化工热力学大作业---乙醇与水物性分析

1、化工热力学大作业学院： 化学化工学院班级：学号：姓名：指导老师：可得到泡点温度和组成1.计算101.3kPa下，乙醇（1）-水（2）体系汽液平衡数据1）泡点温度和组成的计算已知：平衡压力P,液相组成x1, x2 ?xNiXiPS S/VP?VV yi / V泡点温度T,汽相组成y1，y2?n/用以下流程计算:可得到露点温度和组成2）露点温度和组成的计算已知P,气相组成y1,y2.yNXiPy ?iPS sXiXi /Xi露点温度T,液相组成X1, X2?麻用以下流程计算:开始停止否变化计算全部p;#才所有芍归一化计算全部为打印结果n覆计算全部为3）计算过程运用化工软件Aspen计算选择模板为

2、General with Metric Units ; Run Type为物性分析（Property Analysis）组分为乙醇（C2H5OH, ETHANOL ）和水（H2O）物性方法为 NRTL乙醇及水的流率均设为 50kmol/h初输入温度为25 C,压力为101.325KPa。设定可调变量为乙醇的摩尔分数，变化范围0 1,增量为0.05,则可取20个点。选择物性参数露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB）,温度均为C。最后以乙醇摩尔分数为 X坐标，露点温度（TDEW）及泡点温度（TBUB）为Y坐标, 得到下表及下图。NRTL)NRTL活度系数模型MOLEFRACTOTALTOTAL

3、ETHAN-01TDEWTBUBCC0100.0177100.01770.0598.7030190.314790.197.3385986.287080.1595.9210384.180780.294.4461882.920660.2592.9108982.077160.391.3118381.451180.3589.6474480.943740.487.9188180.504560.4586.1356580.108780.584.3266279.745340.5582.5675679.410770.681.0292279.105930.6579.8870878.834040.779.12026

4、78.599710.7578.6291778.40830.878.3362578.265620.8578.1890578.178340.978.1515378.151540.9578.1981778.19306178.3101878.31018乙醇取不同摩尔分率时对应的不同泡点温度及露点温度表（| TOTAL TBUB0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1MOLEFRAC ETHAN-01Properties Analysis P T-1 (GENE RI

5、C) Results Results TOC o 1-5 h z IIIIIIIU13UIiiiiiiiij,j,iiI,：!?! total tdewi：iiiiiii露点温度及泡点温度图(NRTL)组分为乙醇（C2H5OH, ETHANOL和水（H2O）物性方法改为 WILSOMWILSON活度系数模型MOLEFRACTOTALTOTALETHAN-01TDEWTBUBC0100.0177100.01770.0598.6979390.342650.197.3285586.514060.1595.9063684.456460.294.4273183.151130.2592.8889882.2

6、23140.391.2887981.50610.3589.6267180.91750.487.9051880.413540.4586.138579.970350.584.3593979.574130.5582.6403679.218870.681.103778.901870.6579.8814378.623680.779.0125978.387230.7578.4505878.197630.878.1305878.062210.8577.995577.991170.978.0012577.996220.9578.1144378.09515178.3101878.31018乙醇取不同摩尔分率时对

7、应的不同泡点温度及露点温度表(WILSON)Properties Analysis P T-1 (GE NERC) Results Resultsc erutarehme0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1MOLEFRAC ETHAN-01露点温度及泡点温度图（WILSON）2.判断是否有共沸组成弁计算该点组成及温度；弁与文献数据对比NRTL计算结果0.8250.840.8550.870.8850.90.9150.930.9450.96MOLEFRAC

8、ETHAN-01008/2-87 1 87 077 8 c erutarepmeijiiii;jiii;1iii 1I1t;j1!1I=jJ1-O- TOTAL TDEW TOTALTBUBProperties Analysis P T-1 (GENERIC) Results Results由图可得，在X=0.9时泡点线与露点线相交，表明有共沸点。共沸点的组成为乙醇摩尔分率0.9,水的摩尔分率 0.1,共沸温度为78.15C。 WILSON计算结果Properties Analysis P T-1 (GENERIC) Results ResultsTOTAL TDEWH TOTALTBUB2

9、OT- 8/ 87 077 00 77 7 7 c erutarepme0.820.830.840.850.860.870.880.890.90.910.92MOLEFRAC ETHAN-01由图可得，在X=0.85时泡点线与露点线相交，表明有共沸点。共沸点的组成为乙醇摩尔分率0.85,水的摩尔分率 0.15,共沸温度为77.99C。总结查表:液相摩尔分数X气相摩尔分数y温度t/ C001000.0190.1795.50.07210.3891890.09660.437586.70.12380.470485.30.16610.508984.10.23370.544582.70.26080.558

10、82.30.32730.582681.50.39650.612280.70.50790.656479.80.51980.659979.70.57320.684179.30.67630.738578.740.74720.781578.410.89430.894378.15101.325KPa下，乙醇摩尔分率为 0.8943有共沸点，共沸温度为 78.15 C。两者数据接近。总结:NRTL相对误差 (0.9 0.8943)/0.89430.63%(78.1578.15)/78.150%WILSON:(0.850.8943)/0.89435.0%(77.9978.15)/78.150.2%NRTL方

11、程能够很准确的描述乙醇和水体系，但是Wilson方程误差较大。从而也能够说明，Wilson方程不能够适用于部分互溶体系，NRTL方程能够很好地克服这点。3.怎样才能从20wt%稀酒精得到无水乙醇以作为汽车燃料?a) 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， 通过向乙醇一水溶液添加夹带剂 (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，可获得纯度很高的乙醇。 b) 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

12、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。c ) 络合萃取蒸馏法制备无水乙醇在萃取精馏的基础上， 将可逆络合反应与常规的蒸馏技术相结合， 研制了一种新型的复合分离技术, 即可逆络合分离技术中的络合萃取蒸馏技术 .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难以分离或不能分离的近沸物、共沸物。分子筛吸附法分子筛对H: Q NHH、H S、CO等高极性分子具有很强

13、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巾为0. 3nm,水分子的书为0. 28nmi能进入分子筛的内部被吸附；而乙醇分子由为 0. 44nm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。f ) 生物质吸附法淀粉质、纤维素质等生物质对水都有一定的选择吸附性，研究表明，生物质选择性吸附水， 起主要作用的是淀粉，纤维素、半纤维素等生物成分也有一定的吸附性能， 但吸附容量较小； 淀粉质吸附效果好， 吸

14、附容量能满足工业需要， 美国用玉米粉作为燃料乙醇脱水的 吸附剂。引用文献：作者：马晓建，吴勇，牛青川题目：无水乙醇制备的研究进展杂志：现代化工摘要： 介绍了采用精馏法、 分子筛分离法、 膜分离法和作物吸附法制备无水乙醇的方法及其近年来无水乙醇制备的新进展。 评述了这些方法的优缺点， 并且指出如何改进产品质量和降低生产的能耗。 最后， 展望了无水乙醇制备的发展前景， 同时对我国无水乙醇研究与开发提出了一些建议。作者： 张成虎 , 秦艳飞题目：对工业化生产无水乙醇的探讨杂志：酿酒科技摘要：工业生产中常用苯、环己烷、正戊烷等作夹带剂进行恒沸精馏生产无水乙醇。夹带剂与酒精溶液中的乙醇、水形成新的三元恒

15、沸物 , 可获得纯度很高的乙醇。以环己烷作夹带剂生产无水乙醇, 工艺中可增加2块塔板数, 直接采用蒸汽加热, 利用回收塔余馏3.水加热原料, 节能降耗。 (孙悟 )作者：孙德芳题目： 减压精馏法制备无水乙醇的研究4.杂作南京大学硕士论文, 赵志刚5.题目：加士杂志：摘要：作者：题目：加士杂志：摘要：络合萃取蒸馏法制备无水乙醇的工业生产技术西南民族学院学报自然科学版介绍了利用络合分离技术获取无水醇的原理和工艺以及工业化生产装置。李浩分子筛吸附法制无水乙醇的机理及工艺山西化工 阐述了分子筛吸附法制取无水乙醇过程中的脱水原理、吸附传质的机理, 介绍了水在 3A 分子筛上的吸附等温曲线的模型。对吸附过

16、程、脱附过程的工艺条件, 以及整6.7.8.9.10.个工艺流程进行了探讨。为实际设计和生产过程提供理论依据和指导。作者：吴晓莉, 靖恋 , 尹卓容题目：加盐萃取蒸馏生产无水乙醇杂志：酿酒摘要： 研究了氯化钙、 氯化钠和氯化铜对乙醇挥发系数的影响以及盐浓度对乙醇挥发系数的影响 , 氯化钙、氯化钠和氯化铜分别使乙醇的挥发系数提高了 0. 2、 0 . 3、 0. 54,氯化钙效果较好并确定其最适添加量为 30%( w/ w) 。最终制备出 99.6%( v/ v) 的无水乙醇。作者：刘继泉, 胡 存 , 秦娟妮题目：膜分离技术在无水乙醇生产中的应用杂志：酿酒摘要 : 综述了膜分离技术在生产无水乙

17、醇中的应用 , 着重介绍了应用于无水乙醇生产的膜材料、分离方法及在工业上的应用实例 , 并对前景做了展望。作者： 武志刚 高建峰题目：谷物吸附法制备无水乙醇杂志：食品工业科技摘要：以玉米粉作为吸附剂制备了无水乙醇.研究了制备过程中的影响因素如吸附剂粒度、用量、加热功率及吸附床夹套温度等对产品中乙醇质量分数的影响. 研究结果表明玉米粉作为吸附剂制备无水乙醇的工艺是可行的.在吸附剂粒度为4060目，吸附剂用量为50g,加热套加热功率为7080W,吸附床夹套温度选用8085c的条件下，可制得质量分数大于99.2%的无水乙醇.作者： 唐艳红； 熊兴耀； 谭兴和； 李清明； 张涛； 张艳艳； 李美群；题目：无水乙醇制备方法的研究进展杂志：中国酿造摘要： 介绍了共沸精馏法、 萃取精馏法、 膜分离法和吸附法制备无水乙醇的方法及其研究进展, 并评价了各种制备方法