精馏塔分离乙醇-水混合物最佳生产条件的确定

张晓艳

（赤峰学院 化学系，内蒙古 赤峰 024000）

精馏塔分离乙醇-水混合物最佳生产条件的确定

张晓艳

（赤峰学院 化学系，内蒙古 赤峰 024000）

通过对JLT-57型不锈刚筛板精馏塔分离乙醇-水混合物的进行研究，以主要影响生产的因素：原料的浓度、釜液的浓度、原料流量和回流比做正交实验来确定乙醇水溶液浓度最高的条件，即乙醇－水混合物分离的最佳生产条件，得出实验号为1的一组实验数据：原料体积比为20%、釜液体积比为5%、原料流量为4L/mol、回流比为3:1时，得到产品的浓度为0.949（体积比），此时釜液和原料液的浓度都比较低，回流比也比较大，但是浓度却最高.

精馏；乙醇－水混合物；正交实验；最佳条件

1 前言

精馏是分离液体混合物的一种重要化工单元操作[1].同时对液体混合物进行多次部分汽化和对混合物的蒸汽进行多次部分冷凝，最终可以在气相中得到纯度较高的易挥发组分，在液相中得到纯度较高的难挥发组分[2].不管何种操作方式，混合液中组分间挥发度差异是蒸馏分离的前提和依据[3].精馏过程是一个传质、传热过程，回馏液是精馏过程中气、液接触的基础[4].精馏按操作是否连续分为：连续精馏和间歇精馏.连续精馏的特点：可以大规模生产；产品浓度质量可以保持相对稳定；能源利用率高；操作易于控制[5].

乙醇—水是一种重要的工业原料,广泛应用于化工、食品饮料工业、军工、日用化工和医药卫生等领域.将无水乙醇与汽油混合(俗称汽油醇)可作为内燃机的燃料,随着世界石油资源的减少,作为生物燃料的无水乙醇可能在今后的动力燃料中占一席之地.精馏是分离均相液体混合物的最有效方法之一.但是精馏的热力学效率很低,在化学工业中,总能耗的40%用于分离过程,其中的95%是精馏过程消耗的[6],有必要开辟多种途径,采用节能工艺回收利用余热,降低能耗,实现精馏节能[7].然而对已有化工精馏塔设备来说，确定最佳生产条件是节省能耗的方法之一.

2 实验研究

工程上的计算，通常设计两种类型的问题.一类是设计问题，主要根据任务的要求确定设备的尺寸；另一类是操作问题，主要是确定已知设备在操作时的工况[8].本文主要研究的是操作问题.

2.1 实验装置

2.2 实验内容及分析

影响生产的因素主要有原料的浓度、釜液的浓度、原料流量和回流比，如表1:

表1 精馏乙醇-水混合物参数

正交试验也称正交设计，是研究与处理多因素（n≥3）试验问题的一种数学方法.该方法用正交表设计试验方案并对试验结果进行统计分析.正交表是根据组合理论按照一定规律构造的、排列整齐的、规格化的表格，是正交试验法的基本工具，用符号Ln(tm)表示，其中L是正交表的符号；n是表中的行数，即正交表可以安排试验的次数；t是表中的字码数，即最多可安排的因素个数，其中包含交互作用所占用的列数.本文用L9(34)正交表，是四因素、三水平、应做九次试验的正交表.正交表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表位级1、2、3各三次试验的浓度之和，K代表极差，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大值与最小值之差，K越大，此因素是最主要的因素[16].正交试验的特点：试验次数比全面实验法少；获得的信息比简单比较法多；试验点具有分散性、均衡性和可分析性[9].

3 结论

表2 正交实验

通过正交表表2可知，B2即釜液的K最大，为20，浓度（体积分数）最高是实验号为1的一组，所以生产结果的影响最大.实验号为1的一组里，釜液和原料液的浓度都比较低，回流比也比较大，但是浓度却最高，原因是塔板温度对生产结果也有影响，实验号为1的一组塔板温度比较底，为80℃（比乙醇的沸点78.3℃稍高），使产品中乙醇的浓度大；其它实验的塔板温度在82℃～83.5℃，产品中水的成分增高，乙醇的成分减少，浓度降低.

〔1〕朱学军.采用乙醇-水物系间歇精馏的实验研究[J].攀枝花学院学报，2002(5)：81-82.

〔2〕张近.化工基础[M].高等教育出版社，2002.201-207.

〔3〕姚玉英.化工原理（下册）[M].天津大学出版社2002.14-15

〔4〕彭得厚，何成俊.乙醇-水恒沸精馏塔的回流比的计算[J].江苏电视广播大学学报，1994⑷：9～11.

〔5〕朱平，郝兆炎，等.酒精蒸馏技术问答[M].山东大学出版社，1983.17.

〔6〕朱平，冯霄.分割式热泵精馏的研究及其分割点的确定[J].西安交通大学学报，1998⑴：93-95.

〔7〕杨兆娟.乙醇-水精馏节能技术分析[J].青海大学学报（自然科学版），2001⑶：8-11.

〔8〕大连理工大学华工原理教研室.化工原理（下[M].大连理工大学出版社，2002.14-15.

〔9〕郭纯孝.计算化学[M].化学工业出版，2004.315-326.

TQ028.31

A

1673-260X（2010）09-0134-02