【正文】 的難揮發(fā) (高沸點 )組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發(fā)后，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。 蒸餾的基本原理是將液體混合物部分氣化 ,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對揮發(fā)度， α ）的特性，實現(xiàn)分離目的的單元操作。蒸餾按照其操 作方法可分為：簡單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等。 本節(jié)以兩組分的混合物系為研究對象，在分析簡單蒸餾的基礎(chǔ)上，通過比較和引申，講解精餾的操作原理及其實現(xiàn)的方法，從而理解和掌握精餾與簡單蒸餾的區(qū)別（包括：原理、操作、結(jié)果等方面 ） 第二節(jié) ： 乙醇的性質(zhì) 化學(xué)性質(zhì) : 乙醇分子中含有極化的氧氫鍵，電離時生成烷氧基負離子和質(zhì)子。 CH3CH2OH→（可逆） CH3CH2O + H+ 乙醇的 pKa=，與水相近。 乙醇的酸性很弱，但是電離平衡的存在足以使它與重水之間的同位素交換迅速進行。 CH3CH2OH+D2O→（可逆） CH3CH2OD+HOD 因為乙醇可以電離出極少量的氫離子，所以其只能與少量金屬（主要是堿金屬）反應(yīng)生成對應(yīng)的醇金屬以及氫氣： 2CH3CH2OH + 2Na→2CH3CH2ONa + H2↑ 乙醇可以和高活躍性金屬反應(yīng)，生成醇鹽和氫氣。 醇金屬遇水則迅速水解生成醇和堿 物理性質(zhì)： 無色透明液體。有特殊香味。易揮發(fā)。能與水、溶劑。有機合成。各種化合物的結(jié)晶。洗滌劑。萃取劑、食用酒精可以勾兌白酒、用作粘合劑、硝基噴漆、清漆、化妝品、油墨、脫漆劑、等的溶劑以及農(nóng)藥、醫(yī)藥、橡 膠、塑料、人造纖維、洗滌劑等的制造原料、還可以做防凍劑、燃料、消毒劑等。 75%（體積分?jǐn)?shù)）的乙醇溶液常用于醫(yī)療消毒。氯仿、乙醚、甲醇、丙酮和其他多數(shù)有機溶劑混溶。 第三節(jié) ： 乙醇的用途 乙醇的結(jié)構(gòu)簡式為 CH3CH2OH，俗稱酒精，它在常溫、常壓下是一種易燃、易揮發(fā)的無色透明液體，它的水溶液具有特殊的、令人愉快的香味，并略帶刺激性。乙醇的用途很廣，可用乙醇來制造醋酸、飲料、香精、染料、燃料等。醫(yī)療上也常用體積分?jǐn)?shù)為 70%—— 75%的乙醇作消毒劑等。 第四節(jié) :操作方式 精餾塔的操作是具體問題具體分析的 ,一般是按照工藝要求去操作 ,不同的物料的精餾有不同的操作要求 .蒸餾時在一定的時間 ,一定的壓力 ,一定的溫度下 ,去控制打開那個閥門 ,關(guān)掉那個閥門 ,就能得到要求的產(chǎn)品 . 最好的辦法是找到工藝操作規(guī)程 ,按時要求去操作 ,現(xiàn)在一般的操作都有操作規(guī)程的 .還有就是叫原來熟悉操作的師傅和員工教 ,要虛心請教 ,不要不懂裝懂 .這是最快上手的方法 ! 一般方法是這樣 :先加夠物料 ,然后打開真空閥 ,達到一定的真空 .打開加熱閥 ,加熱到一定溫度 ,在一定溫度和一定的真空下 ,低沸點的液體先蒸發(fā)出來 ,用冷凝器冷卻接收 .然后再提高溫度和改變壓力 (真 空 ),再蒸發(fā)另一沸點的液體出來 ,這樣控制直到要求的產(chǎn)品都蒸發(fā)出來了 ,最后關(guān)掉熱源 ,放掉真空 ,把乘下的渣滓放出來 . 第五節(jié) : 發(fā)展前景 由于能源短缺，中國從 1998年開始成為石油輸入國。但是，中國每年有 億 t 廢棄的秸秤，如果用來生產(chǎn)燃料乙醇，則乙醇年產(chǎn)量可以達到 t，相當(dāng)于 ，產(chǎn)值約為 9450億元人民幣。目前，中國汽油的年消耗量超過 6000萬 t，如果其 10%被燃料乙醇取代，則每年至少需要 600萬 t 燃料乙醇。 《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》指出，今后將不再增加以糧食為原料的燃料乙醇生 產(chǎn)能力，積極發(fā)展非糧生物液體燃料。從長遠考慮，要積極發(fā)展以纖維素生物質(zhì)為原料的生物液體燃料技術(shù)。到 2020年，非糧原料燃料乙醇年利用量達 200萬 t；到 2020年，生物燃料乙醇年利用量達 1000萬 t。 有預(yù)期顯示，中國可望于 2020年建成年產(chǎn) 2020萬 t 植物纖維基生物煉制產(chǎn)品的新興產(chǎn)業(yè)，新增工業(yè)產(chǎn)值 2020億元，減少 3000萬 t 石油需求，并安排 60萬農(nóng)村人口就業(yè)，農(nóng)民通過提供秸稈類原料增收 300億元，減少近億噸 CO2凈排放；遠期目標(biāo)為， 2050年實現(xiàn)生物質(zhì)原料（淀粉、糖類、纖維素、木素等）全部利用，產(chǎn)品（燃 料、大宗化學(xué)品和精細化學(xué)品、藥品、飼料、塑料等）多元化，形成生物質(zhì)煉制巨型行業(yè)，部分替代不可再生的一次性礦產(chǎn)資源，初步實現(xiàn)以碳水化合物為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展。 第六節(jié) :流程概述 蒸氣由塔底進入。蒸發(fā)出的氣相與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā) (低沸點 )組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā) (高沸點 )組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達到組分分離的目的。由塔頂上升的氣相進入 冷凝器 ，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入 再沸器 ，加熱蒸發(fā)成氣相返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。 蒸餾的基本原理是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝 ,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對揮發(fā)度， α）的特性，實現(xiàn)分離目的的 單元操作 。蒸餾按照其操作方法可分為：簡單蒸餾、閃蒸、精餾和特殊精餾等 。 第一章 乙醇精餾塔的計算 原始數(shù)據(jù) 表 21， 原始數(shù)據(jù) 物料名稱 進料組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %） 塔頂組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %） 塔釜組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù) %） 乙醇 45% % % 水 55% % % 操作壓力 ： aP kp? 年生產(chǎn)能力： 12萬噸乙醇 工作日 ： 330 天 進料方式 ：泡點進料 物料衡算 關(guān)鍵組分 [10] 按雙組份確定關(guān)鍵組分；揮發(fā)度高的乙醇作為輕關(guān)鍵組分在塔頂采出；揮發(fā)度低的水作為重關(guān)鍵組分在塔釜采出。 計算每小時塔底產(chǎn)量 ， 每年的操作時間為 7920ｈ計算。 每小時塔全產(chǎn)為 120200000 7920 /D k mol h? ? ? 摩爾分率計算 乙醇的摩爾質(zhì)量 ： 7 /M kg kmol?乙 水 的摩爾質(zhì)量 ： /M kg km ol?水 45 = = 2445 55+ 7 2F nx nn? ?乙乙 水 = = 4 nx nn? ? ?乙乙 水 = = 007 832 99. 846. 07 18. 02w nx nn? ? ?乙乙 水 平均摩爾質(zhì)量 )F F FM X M X M? ? ? ?乙 水（ 1 /k g k m ol? ? ? ? ? ?（ ） ) 0 .7 8 8 4 4 6 .0 7 1 0 .7 8 8 4 1 8 .0 2 4 0 .1 3 /D D DM X M X M k g k m o l? ? ? ? ? ? ? ? ?乙 水（ 1 （ ） ) 0 .0 0 0 7 8 3 2 4 6 .0 7 ( 1 0 .0 0 0 7 8 3 2 ) 1 8 .0 2 1 8 .0 4 /W W WM X M X M k g k m o l? ? ? ? ? ? ? ? ?乙 水（ 1 物料衡算 ? ? ? (1) 塔頂產(chǎn)品處理量 151510515 3 7 7 . 5 6 0 /4 0 . 1 3D k m o l h?? 總物料衡算 (2) F D WX X XF D WF D W????? ???? (3) 聯(lián)立 (1)、 (2)、 (3)式 解得： 1 2 3 0 .7 6 4 /8 5 3 .4 3 2 /F km ol hW km ol h??? ?? 塔板的計算 水，乙醇屬理想物系，可采用圖解法求 理論塔板層數(shù)。 （ 1） .由手冊查得水 乙醇物系的氣液平衡數(shù)據(jù)，繪出 xy圖，見圖 519. （ 2） .采用作圖法求最小回流比，在圖 519中對角線上，自點 e（ ,）作垂線ef即為進料線（ q）線該線與平衡線的交點坐標(biāo)為： 056qy ? ? 最小回流比及操作回流比 最小回流比為 m i n 0 . 7 8 8 4 0 . 5 6 0 . 7 3 2 80 . 5 6 0 . 2 4 2 4DqqqxyR yx? ?? ? ??? 取操作回流比 為 m in2 2 0 .7 3 2 9 1 .4 6 6RR? ? ? ? 求操作線方程 精餾塔的汽、液相負荷 38 3 37 60 8 54 46 /L RD k mol h? ? ? ? /V L D k mol h? ? ? ? ? 39。 5 4 3 .0 4 6 1 1 2 3 0 .7 6 4 1 7 7 3 .8 0 9 6 /L L q F k m o l h? ? ? ? ? ? 精餾段操作線方程 111DRy x xRR???? （ 23） 0. 59 4 0. 31 97yx?? 1. 提餾段操作線方程 39。39。39。39。39。 WLWy x xL W L W???? （ 24） 39。39。 ?? 全塔效率估算 用奧康奈爾（ 39。oconenell ）對全塔效率進行估算 。 由 相 平 衡 方 程 式 1 ( 1)xy x???? ??可得 ? ?? ?11yxxy? ?? ? （ 25） 根據(jù)乙醇、水體系的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： 884DDyx?? 1 ? （塔頂?shù)谝粔K板） ? ? （加料版） ? ? ?0. 01 00wy ? 塔 釜 因此可以求得： D W? ? ? ?= ， =3. 96 ， 全塔的相對平均揮發(fā)度： 33 1 1 .2 4 3 .9 6 1 2 .8 9 3 .9 8 5m F W? ? ? ?? ? ? ? ? ? 全塔的平均溫度： 8 2 .4 5 7 8 .4 5 9 9 .6 8 6 .8 333D F Wm t t ttC ??? ??? ? ? 在溫度下查得相應(yīng)黏度及用公式 lg lgL i Lix???? 計算所得黏度如下表 表 23， 溶液黏度與溫度 t（℃） x 2HO?（ mPas? ） 32CHCHOH?（ mPas? ） ? 液（ mPas? ） 全塔液體的平均粘度： ( ) / 3 ( 0 .3 7 3 0 .4 5 0 0 .2 6 4 ) / 3 0 .3 6 2L m Lf LD LW m P a s? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 全塔效率 0 . 2 4 5 0 . 2 4 510 . 4 9 ( ) 0 . 4 9 4 4 . 9 %( 3 . 9 3 5 0 . 3 6 2 )TLE ?? ?? ? ? ?? （ 26） 用逐板計算法求理論塔板層數(shù)和實際塔板數(shù) 采用逐板計算法求理論塔板層數(shù) 總理論塔板數(shù) 12TN ? 塊 （ 包括再沸器）。 從塔頂向下進料板 ? 塊 提餾段實際塔板數(shù) TTNN E? 由以上計算知全塔效率 %TE ? 則： 實際塔板數(shù)： 12 961N ??塊 精餾段實際塔板層數(shù)： 8 .1 160 .4 9 6 1N ??精 塊 提餾段實際塔板層數(shù)： 961N ??提 塊 實際進料位置從塔頂向下第 18塊進料。 精餾塔的工藝條件及有關(guān)物性數(shù)據(jù) [11] 操作溫度的計算 根據(jù)乙醇、水 taxi 的相平衡數(shù)據(jù)可以查得： 塔頂溫度 ? 進料溫度 ? 塔釜溫度 ? 精餾段平均溫度： ? ?7 8 . 4 5 8 2 . 4 5 8 0 . 4 52mtC ???? 提餾段平均溫度： ? ?39。 8 2 . 4 5 9 9 . 6 9 1 . 0 2 52m ???? 操作壓力的計算 塔頂壓力：， kp? 假設(shè)取每層塔板壓降： ap Kp?? 塔底壓強： 101 .3 24 120 .5W D TP P N P KPa? ? ? ? ? ? ? 進料板壓強： 101 .3 16 114 .9FDP P N P K P a? ? ? ? ? ? ? ?精 精餾段平均壓強 ： ? ? ? ?1 0 1 . 3 1 1 4 . 9 1 0 8 . 122FDjm PPP K P a??? ? ? 提餾段平均壓強： ? ? ? ?1 2 2 . 9 1 1 4 . 9 1 1 8 . 9FWTm PPP K P a??? ? ? 平均摩爾質(zhì)量計算 由 全塔效率計算中可得： 塔頂相對揮