%94分离乙醇_水系统板效率的测定与优化

第11卷第19期2011年7月1671—1815（2011）19-4654-03
科学技术与工程
Science Technology and Engineering
Vol.11No.19July 2011?2011Sci.Tech.Engng.
化工技术
板式塔分离乙醇-水系统板效率的测定与优化
袁旭宏
1
熊双喜
2*
（台州职业技术学院生化系1，台卅318000；台州学院医药化工学院2，临海317000）
摘要对废液中低浓度乙醇的回收再利用进行了研究，主要对精馏过程中的不同实验条件进行了测定，得出了塔釜加热电
压，塔釜液浓度，回流比等实验条件与默弗里板效率之间的关系，并用计算机绘制了对应图表，从而确定一组最优的精馏条件。

关键词
精馏
乙醇条件参数
默弗里板效率
中图法分类号
TQ028．31；
文献标志码
A
2011年3月21日收到
第一作者简介：袁旭宏（1972—），男，汉族，湖南湘潭人，硕士，研究方向：化工和医药中间体的研制。

*
通信作者简介：熊双喜（1953—），男，副教授，湖南道县人，研究
方向：分离工程。

E-
mail ：xsxi@tzc．edu．cn 。

乙醇是一种重要的精细有机化工产品，也是一种常用的化学试剂，在电子、溶剂、制药、涂料工业中及作为汽车燃料等领域，
用量不断增加。

无论是采用玉米，薯类等发酵法还是乙醇水合法制出的乙醇浓度一般只有10%左右，无法满足各个方面要求，
且在工业生产的废液中含有大量的低浓度乙醇，所以低浓度乙醇的提纯和回收再利用的研究与开发已十分活跃
〔1，2〕。

通过板式精馏塔对低浓度乙醇的提纯是化工工业中最常用的一种方法，
但提纯过程中精馏塔的很多参数都需要确定与优化，通过实验得出了大量的实验数据，通过计算机绘图可以找出最优的一组实验参数，
在这组参数下进行提纯将会节约大量能源同时又可提高产品质量。

1
实验部分
1．1
实验装置
实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有
加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。

实验装置图如图1所示。

图1
精馏塔过程示意图
1．2实验分析条件
实验采用温岭市福立分析仪器公司GC9790型
气相色谱，载气为氢气，柱为φ3mm 、壁厚0．5mm 、高2000mm 不锈钢填充柱。

固定相为GDX —101白色担体，老化温度200ħ，最高使用温度220ħ。

热导检测，汽化室温度170ħ，柱温120ħ，检测室温度200ħ，柱前压0．11MPa，进样量0．5μL，应用软件为浙大N2000色谱工作站。

1．3实验步骤
1．3．1板效率的定义
单板效率又称默弗里板效率，是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比。

对第n块板（至上而下数），其单板效率定义式为
E
MV =
y
n
－y
n+1
y*
n
－y
n+1
；E
ML
=
x
n－1
－x
n
x
n－1
－x*
n。

式中y*
n 为与x
n
成平衡的气相中易挥发组分的摩尔
分率；x*
n 为与y
n
成平衡的液相中易挥发组分的摩
尔分率；E
MV 为气相默弗里效率；E
ML
为液相默弗里
效率。

上式表示从n－1下来的液体x
n－1
与n+1板上
去的气体组成为y
n+1
的蒸气在n板相遇
1．3．2步骤
实验可分为以下步骤。

首先在全回流下，对不同加热电压和不同塔釜液与默弗里板效率关系进行比较分析［3］，找出一组最佳操作条件。

然后在最佳操作电压与塔釜浓度下进行部分回流，对不同回流比和不同塔釜液下默弗里板效率关系比较分析［4］，得出对间歇式精馏的最佳操作条件。

2结果与讨论
2．1全回流改变塔釜加热电压对默弗里板效率的影响实验条件：向塔釜加入20%乙醇水溶液（用工业乙醇配制），设定不同塔釜加热（依次180V，210V，240V，270V）进行全回流操作，待体系达到平衡时，对第9板和第10板气液两相进行取样分析，送气相气谱仪分析。

计算默弗里板效率，并做出默弗里板效率—塔釜加热电压曲线（图2）。

图2全回流塔釜加热电压对默弗里板效率的影响
实验结果：由图2可以知道，随塔釜加热电压的升高，在（180—250）V之间，默弗里板效率呈上升趋势，但若继续加大加热电压，此时默弗里板效率会趋于基本不变。

因此通过此部分实验可知其最优塔釜加热电压为250V。

2．2全回流改变塔釜液浓度对默弗里板效率的影响
实验条件：确定塔釜加热电压250V不变，设定不同塔釜液浓度（10%，20%，30%，40%，50%）进行全回流，待体系达到平衡时，对第9板和第10板气液两相进行取样分析，送气相气谱仪分析。

计算默弗里板效率，并做出默弗里板效率-塔釜加热电压曲线（图3）。

图3全回流不同塔釜液浓度与默弗里板效率关系
实验结果：由图3可以看出，随塔釜液浓度的升高，默弗里板效率呈明显上升趋势，但超过40%以后，塔釜液浓度继续加大时，默弗里板效率变化并不大，所以通过上述实验，可以选取一个最优塔釜液浓度40%。

2．3改变回流比对默弗里板效率的影响
实验条件：向塔釜加入40%乙醇水溶液，设定塔釜加热温度为250V，进料浓度30%。

待全回流稳定后，设定回流比R（1．6ʒ1，2．0ʒ1，2．4ʒ1，2．8ʒ1，3．2ʒ1），进行部分回流操作，待体系达到平
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19期袁旭宏，等：板式塔分离乙醇-水系统板效率的测定与优化
衡时，对第9板和第10板气液两相进行取样，送气相气谱仪分析，
计算默弗里板效率，并作出默弗里板效率-回流比曲线（图4）。

实验结果：由图5可以看出，增大回流比可以提高默弗里板效率，但实际上这样做时将极大地增加能耗
［5］
，且回流比在2．8以后，默弗里板效率变化坡
度不大，所以可以选择2．8作为实验的最佳回流比，但在实际生产中，还是要根据需要分离要求来选择合适的回流比。

图4回流比对默弗里板效率的影响
3结论
本实验通过乙醇-水系统在板式精馏塔中对默
弗里板效率的影响因素的优化，确定了一些操作条件。

首先通过全回流确定塔釜加热电压，塔釜液浓度与默弗里板效率影响关系，再在部分回流下确定回流比，
并论证部分回流下塔釜液浓度与默弗里板效率影响关系，从而得出一组优化后的分操作参数，塔釜加热电压为250V ，回流比为2．8：1，全回流时塔釜液浓度为40%，但这些参数只是在实验室内的小型塔器中得出，
在用废液回收乙醇的实际操作时，
还是要针对企业自身情况选择适宜的操作方式进行间歇精馏。

参
考文献
1
马晓建，吴
勇，牛青川．无水乙醇制备的研究进展，现代化工，
2005；25（1）：26—292
张清奎，钱万成，蒋维钧，等．加盐萃取精馏的研究（III ）．石油化工，1984；13（1）：11—143刘家祺主编．分离过程．北京：化学工业出版社，
20014
贾绍文，柴诚敬主编．化工原理课程设计．天津：天津大学出版社，2002；85
陈敏恒，丛德滋．化工原理（下册）．北京：化学工业出版社，2000：95—114．
Determineand Optimize Tray Efficiency for Distillation Ethanol-water System
YNAN Xu-hong 2，XIONG Shuang-xi 2*
（Taizhou Vocational ＆Technical College 1，Taizhou 318000，P．R．China ；Department of Medical Chemistry ，Taizhou University 2，Linhai 317000，P．R．China ）
［Abstract ］The study of recycling and reuse of low concentration ethanol in wastewater are introduced ，the differ-ent experimental conditions of distillation process with low concentration are measured mainly ，
the relationship of calefaction voltage ，bottom's liquid concentration ，and other experimental conditions than reflux ratio between the Murphree tray efficiency are obtained ，and a computer chat to determine a group of optimal experimental conditions is drawn．
［Key words ］distillation
ethanol
parameters
the murphree tray efficiency
6564科学技术与工程11卷。