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共沸精馏法是目前工业化生产无水乙醇的主要方法,但存在着能耗较高,夹带剂易引起污染等问题。例如,苯作为一种夹带剂,相应的工艺已相当成熟,但由于苯有剧毒,因此不能生产用于化妆品、医药和国防等用的无水乙醇。有鉴于此,能耗较低且绿色环保的减压精馏法就开始显现出市场潜力。目前对于减压精馏法制备无水乙醇的研究几乎未见报道,笔者通过实验对此法进行初步的研究,同时应用化工过程模拟软件ASPEN PLUS 11 .1模拟计算实验结果。通过比较实验值与模拟值,再结合文献数据回归修正模拟软件中NRTL方程的二元参数,使其能够较为准确的预测乙醇一水体系的减压精馏过程。在此基础上对年产1万吨无水乙醇减压精馏工艺进行模拟计算和工艺优化,同时提出热泵减压精馏生产无水乙醇新工艺并进行经济性分析,对无水乙醇的工业放大、工艺改造以及生产调整具有指导意义,可以节省大量的人力和物力资源,提高工作效率,降低生产成本。通过实验及模拟计算,得到以下结论:(1) ASPEN中自带的乙醇一水二元相互作用参数可以准确预测常压精馏组成,却不能准确预测减压精馏组成。通过在6.7KPa、9.3KPa、12.7KPa和13.3KPa几种低压情况下,分析ASPEN中乙醇一水体系相图的局部放大图,发现ASPEN计算相平衡时已经偏离了实际曲线,从13.3KPa的共沸组成97.73%(wt%),到6.7KPa下的共沸组成98.31%(wt%),都反映了四种低压下通过ASPEN自带的二元交互参数计算后无法制得99.5%以上浓度酒精。事实上,当压力在95mmHg (12.7KPa)以下时,共沸混合物就不存在了。因此在真空下,ASPEN软件数据库中乙醇一水体系的共沸组成需要利用文献中实测的数据来进行修正。(2)利用文献中6.7 KPa下的气液平衡数据进行回归,得到新的二元交互作用参数为:Aij=-8.88099;Aji=3.76722;Bij=2585.555;Bji=-699.4163。然后用回归后的ASPEN模型进行模拟计算,其模拟值与实验值能较好的吻合。因此通过回归修正后的ASPEN的减压精馏模型可以预测减压精馏后的相关结果。(3)用ASPEN PLUS对年产1万吨无水乙醇减压精馏工艺进行了模拟计算。对预精馏塔和主精馏塔进行单独模拟,分别得到其最佳工艺条件。预精馏塔:采出量1480kg/h,回流比为2.5,塔板数为50,在第25块塔板进料;主精馏塔:采出量1390 kg/h,回流比为1.7,塔板数为240,在第150块塔板进料。在此基础上,为了降低能耗,进行全流程的模拟优化,选择常压精馏到91%,二塔的再沸器热负荷最小。(4)为提高热能品味,减少有效能的损失,开发出热泵减压精馏生产无水乙醇新工艺,该工艺与普通共沸精馏法相比,可以节约84%的能耗和150kt的水,每年可节约操作费用1347.2万元以上。投资费用却只增加了24%,净增投资总额211.5-69=142.5万元。因此,热泵减压精馏工艺是一种经济-节能-环保的清洁生产工艺。