化工熱力學大作業(yè)示例

化工熱力學

大作業(yè)化學工程與工藝一班

（1）計算101.3kPa下，乙醇（1）-水（2）體系汽液平衡數(shù)據(jù)1＞泡點溫度和組成的計算已知：平衡壓力P,液相組成x1,x2???xNV、iXiPSisPV、iXiPSisP?VVi Vi/ Vi泡點溫度T,汽相組成V1,y2???亦用以下流程計算:可得到泡點溫度和組成2＞露點溫度和組成的計算已知P,yi,XiPyi?VXiXi/Xi打印結(jié)果打印結(jié)果r*超露點溫度T,液相組成X1,X2???詠用以下流程計算:輸入戶及各『j

設(shè),，令所有九=1計算全部兄行小計算全部為 ＜一所有為歸一化

計算全部為否變化;RunType;RunType為物性分析(PropertyAnalysis)可得到露點溫度和組成計算過程運用化工軟件Aspen計算選擇模板為GeneralwithMetricUnits

組分為乙醇（C2H5OH）和水（H2O）物性方法為NRTL-RK乙醇及水的流率均設(shè)為50kmol/h初輸入溫度為25C,壓力為101.325KPa。設(shè)定可調(diào)變量為乙醇的摩爾分數(shù)，變化范圍 0—1,增量為0.05,則可取20個點。選擇物性參數(shù)露點溫度（TDEW）及泡點溫度（TBUB）,溫度均為C。最后以乙醇摩爾分數(shù)為X坐標，露點溫度（TDEW）及泡點溫度（TBUB）為Y坐標,得到下表及下圖。MOLEFRACTOTALTOTALETHAN-01TDEWTBUBCC0100.0106100.01060.0598.6885790.359150.197.3168786.314460.1595.8922884.194050.294.4108582.92430.2592.8692582.074070.391.2643281.443040.3589.5945380.931560.487.8613380.4890.4586.0747680.09030.584.2642179.724390.5582.5076279.387780.680.9773979.081380.6579.8441578.808490.779.0836478.57380.7578.5970478.382780.878.3085278.241390.8578.1658778.156650.978.1333978.133310.9578.1856678.17984178.3036378.30363乙醇取不同摩爾分率時對應的不同泡點溫度及露點溫度表PropertiesAnalysisPT-1(GENERIC)ResultsResults - TOTALTDEW TOTALTBUBcerhtarf-pmftcerhtarf-pmft00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.95 1MOLEFRACETHAN-01露點溫度及泡點溫度圖(2)判斷是否有共沸組成并計算該點組成及溫度；并與文獻數(shù)據(jù)對比

5a-874-R753-R70^-875^Z870Z875187^—8750^09/cErutarehme—5a-874-R753-R70^-875^Z870Z875187^—8750^09/cErutarehme—PropertiesAnalysisPT-1(GENERC)ResultsResults——一——TOTALTDEW————TOTALTBUB0.82 0.84 0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98MOLEFRACETHAN-01由圖可得，在X=0.9時泡點線與露點線相交，表明有共沸點。共沸點的組成為乙醇摩爾分率 0.9,水的摩爾分率0.15,共沸溫度為78.15C。查表液相摩爾分數(shù)X氣相摩爾分數(shù)y溫度t/c001000.0190.1795.50.07210.3891890.09660.437586.70.12380.470485.30.16610.508984.10.23370.544582.70.26080.55882.30.32730.582681.50.39650.612280.70.50790.656479.80.51980.659979.70.57320.684179.30.67630.738578.740.74720.781578.410.89430.894378.15101.325KPa下，乙醇摩爾分率為0.8943有共沸點，共沸溫度為78.15C。兩者數(shù)據(jù)接近。(3)怎樣才能從20wt%希酒精得到無水乙醇以作為汽車燃料?a）共沸精餾法共沸精餾（恒沸精餾）工藝是在常壓無法制取無水乙醇的情況下，通過向乙醇一水溶液添加夾帶劑（如苯、環(huán)己烷、戊烷等）進行精餾的，夾帶劑與乙醇溶液中的乙醇和水形成三元共沸物，可獲得純度很高的乙醇。b）萃取精餾法萃取精餾法是通過加入某種添加劑來改變原溶液中乙醇和水的相對揮發(fā)度，從而使原料的分離變得容易。在乙醇水溶液中添加萃取劑（如乙二醇、醋酸鉀、氯化鈣、氯化鈉、氯化銅、乙二醇的鹽溶液等 ）可以改變其平衡曲線，從而可以使難分離物系轉(zhuǎn)化為容易分離的物系、分離成本降低。c）膜分離法膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能、無污染的特點，是一種很有前景的新技術(shù)，分為滲透汽化和蒸氣滲透。滲透汽化利用膜對液體混合物中各組分溶解擴散性能的不同而實現(xiàn)其分離的，是膜分離技術(shù)的熱點研究，適宜于用蒸餾法分離難以分離或不能分離的近沸物、共沸物。分子篩吸附法分子篩對H:QNHH、HS、CO等高極性分子具有很強的親和力，特別是對水，在低分壓或低濃度、高溫等十分苛刻的條件下仍有很高的吸附容量。分子篩可用于高溫吸附，用于乙醇脫水的典型分子篩為間隙通道的平均巾為 0.3nm,水分子的書為0.28nmi能進入分子篩的內(nèi)部被吸附；而乙醇分子由為 0.44nm^能進入孔內(nèi)，直接從外面流出不被吸附。分子篩法自動化程度高，勞動強度小，產(chǎn)品質(zhì)量好，無環(huán)境污染，適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，但再生時能耗較高。生物質(zhì)吸附法淀粉質(zhì)、纖維素質(zhì)等生物質(zhì)對水都有一定的選擇吸附性，研究表明，生物質(zhì)選擇性吸附水，起主要作用的是淀粉，纖維素、半纖維素等生物成分也有一定的吸附性能，但吸附容量較?。坏矸圪|(zhì)吸附效果好，吸附容量能滿足工業(yè)需要，美國用玉米粉作為燃料乙醇脫水的吸附劑。引用文獻：作者： 馬曉建，吳勇，牛青川題目：《無水乙醇制備的研究進展》雜志：《現(xiàn)代化工》摘要： 介紹了采用精餾法、 分子篩分離法、膜分離法和作物吸附法制備無水乙醇的方法及其近年來無水乙醇制備的新進展。評述了這些方法的優(yōu)缺點，并且指出如何改進產(chǎn)品質(zhì)量和降低生產(chǎn)的能耗。最后，展望了無水乙醇制備的發(fā)展前景，同時對我國無水乙醇研究與開發(fā)提出了一些建議。作者： 孫德芳，邵是，周政，許開天，張志炳題目：《減壓精餾法制備無水乙醇的研究》雜志：《現(xiàn)代化工》摘要： 通過實驗對減壓精餾法制備無水乙醇進行了初步的研究，同時利用文獻數(shù)據(jù)對ASPENPLUS1．11進行擬合修正。在此基礎(chǔ)上提出了熱泵減壓精餾生產(chǎn)新工藝，通過模擬計算，可知該工藝生產(chǎn)單位體積的無水乙醇與其他現(xiàn)有工藝比， 可以節(jié)省40%?80%的能耗。作者： 李浩題目：《分子篩吸附法制無水乙醇的機理及工藝》雜志：《山西化工》摘要：闡述了分子篩吸附法制取無水乙醇過程中的脫水原理、吸附傳質(zhì)的機理 ,介紹了水在3A分子篩上的吸附等溫曲線的模型。對吸附過程、脫附過程的工藝條件 ,以及整個工藝流程進行了探討。為實際設(shè)計和生產(chǎn)過程提供理論依據(jù)和指導。作者： 吳曉莉 ,靖戀,尹卓容題目： 《加鹽萃取蒸餾生產(chǎn)無水乙醇》雜志： 《釀酒》摘要：研究了氯化鈣、氯化鈉和氯化銅對乙醇揮發(fā)系數(shù)的影響以及鹽濃度對乙醇揮發(fā)系數(shù)的影響,氯化鈣、氯化鈉和氯化銅分別使乙醇的揮發(fā)系數(shù)提高了0.2、0.3、0.54,氯化鈣效果較好并確定其最適添加量為30%(w/w)。最終制備出99.6%(v/v)的無水乙醇。作者： 劉永新 ,費德君,涂敏端題目：《用NRTLT程預測部分互溶體系的汽液平衡》雜志：《化學工業(yè)與工程》摘要：用五參數(shù)NRT時程,對辛烷-水二元部分互溶全系的汽-液相平衡數(shù)據(jù)和液-液相平衡數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián),并用液-液相平衡數(shù)據(jù)優(yōu)化所得的參數(shù) ,預測汽液相平衡 ,關(guān)聯(lián)和預測的結(jié)果均能滿足工程設(shè)計要求。作者：武志剛高建峰題目： 《谷物吸附法制備無水乙醇》雜志： 《食品工業(yè)科技》摘要： 以玉米粉作為吸附劑制備了無水乙醇 . 研究了制備過程中的影響因素如吸附劑粒度、用量、加熱功率及吸附床夾套溫度等對產(chǎn)品中乙醇質(zhì)量分數(shù)的影響 .研究結(jié)果表明玉米粉作為吸附劑制備無水乙醇的工藝是可行的 .在吸附劑粒度為40?60目，吸附劑用量為50g,加熱套加熱功率為70?80W,吸附床夾套溫度選用80?85c的條件下，可制得質(zhì)量分數(shù)大于 99.2%的無水乙醇 .作者：唐艷紅；熊興耀；譚興和；李清明；張濤；張艷艷；李美群；題目：《無水乙醇制備方法的研究進展》雜志：《中國釀造》摘要：介紹了共沸精餾法、萃取精餾法、膜分離法和吸附法制備無水乙醇的方法及其研究進展 ,并評價了各種制備方法的優(yōu)缺點 ,闡述了燃料酒精在國內(nèi)外發(fā)展進程, 分析了燃料酒精快速發(fā)展的原因,介紹了目前燃料酒精生產(chǎn)中需要解決的問題及對策。作者： 岳