传质效果,传质单元高度为传统填料塔的1/4~1/7。综合研究结果可以发现,超重力减压精馏技术分离乙醇-水二元共沸物系具有一定的适用性,该技术具有提高操作安全性,起到明显过程强化作用和一定节能目的的优点。
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