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随着能源结构的改变,燃料乙醇在替代汽油供应方面起到越来越重要的作用。发酵工艺中乙醇含量较低,但由于乙醇与水形成共沸物,通过普通精馏只能得到90mol%的乙醇,需采用非均相共沸蒸馏、变压精馏、膜分离、分子筛等工艺得到无水乙醇。非均相共沸精馏是大规模生产无水乙醇生产方法,具有生产连续、产量大、产品纯度高等优点。
在非均相共沸精馏生产燃料乙醇的工艺中,常用的夹带剂有苯、环己烷、戊烷、乙醚、乙二醇、甘油等。苯是常用的传统夹带剂,其生产工艺流程已经成熟,但由于苯毒性相对较大,因此本文选用毒性较小的环己烷,并对两种非均相共沸精馏生产流程进行模拟计算并进行对比。
对乙醇—水—苯三元体系,选择UNIQUAC热力学模型,对相关的热力学参数进行考察,结果表明对体系物性的预测与文献实验数据吻合得很好。本文使用苯作夹带剂进行燃料乙醇脱水生产,对传统生产流程操作工艺参数进行调整,最终得到高纯度的乙醇产物,并回收处理废水,并对其产品能耗进行分析。
对乙醇—水—环己烷三元体系,选择NRTL熟力学模型,修正相关的二元交互作用参数并进行检验,结果表明修正后的模型参数预测结果与文献数据比较吻合。选择环己烷作夹带剂,利用耦合浓缩塔/回收塔的双塔流程进行生产工艺的调整,优化工艺参数,使产物乙醇的浓度达到燃料的标准,同时处理整个工艺中废水,有利于其回收,最终对整个流程的能耗进行分析。
对比使用苯和环己烷作夹带剂的乙醇脱水工艺流程模拟计算可知,使用环己烷作夹带剂得到单位乙醇的能耗比苯的要高,但在后续的废水回收处理中,单位废水回收中所需的能耗却比苯低得多。鉴于环己烷比苯的毒性小,因此结果表明,用环己烷做夹带剂的作用优于苯,且有利于节省能耗。
本文就改进耦合浓缩塔/回收塔的双塔流程提出了新的思路,结合热泵精馏技术,对流程作出修改调整,以期在节能方面有进一步的成效。