无水酒精的制备
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无水酒精的制备
• 恒沸精馏
•利用苯、水和酒精形成低共沸混合物的性质，将苯加入酒
精中进行分馏。苯、 酒精和水三元体系, 在 1atm 下沸点为 64. 85℃, 比酒精的沸点78. 3℃，酒精—水的沸点78. 15℃ 都要低得多。在精馏时苯、水、酒精的三元恒沸混合物从塔 顶馏出。 三元恒沸物的组成(摩尔分率)为苯 0. 554、 酒精 0. 230、 水 0. 226, 其中水对酒精的摩尔比为 0. 98, 比酒精— —水恒沸物的这一摩尔比 0. 12, 要大得多。故只要有足量的 苯作为夹带剂, 在精馏时水将全部集中于三元恒沸物中从塔 顶馏出。多余的苯在68.25℃与酒精形成二元恒沸混合物被 蒸出，而塔底产品为无水酒精。 作为夹带剂的苯在系统中 循环, 补充损失的苯量在正常情况下低于无水酒精产品的1%。 工业多采用此法。
无水酒精的制备
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2020/11/16
无水酒精的制备
•无水酒精
•酒精学名乙醇，它以玉米、小麦、 薯类、糖蜜等为原料，经发酵精馏
而制成。常压下酒精水溶液质量浓 度为95.57%（质量分数）时, 酒精 和水形成共沸物。
•无水酒精，又称绝对酒精，是由 95.57%（质量分数）的酒精经脱水 • 精制而成的含水量较少的酒精。
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无水酒精的制备
•生物质吸附
•1979 年Ladisch 和Dyck最早提出生物质吸附，这一工艺精继承了分子筛吸附低 能耗的优点, 采用生物质吸附剂消除了生产分子筛的污染和能耗, 是分子筛吸附 之后的又一创新，并且利用生物质吸附生产无水酒精的能耗远低于传统精馏法和 分子筛吸附法。其原理为: 生物质高分子中含有大量的亲水基团, 由于水分子与 亲水基团的相互作用, 水可以比乙醇更快更强力的被吸附。
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无水酒精的制备
• 吸水剂脱水法
• 以固体吸水剂（如生石灰、分子筛）或液态吸水剂（如甘油、汽油）脱水。 •生物质吸附（如纤维素、玉米粉、 麦秆、 蔗渣、 淀粉、 半纤维素、 木屑、 其他谷物、 农产品残渣等）
•现在用的比较多 •用离子交换树脂脱水（聚苯乙烯钾型强酸性树脂）
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无水酒精的制备
•膜分离
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•膜分离
•渗透汽化( Pervaporation, 简称PV)
•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 离分离难以分离或不能分离的近沸物、共沸物。
•蒸汽渗透(Vapor Permeation, 简称VP)
•无水酒精的应用方向主要有两个: 一是研究用纯净的无水酒精,其社会 需求量少;二是燃料用无水酒精,这 方面社会需求量巨大,已成为各国能 源的主要补充。
•核心技术就是脱去酒 精与水共沸混合物中
的水含量，使酒精净 含量达到99.5%（质
量分数）以上。
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无水酒精的制备
• 主要方法
•吸水剂脱水法 •特殊的精馏方式 •膜分离 •真空脱水 •超临界流体萃取法
无水酒精的制备
•分子筛吸附
•分子筛吸附法是近20年来发展起来的方法, 它在工业上已经有大规模应用。分 子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体, 它对H2O、NH3、H2 S、CO2 等高极 性分子具有很强的亲和力, 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。
•
•分子筛吸附法实现分离的原理主要是位阻效应。因为水的分子直径只有0.28nm, 而酒精的分子直径为0.44nm, 因此, 水分子可以进入分子筛内部, 而酒精分子则被 阻挡在外,从而实现对水、甲醇等小分子与酒精的选择性吸附分离。
• 生物质吸附 •作为继分子筛 吸附之后的新兴 技术, 尚处于小
型 •验阶段,因为继 承了分子筛吸附 的优点,并具有绿
色 •吸附剂的独特 优势, 使其有望 成为分子筛吸附
的 •保替代工艺。 无水酒精的制备
3rew
演讲完பைடு நூலகம்，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/16
•恒沸精馏：通过向酒精—水溶液添加夹 带剂(如苯、环己烷、戊烷等)进行精馏的, 夹带剂与酒精溶液中的酒精和水形成三元 共沸物,可获得纯度很高的酒精。
•加盐萃取蒸馏：通过加入某种添加剂来 改变原溶液中酒精和水的相对挥发度, 从 而使原料的分离变得容易。在酒精水溶液 中添加萃取剂(如乙二醇、醋酸钾、氯化 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。
无水酒精的制备
•加盐萃取蒸馏
•加盐萃取精馏系在酒精—水溶液中添加一种固体盐，
利用盐效应破坏体系的共沸组成来制取无水酒精的方法。 •由于酒精—水体系中溶入一种固体盐，若此盐在溶液中能 与水分子缔合，则盐的存在增大了酒精的相对挥发度，从而 改变了酒精—水的气液平衡，使其共沸点移动，甚至消失。 •例如，有数据如下： •酒精—水体系的共沸组成为95.57%（质量分数）；当溶有 1%的CaCl2时，共沸组成为96.5% （质量分数）；当CaCl2 为1.5%时，共沸组成为98.0% （质量分数）；当溶有1.8% 的CaCl2时，酒精—水的共沸点即消失。
三组分。
• 膜分离技术因 其膜性能的原因, 尚 处于实验室研究阶 段,未进行大规模工 业化生产, 但是因其 低能耗、 高品质的 优点, 该工艺具备发 展潜力, 随着研究的 不断深入, 使膜性能 符合产业化要求,将 来可以大规模生产 无水酒精。
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• 分子筛吸附 具
•有低能耗、 易 操作、 易批量 生产等优点,已 经大量应用于 无水酒精的规 模化生产, 其发 展前景主要为 进一步优化工 艺参数和提高 吸附剂性能。
混合 物组
分
酒 精— 水
苯— 水
酒 精— 苯
酒 精— 苯— 水
共沸物成分w/% 酒精 水 苯
95.5 7
4.43
-
-
8.83
91.1 7
32.4 - 67.6
18.5 7.4 74.1
沸点 /℃
78.1 5
69.2 5
68.2 5
64.8 5
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• 恒沸精馏
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无水酒精的制备
•
•关于温度对生物质吸附剂吸附性能的影响,一般都认为80～100 ℃是比较理想的 吸附温度。此时,生物质吸附剂对乙醇的吸附相对很小, 可以得到很好的分离效果。 •不过，生物质吸附法制取无水乙醇还是一种新工艺。它的发展还不完善。
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无水酒精的制备
•特殊的精 •馏方式
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•特殊的精馏方式
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• 渗透汽化
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• 不同工艺的比较
•
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•总结
• 精馏工艺作为 生产无水酒精的传 统工艺已经沿用几 十年, 具有工艺成熟、 易于产业化的优点, 但是能耗大、 操作 要求高的劣势使其 逐渐被更先进的工 艺所取代,其发展方 向主要集中于降低 能耗和研发新型第
•渗透汽化过程根据膜的亲水性和亲有机物性, 可分为两类膜: 一类是优先透水性膜, 另一类 是优先透有机物性膜。优先透水性膜适宜分离 含水量低的酒精水混合物, 如共沸物, 可制得 无水酒精;优先透有机物性膜则适宜分离含酒 精量低的酒精水溶液, 如将发酵过程与渗透汽 化过程耦合, 能及时分离出对发酵具有抑制作 用的产物酒精。
•VP 过程实际上相当于气体分离, 膜的两侧均以蒸汽形 •式存在, 过程中没有相变发生。同时, 过热操作是VP 法的 另一个特点。如果操作温度低于进料蒸汽的露点温度, 膜 表面就会凝结料液, 使VP过程变成了PV 过程。
无水酒精的制备
• 渗透汽化
•渗透汽化法( PV) 是目前利用膜法生产无水酒
精的主要方法。渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压 差为推动力, 依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率 不同的性质来实现混合物分离的过程。料液进入渗 透汽化膜分离器,膜后侧保持低的组分分压, 在膜两 侧组分分压差的驱动下, 组分通过膜向膜后侧扩散, 并汽化成蒸汽而离开膜器。其中扩散快的组分较多 的透过膜进入膜后侧, 扩散慢的组分较少的或很少 透过膜,因此可以达到分离料液的目的。
• 恒沸精馏
•利用苯、水和酒精形成低共沸混合物的性质，将苯加入酒
精中进行分馏。苯、 酒精和水三元体系, 在 1atm 下沸点为 64. 85℃, 比酒精的沸点78. 3℃，酒精—水的沸点78. 15℃ 都要低得多。在精馏时苯、水、酒精的三元恒沸混合物从塔 顶馏出。 三元恒沸物的组成(摩尔分率)为苯 0. 554、 酒精 0. 230、 水 0. 226, 其中水对酒精的摩尔比为 0. 98, 比酒精— —水恒沸物的这一摩尔比 0. 12, 要大得多。故只要有足量的 苯作为夹带剂, 在精馏时水将全部集中于三元恒沸物中从塔 顶馏出。多余的苯在68.25℃与酒精形成二元恒沸混合物被 蒸出，而塔底产品为无水酒精。 作为夹带剂的苯在系统中 循环, 补充损失的苯量在正常情况下低于无水酒精产品的1%。 工业多采用此法。
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无水酒精的制备
•无水酒精
•酒精学名乙醇，它以玉米、小麦、 薯类、糖蜜等为原料，经发酵精馏
而制成。常压下酒精水溶液质量浓 度为95.57%（质量分数）时, 酒精 和水形成共沸物。
•无水酒精，又称绝对酒精，是由 95.57%（质量分数）的酒精经脱水 • 精制而成的含水量较少的酒精。
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无水酒精的制备
•生物质吸附
•1979 年Ladisch 和Dyck最早提出生物质吸附，这一工艺精继承了分子筛吸附低 能耗的优点, 采用生物质吸附剂消除了生产分子筛的污染和能耗, 是分子筛吸附 之后的又一创新，并且利用生物质吸附生产无水酒精的能耗远低于传统精馏法和 分子筛吸附法。其原理为: 生物质高分子中含有大量的亲水基团, 由于水分子与 亲水基团的相互作用, 水可以比乙醇更快更强力的被吸附。
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• 吸水剂脱水法
• 以固体吸水剂（如生石灰、分子筛）或液态吸水剂（如甘油、汽油）脱水。 •生物质吸附（如纤维素、玉米粉、 麦秆、 蔗渣、 淀粉、 半纤维素、 木屑、 其他谷物、 农产品残渣等）
•现在用的比较多 •用离子交换树脂脱水（聚苯乙烯钾型强酸性树脂）
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•膜分离
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•膜分离
•渗透汽化( Pervaporation, 简称PV)
•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 离分离难以分离或不能分离的近沸物、共沸物。
•蒸汽渗透(Vapor Permeation, 简称VP)
•无水酒精的应用方向主要有两个: 一是研究用纯净的无水酒精,其社会 需求量少;二是燃料用无水酒精,这 方面社会需求量巨大,已成为各国能 源的主要补充。
•核心技术就是脱去酒 精与水共沸混合物中
的水含量，使酒精净 含量达到99.5%（质
量分数）以上。
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无水酒精的制备
• 主要方法
•吸水剂脱水法 •特殊的精馏方式 •膜分离 •真空脱水 •超临界流体萃取法
无水酒精的制备
•分子筛吸附
•分子筛吸附法是近20年来发展起来的方法, 它在工业上已经有大规模应用。分 子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体, 它对H2O、NH3、H2 S、CO2 等高极 性分子具有很强的亲和力, 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。
•
•分子筛吸附法实现分离的原理主要是位阻效应。因为水的分子直径只有0.28nm, 而酒精的分子直径为0.44nm, 因此, 水分子可以进入分子筛内部, 而酒精分子则被 阻挡在外,从而实现对水、甲醇等小分子与酒精的选择性吸附分离。
• 生物质吸附 •作为继分子筛 吸附之后的新兴 技术, 尚处于小
型 •验阶段,因为继 承了分子筛吸附 的优点,并具有绿
色 •吸附剂的独特 优势, 使其有望 成为分子筛吸附
的 •保替代工艺。 无水酒精的制备
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•恒沸精馏：通过向酒精—水溶液添加夹 带剂(如苯、环己烷、戊烷等)进行精馏的, 夹带剂与酒精溶液中的酒精和水形成三元 共沸物,可获得纯度很高的酒精。
•加盐萃取蒸馏：通过加入某种添加剂来 改变原溶液中酒精和水的相对挥发度, 从 而使原料的分离变得容易。在酒精水溶液 中添加萃取剂(如乙二醇、醋酸钾、氯化 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。
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•加盐萃取蒸馏
•加盐萃取精馏系在酒精—水溶液中添加一种固体盐，
利用盐效应破坏体系的共沸组成来制取无水酒精的方法。 •由于酒精—水体系中溶入一种固体盐，若此盐在溶液中能 与水分子缔合，则盐的存在增大了酒精的相对挥发度，从而 改变了酒精—水的气液平衡，使其共沸点移动，甚至消失。 •例如，有数据如下： •酒精—水体系的共沸组成为95.57%（质量分数）；当溶有 1%的CaCl2时，共沸组成为96.5% （质量分数）；当CaCl2 为1.5%时，共沸组成为98.0% （质量分数）；当溶有1.8% 的CaCl2时，酒精—水的共沸点即消失。
三组分。
• 膜分离技术因 其膜性能的原因, 尚 处于实验室研究阶 段,未进行大规模工 业化生产, 但是因其 低能耗、 高品质的 优点, 该工艺具备发 展潜力, 随着研究的 不断深入, 使膜性能 符合产业化要求,将 来可以大规模生产 无水酒精。
PPT文档演模板
• 分子筛吸附 具
•有低能耗、 易 操作、 易批量 生产等优点,已 经大量应用于 无水酒精的规 模化生产, 其发 展前景主要为 进一步优化工 艺参数和提高 吸附剂性能。
混合 物组
分
酒 精— 水
苯— 水
酒 精— 苯
酒 精— 苯— 水
共沸物成分w/% 酒精 水 苯
95.5 7
4.43
-
-
8.83
91.1 7
32.4 - 67.6
18.5 7.4 74.1
沸点 /℃
78.1 5
69.2 5
68.2 5
64.8 5
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无水酒精的制备
• 恒沸精馏
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•
•关于温度对生物质吸附剂吸附性能的影响,一般都认为80～100 ℃是比较理想的 吸附温度。此时,生物质吸附剂对乙醇的吸附相对很小, 可以得到很好的分离效果。 •不过，生物质吸附法制取无水乙醇还是一种新工艺。它的发展还不完善。
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无水酒精的制备
•特殊的精 •馏方式
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•特殊的精馏方式
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无水酒精的制备
• 渗透汽化
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无水酒精的制备
• 不同工艺的比较
•
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无水酒精的制备
•总结
• 精馏工艺作为 生产无水酒精的传 统工艺已经沿用几 十年, 具有工艺成熟、 易于产业化的优点, 但是能耗大、 操作 要求高的劣势使其 逐渐被更先进的工 艺所取代,其发展方 向主要集中于降低 能耗和研发新型第
•渗透汽化过程根据膜的亲水性和亲有机物性, 可分为两类膜: 一类是优先透水性膜, 另一类 是优先透有机物性膜。优先透水性膜适宜分离 含水量低的酒精水混合物, 如共沸物, 可制得 无水酒精;优先透有机物性膜则适宜分离含酒 精量低的酒精水溶液, 如将发酵过程与渗透汽 化过程耦合, 能及时分离出对发酵具有抑制作 用的产物酒精。
•VP 过程实际上相当于气体分离, 膜的两侧均以蒸汽形 •式存在, 过程中没有相变发生。同时, 过热操作是VP 法的 另一个特点。如果操作温度低于进料蒸汽的露点温度, 膜 表面就会凝结料液, 使VP过程变成了PV 过程。
无水酒精的制备
• 渗透汽化
•渗透汽化法( PV) 是目前利用膜法生产无水酒
精的主要方法。渗透汽化是以混合物中组分蒸汽压 差为推动力, 依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率 不同的性质来实现混合物分离的过程。料液进入渗 透汽化膜分离器,膜后侧保持低的组分分压, 在膜两 侧组分分压差的驱动下, 组分通过膜向膜后侧扩散, 并汽化成蒸汽而离开膜器。其中扩散快的组分较多 的透过膜进入膜后侧, 扩散慢的组分较少的或很少 透过膜,因此可以达到分离料液的目的。