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能源的可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障。随着化石资源的消耗不断增大,石油资源日益短缺,且其燃烧后有害气体的排放往往会造成空气污染。因此,研究作为可再生能源主要形式之一的燃料乙醇具有非常积极的意义。
为了可以同时制备不同浓度的乙醇产品,本文研究了加盐萃取精馏耦合渗透汽化膜分离法分离乙醇/水溶液制取燃料乙醇/特种乙醇的工艺过程。
在乙二醇中加入某种溶盐可提高乙醇/水体系的相对挥发度,破坏原恒沸体系,达到生产燃料乙醇的目的。渗透汽化法是依据各组分在膜中具有不同的溶解度和迁移速度,而具有选择透过性以及渗透量大小不同等特征,相对于待分离液体混合物中有一种组分含量较低的时,它是一种高效的分离方法。
本文通过实验研究了溶剂比、盐种类、盐浓度对相对挥发度的影响以及回流比对乙醇产品浓度的影响。结果表明,在一定范围内,乙醇浓度随溶剂比和盐浓度的增大而增大;乙醇产品的浓度也在一定范围内随回流比的增大而增大。综合考虑,得出了最佳的工艺操作条件,当CaCl<,2>添加量为0.030g/mL乙二醇、溶剂比为1∶1、回流比为2时,可以得到99.36wt%的燃料乙醇。
本文通过实验研究了透过真空度、进料浓度、进料温度等因素对渗透汽化分离性能的影响。结果表明,分离系数随真空度和温度的增大而减小;渗透量与温度的关系满足Arrhenius方程,随温度和水组成的增大而增大。本次工作中自制了LiCl混合苹果酸交联PVA-PAN膜,发现其渗透汽化性能较没有混合盐的膜分离性能要好。这是本文的创新之一。
本文将醋酸钾+乙二醇+乙醇+水汽液平衡及溶剂浓度对相对挥发度影响应用于加盐萃取精馏塔结构设计;同时给出了渗透汽化所需膜面积的计算模型。这是本文的创新之一。
为满足不同客户或不同市场要求,引入耦合技术概念。利用CenturyStar软件制作的模拟控制系统,在模拟状态下可以实现对加盐萃取精馏与渗透汽化耦合技术的良好控制。实验结果表明,在利用此耦合技术的基础上,不仅可以大规模生产99.36wt%的乙醇产品,也可以在一定规模内生产99.99wt%的乙醇产品。