热力学大作业 水-乙醇共沸分析

化工热力学结业小论文

课程名称：化工热力学

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日期：2012/12/3

1、计算101.325kpa 下，乙醇（1）-水（2）体系气液平衡数据

2、判断是否有共沸组成并计算该点组成及温度；并与文献数据对比

3、怎样才能从20wt%稀酒精得到无水乙醇以作为汽车燃料？

计算气液平衡数据方法（步骤）：

1、由C2H5OH 以及H2O ，查得两物质临界参数Tc1、Tc2、Pc1、Pc2、ω查得antonio 方程中C2H5OH 和H2O 参数A1,B1,C1,A2,B2,C2，进入2

2、利用总压强P 总=101.325kpa，带入antonio 方程ln p i s =A i -B i 得T1,T2，T +C i 进入3

3、假设x1，x2数据，从小到大假设，并取0.01为间隔，逐次递增，由T=T1*x1+T2*x2，

V 并另各ϕ初值均为1，进入4 ˆi

s 4、将T 值带入antonio 方程ln p i =A i -B i 可得Ps1和Ps2，进入5 T +C i

5、选择NRTL 方程，计算γi ，进入6

6、利用两物质临界参数以及T 、P 值计算Tr1，Tr2，Prs1，Prs2，再利用对比态法（计算逸度系数的对比态法）计算气态混合物各组元i 的逸度系数，进入7

γi x i P i S ϕi s 7、利用平衡方程，y i =V ˆi P ϕ计算y1、y2，进入8

8、计算y1+y2的值，并判断是否进行迭代

9、将yi 归一化，利用混合物维里方程（计算混合物逸度系数的维里方程）结合

V 混合规则计算各ϕ，返回7 ˆi

10、判断y1+y2是否与8的值不同，“是”返回6，“否”进入11

11、计算y1+y2，判断是否为1，“否”进入12，“是”进入13

12、调整T 值，如果y1+y2大于1，则把T 值变小，如果y1+y2小于1，则把T 值变大，并返回4

13、得出T 、所有yi 值，并列出表格，进入14

14、将所有按从小到大顺序假设的Xi 值所对应的Yi 值求出，并作出T-X-Y 图，进入15

15、结束

x-y 与温度、泡点、露点的数据

X-Y 图

T-X-Y 图

从文献查值，常压下，乙醇的沸点为78.1℃，水的沸点为100摄氏度，乙醇和水的二元共沸沸点为78.1摄氏度，二元共沸组成：水4.4%，乙醇95.5%。

而由aspen 模拟可得，乙醇和水的共沸点为78.14529摄氏度，组成为乙醇90%，水10%，为最高压力共沸点和最低温度共沸点，与文献值差别不大，可以认为可靠。

以下为稀酒精得到无水乙醇的方法，以及无水乙醇作为汽车燃料的发展状况

备注：无水乙醇即乙醇含量≥99.0%的乙醇

NRTL 方程与SRK 方程在非理想体系的气液平衡计算

参考文献：

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无水乙醇生产工艺的探讨

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无水乙醇制备的方法（石河子大学 黄津津）

1 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-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, 该三元共沸物与纯组分酒精(或水) 之间的沸点差较大, 从而可获得纯度很高的乙醇。以环己烷为例：环己烷、乙醇和水形成三元共沸物，沸点62.1℃，比乙醇的78.3℃或乙醇—水溶液的恒沸点78.15℃都要低得多，在精馏时从塔顶馏出。三元恒沸物的组成(质量比W ﹪) 为环己烷76﹪，乙醇17﹪, 水7﹪，其中水对乙醇的质量比为0.41，比乙醇—水恒沸物的这一质量比0.046要大得多。故只要有足量的环己烷作为夹带剂，在精馏时水将全部集中于三元恒沸物中从塔顶馏出，塔底产品为无水酒精。该方法能实现规模化生产、机械化程度高、产量大、质量好。当然, 这种成熟的生产工艺也有缺点, 主要是能耗还不是太理想, 且夹带剂在生产操作不当时会引起环境污染。

2 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。盐的种类、溶剂比、原料进料位置等的不同对精馏有很大的影响。溶盐萃取剂在溶剂比为1.2 时可得99.7% 的无水乙醇产品, 而加碱萃取剂在溶剂比为1 时即可得到同样的产品。加碱萃取精馏过程可以在溶剂比下降20%的情况下，得到相同质量的产品。萃取精馏塔内液体负荷降低、塔板效率提高, 溶剂回收过程处理量减少。萃取精馏法因具有低能耗、无污染、设备简单、操作方便等优点而备受关注。

3 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(Pervaporation。简称PV) 是在液体混合物中组分蒸汽压差推动下，利用组分通过膜的溶解与扩散速率的不同来实现分离的过程。渗透汽化作为一种新兴膜分离技术，由于具有相变质量小、效率高、能耗低、设备简单、工艺放大效应小等优点，逐渐在化学工业、石油化工、食品工业、制药工业和环境保护中得到应用，尤其在酒类生产、醇类脱

水和化学药剂、食品中成分分析、酯水体系分离等领域发挥着重大的作用。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分离难以分离或不能分离的近沸物、共沸物。渗透汽化过程中存在浓差极化和膜污染等问题，特别在发酵生产中发酵副产物(如无机盐离子) 、死细胞、非挥发性代谢产物的累积不利于生物反应器的连续运行，并且受到膜的强度、耐久性以及膜组件性能的制约，其生产规模比较小。渗透通量和分离因子是衡量膜性能的2个重要指标。

4 吸附法

4、1 分子筛吸附法

分子筛对H2O 、NH3、H2S 、CO2 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ø为0.3nm, 水分子的ø为0.28nm, 能进入分子筛的内部被吸附; 而乙醇分子ø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。

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分离乙醇、水溶液的渗透汽化膜材料

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加碱萃取精馏制取无水乙醇

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用膜分离技术探析乙二醇加盐脱水法生产无水乙醇的关键技术

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