精餾塔分離乙醇-水混合物最佳生產條件的確定

張曉艷

（赤峰學院 化學系，內蒙古 赤峰 024000）

精餾塔分離乙醇-水混合物最佳生產條件的確定

張曉艷

（赤峰學院 化學系，內蒙古 赤峰 024000）

通過對JLT-57型不銹剛篩板精餾塔分離乙醇-水混合物的進行研究，以主要影響生產的因素：原料的濃度、釜液的濃度、原料流量和回流比做正交實驗來確定乙醇水溶液濃度最高的條件，即乙醇－水混合物分離的最佳生產條件，得出實驗號為1的一組實驗數據：原料體積比為20%、釜液體積比為5%、原料流量為4L/mol、回流比為3:1時，得到產品的濃度為0.949（體積比），此時釜液和原料液的濃度都比較低，回流比也比較大，但是濃度卻最高.

精餾；乙醇－水混合物；正交實驗；最佳條件

1 前言

精餾是分離液體混合物的一種重要化工單元操作[1].同時對液體混合物進行多次部分汽化和對混合物的蒸汽進行多次部分冷凝，最終可以在氣相中得到純度較高的易揮發組分，在液相中得到純度較高的難揮發組分[2].不管何種操作方式，混合液中組分間揮發度差異是蒸餾分離的前提和依據[3].精餾過程是一個傳質、傳熱過程，回餾液是精餾過程中氣、液接觸的基礎[4].精餾按操作是否連續分為：連續精餾和間歇精餾.連續精餾的特點：可以大規模生產；產品濃度質量可以保持相對穩定；能源利用率高；操作易于控制[5].

乙醇—水是一種重要的工業原料,廣泛應用于化工、食品飲料工業、軍工、日用化工和醫藥衛生等領域.將無水乙醇與汽油混合(俗稱汽油醇)可作為內燃機的燃料,隨著世界石油資源的減少,作為生物燃料的無水乙醇可能在今后的動力燃料中占一席之地.精餾是分離均相液體混合物的最有效方法之一.但是精餾的熱力學效率很低,在化學工業中,總能耗的40%用于分離過程,其中的95%是精餾過程消耗的[6],有必要開辟多種途徑,采用節能工藝回收利用余熱,降低能耗,實現精餾節能[7].然而對已有化工精餾塔設備來說，確定最佳生產條件是節省能耗的方法之一.

2 實驗研究

工程上的計算，通常設計兩種類型的問題.一類是設計問題，主要根據任務的要求確定設備的尺寸；另一類是操作問題，主要是確定已知設備在操作時的工況[8].本文主要研究的是操作問題.

2.1 實驗裝置

2.2 實驗內容及分析

影響生產的因素主要有原料的濃度、釜液的濃度、原料流量和回流比，如表1:

表1 精餾乙醇-水混合物參數

正交試驗也稱正交設計，是研究與處理多因素（n≥3）試驗問題的一種數學方法.該方法用正交表設計試驗方案并對試驗結果進行統計分析.正交表是根據組合理論按照一定規律構造的、排列整齊的、規格化的表格，是正交試驗法的基本工具，用符號Ln(tm)表示，其中L是正交表的符號；n是表中的行數，即正交表可以安排試驗的次數；t是表中的字碼數，即最多可安排的因素個數，其中包含交互作用所占用的列數.本文用L9(34)正交表，是四因素、三水平、應做九次試驗的正交表.正交表中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別代表位級1、2、3各三次試驗的濃度之和，K代表極差，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中最大值與最小值之差，K越大，此因素是最主要的因素[16].正交試驗的特點：試驗次數比全面實驗法少；獲得的信息比簡單比較法多；試驗點具有分散性、均衡性和可分析性[9].

3 結論

表2 正交實驗

通過正交表表2可知，B2即釜液的K最大，為20，濃度（體積分數）最高是實驗號為1的一組，所以生產結果的影響最大.實驗號為1的一組里，釜液和原料液的濃度都比較低，回流比也比較大，但是濃度卻最高，原因是塔板溫度對生產結果也有影響，實驗號為1的一組塔板溫度比較底，為80℃（比乙醇的沸點78.3℃稍高），使產品中乙醇的濃度大；其它實驗的塔板溫度在82℃～83.5℃，產品中水的成分增高，乙醇的成分減少，濃度降低.

〔1〕朱學軍.采用乙醇-水物系間歇精餾的實驗研究[J].攀枝花學院學報，2002(5)：81-82.

〔2〕張近.化工基礎[M].高等教育出版社，2002.201-207.

〔3〕姚玉英.化工原理（下冊）[M].天津大學出版社2002.14-15

〔4〕彭得厚，何成俊.乙醇-水恒沸精餾塔的回流比的計算[J].江蘇電視廣播大學學報，1994⑷：9～11.

〔5〕朱平，郝兆炎，等.酒精蒸餾技術問答[M].山東大學出版社，1983.17.

〔6〕朱平，馮霄.分割式熱泵精餾的研究及其分割點的確定[J].西安交通大學學報，1998⑴：93-95.

〔7〕楊兆娟.乙醇-水精餾節能技術分析[J].青海大學學報（自然科學版），2001⑶：8-11.

〔8〕大連理工大學華工原理教研室.化工原理（下[M].大連理工大學出版社，2002.14-15.

〔9〕郭純孝.計算化學[M].化學工業出版，2004.315-326.

TQ028.31

A

1673-260X（2010）09-0134-02