无水酒精的制备.ppt

无水酒精的制备方法介绍2021/9/211无水酒精 酒精学名乙醇，它以玉米、小麦酒精学名乙醇，它以玉米、小麦、薯类薯类、糖蜜等为原料，经发酵精馏糖蜜等为原料，经发酵精馏而制成。常压下酒精水溶液质量浓而制成。常压下酒精水溶液质量浓度为度为95.57%（质量分数）时（质量分数）时,酒精酒精和水形成共沸物。和水形成共沸物。无水酒精，又称绝对酒精，是由无水酒精，又称绝对酒精，是由95.57%（质量分数）的酒精经脱水（质量分数）的酒精经脱水精制而成的含水量较少的酒精。精制而成的含水量较少的酒精。无水酒精的应用方向主要有两个无水酒精的应用方向主要有两个:一一是研究用纯净的无水酒精是研究用纯净的无水酒精,其社会需其社会需求量少求量少;二是燃料用无水酒精二是燃料用无水酒精,这方这方面社会需求量巨大面社会需求量巨大,已成为各国能源已成为各国能源的主要补充。的主要补充。核心技术就是脱去酒核心技术就是脱去酒精与水共沸混合物中精与水共沸混合物中的水含量，使酒精净的水含量，使酒精净含量达到含量达到99.5%（质量（质量分数）以上。分数）以上。2021/9/212 主要方法主要方法吸水剂脱水法吸水剂脱水法特殊的精馏方式特殊的精馏方式膜分离膜分离真空脱水真空脱水超临界流体萃取法超临界流体萃取法2021/9/213 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）用离子交换树脂脱水（聚苯乙烯钾型强酸性树脂）现在用的比较多现在用的比较多现在用的比较多现在用的比较多2021/9/214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。2021/9/215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。关于温度对生物质吸附剂吸附性能的影响,一般都认为80100 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。2021/9/216特殊的精馏方式特殊的精馏方式恒沸精馏恒沸精馏：通过向酒精：通过向酒精水溶液添加夹带水溶液添加夹带剂剂(如苯、环己烷、戊烷等如苯、环己烷、戊烷等)进行精馏的进行精馏的,夹带剂与酒精溶液中的酒精和水形成三元夹带剂与酒精溶液中的酒精和水形成三元共沸物共沸物,可获得纯度很高的酒精。可获得纯度很高的酒精。加盐萃取蒸馏加盐萃取蒸馏：通过加入某种添加剂来改：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变原溶液中酒精和水的相对挥发度,从而从而使原料的分离变得容易。在酒精水溶液中使原料的分离变得容易。在酒精水溶液中添加萃取剂添加萃取剂(如乙二醇、醋酸钾、氯化钙、如乙二醇、醋酸钾、氯化钙、氯化钠、氯化铜、乙二醇的盐溶液等氯化钠、氯化铜、乙二醇的盐溶液等)可可以改变其平衡曲线以改变其平衡曲线,从而可以使难分离物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。系转化为容易分离的物系、分离成本降低。特殊的精特殊的精特殊的精特殊的精馏方式馏方式馏方式馏方式2021/9/217 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、中进行分馏。苯、酒精和水三元体系酒精和水三元体系,在在 1atm 下沸点为下沸点为64.85,比酒精的沸点比酒精的沸点78.3，酒精，酒精水的沸点水的沸点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。顶馏出。三元恒沸物的组成三元恒沸物的组成(摩尔分率摩尔分率)为苯为苯 0.554、酒精酒精 0.230、水水 0.226,其中水对酒精的摩尔比为其中水对酒精的摩尔比为 0.98,比酒精比酒精水恒沸物的这一摩尔比水恒沸物的这一摩尔比 0.12,要大得多。故只要有足量要大得多。故只要有足量的苯作为夹带剂的苯作为夹带剂,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。多余的苯在塔顶馏出。多余的苯在68.25与酒精形成二元恒沸混合物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。被蒸出，而塔底产品为无水酒精。作为夹带剂的苯在系统作为夹带剂的苯在系统中循环中循环,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。工业多采用此法。混合混合物物组组分分共沸物成分共沸物成分w/%沸点沸点/酒精酒精水水苯苯酒精酒精水水95.574.43-78.15苯苯水水-8.8391.1769.25酒精酒精苯苯32.4-67.668.25酒精酒精苯苯水水18.57.474.164.852021/9/218 恒沸精馏2021/9/219加盐萃取蒸馏加盐萃取蒸馏加盐萃取精馏加盐萃取精馏系在酒精系在酒精水溶液中添加一种固体盐，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。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，从而改变了酒精变了酒精水的气液平衡，使其共沸点移动，甚至消失。水的气液平衡，使其共沸点移动，甚至消失。例如，有数据如下：例如，有数据如下：酒精酒精水体系的共沸组成为水体系的共沸组成为95.57%（质量分数）；当溶有（质量分数）；当溶有1%的的CaCl2时，共沸组成为时，共沸组成为96.5%（质量分数）；当（质量分数）；当CaCl2为为1.5%时，共沸组成为时，共沸组成为98.0%（质量分数）；当溶有（质量分数）；当溶有1.8%的的CaCl2时，酒精时，酒精水的共沸点即消失。水的共沸点即消失。2021/9/2110膜分离膜分离渗透汽化渗透汽化(Pervaporation,简称简称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。蒸汽渗透蒸汽渗透(Vapor Permeation,简称简称VP)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。膜分离膜分离膜分离膜分离2021/9/2111 渗透汽化渗透汽化渗透汽化法渗透汽化法(PV)是目前利用膜法生产无水酒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差为推动力,依靠各组分在膜中的溶解与扩散速率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透汽化膜分离器,膜后侧保持低的组分分压膜后侧保持低的组分分压,在膜在膜两侧组分分压差的驱动下两侧组分分压差的驱动下,组分通过膜向膜后侧扩组分通过膜向膜后侧扩散散,并汽化成蒸汽而离开膜器。其中扩散快的组分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较多的透过膜进入膜后侧,扩散慢的组分较少的或扩散慢的组分较少的或很少透过膜很少透过膜,因此可以达到分离料液的目的。因此可以达到分离料液的目的。渗透汽化过程根据膜的亲水性和亲有机物性渗透汽化过程根据膜的亲水性和亲有机物性,可分为两类膜可分为两类膜:一类是优先透水性膜一类是优先透水性膜,另一类另一类是优先透有机物性膜。优先透水性膜适宜分离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含水量低的酒精水混合物,如共沸物如共沸物,可制得可制得无水酒精无水酒精;优先透有机物性膜则适宜分离含酒优先透有机物性膜则适宜分离含酒精量低的酒精水溶液精量低的酒精水溶液,如将发酵过程与渗透汽如将发酵过程与渗透汽化过程耦合化过程耦合,能及时分离出对发酵具有抑制作能及时分离出对发酵具有抑制作用的产物酒精。用的产物酒精。2021/9/2112 渗透汽化渗透汽化2021/9/2113 不同工艺的比较2021/9/2114总结总结 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。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。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。2021/9/2115Thank You!2021/9/2116