乙醇脱水制备无水乙醇精馏工艺模拟设计开题报告

1. 研究目的与意义

无水乙醇(c2h50)为无色透明、易燃、具有果实味的液体，其沸点为78.5℃(常压下)，比重0.7893。无水乙醇是指含乙醇99％(重量比)以上的酒精溶液，它是一种重要的基本有机化工原料，常作为有机溶剂，广泛应用在油漆、染料、制药、医用、化妆品、橡胶、电子制造业等领域。无水乙醇还能以最高20％的比例溶解在汽油中，形成稳定的混合物俗称汽油醇，汽油醇可作为汽车的燃料，一方面其可以替代传统上用重金属铅化合物来提高汽油燃烧稳定性，预防和减少铅对大气和人类的污染。另一方面，可以减少汽油燃烧造成的尾气污染。工业乙醇脱水制备无水乙醇的方法主要有生石灰法、醋酸钾和醋酸钠混合液脱水法、淀粉吸附法、真空蒸馏法以及实现工业规模的萃取精馏法、分子筛脱水法、膜分离法以及恒沸精馏法等。

萃取精馏通常含义是通过向接近精馏塔的顶部连续加入比需分离组分相对挥发度低的物质(溶剂)，以改变塔内需要分离组分的相对挥发度。一些学者研究发现通过萃取精馏的方法也能使形成共沸体系的物系分离，这就是逆络合分离技术，它是利用络合分离剂来改善和增加分离工艺能力和降低能耗的一种技术。分子筛是一类具有骨架结构的硅铝酸盐晶体。晶体内的阳离子和水分子在骨架中有很大的移动自由度，可进行阳离子交换和可逆地脱水。而共沸精馏是在两组分恒沸液中加入第三组分(称为夹带剂)，该组分能与原料中的一个或两个组分形成新的恒沸物，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离。精馏操作是分离液体混合物常用的操作，广泛应用于化工、炼油等工业中，它通过汽液两相的直接接触，利用组分挥发度的不同，使易挥发组分由液相向气相传递，难挥发组分由气相向液相传递，是汽、液两相之间的传质过程。精馏操作设备投资少，分离精度高，可根据需要生产出高纯度的产品。

共沸精馏法生产无水乙醇的基本原理就是在乙醇水溶液中加入脱水剂（如苯、环己烷、乙二醇、甘油等），乙醇、水与脱水剂混合物中会形成一系列的多元共沸物，其中乙醇—水—脱水剂组成的三元共沸物的沸点最低，而且其组成中水的百分含量高于乙醇—水二元共沸物中水的含量。根据这一原理，按其工艺特性进行蒸馏时，水会被三元共沸物带走以达到脱水目的。共沸精馏具有经济指标合理，质量进一步提高，产量大，能耗较低，机械化程度高，便于自动控制等优点。通过对本课题的研究，特殊精馏相比普通精馏对制备无水乙醇具有重要意义。

2. 研究内容和预期目标

主要内容:了解无水乙醇现有主要的生产方法及工艺流程。确定本设计采用的方法，并对所选定的设计方案进行工艺设计。预期目标:完成有关无水乙醇的生产方法的文献综述;对确定的设计方案予以叙述和说明;完成过程及设备的工艺计算;制定各单元设备的自控方案;对车间及设备进行工艺设计，并绘制工程图纸。

3. 研究的方法与步骤

通过查阅文献资料，了解无水乙醇生产方法。利用对比分析的方法，确定工艺设计方案。利用AspenPlus软件辅助进行物料衡算、热量衡算、管路计算及设备选型及设计等工艺计算，确定所需精馏设备的尺寸和类型，连接管路的直径、安装高度和安装位置以及车间和厂房的建筑尺寸等。根据工艺操作条件确定单元设备的自控方案。依据精馏设备的布置要求确定车间布置方案。依据工艺计算的结果，通过计算机及手绘画出乙醇脱水制备无水乙醇的精馏车间物料流程图、带控制点的工艺流程图、设备设计条件图、设备平面及立面布置图等。

4. 参考文献

[1] 李国庭，胡永琪. 化工设计及案例分析.北京：化学工业出版社，2016

[2] 梁凤凯、舒均杰.有机化工生产技术.化学工业出版社，2003

[3] 潭蔚. 化工设备设计基础.天津: 天津大学出版社，2000

5. 计划与进度安排

（1）2020年12月28日-2021年3月9日：查阅资料，编写文献综述；

（2）2022年3月10日-2022年3月12日：完成开题报告；

（3）2021年3月15日-2021年3月26日：修改开题报告，确定生产方法，设计工艺流程；