試驗(yàn)七恒沸精餾

1、實(shí)驗(yàn)七恒沸精餾、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)恒沸精餾過(guò)程的理解。2熟悉精餾設(shè)備的構(gòu)造，掌握精餾操作方法。3 能夠?qū)s過(guò)程做全塔物料衡算。4 學(xué)會(huì)使用氣相色譜分析氣、液兩相組成。二、實(shí)驗(yàn)原理恒沸精餾是一種特殊的分離方法，它是通過(guò)加入適當(dāng)?shù)姆蛛x媒介來(lái)改變被分離組分之間 的相對(duì)揮發(fā)度，從而使分離由難變易的分離過(guò)程。恒沸精餾主要適用于含恒沸物組成且用普通精餾無(wú)法得到純品的物系。通常，加入的分離媒介（亦稱(chēng)夾帶劑）能與被分離系統(tǒng)中的一種或幾種物質(zhì)形成最低恒沸物，從塔頂蒸出，而塔釜得到純物質(zhì)。這種方法就稱(chēng)作恒沸精餾。例如，分離乙醇和水的二元物系。由于乙醇和水可以形成共沸物（恒沸點(diǎn)78.15C）,而且常壓下的共

2、沸溫度和乙醇的沸點(diǎn)溫度極為相近，所以采用普通精餾方法只能得到乙醇和水的混合物，而無(wú)法得到無(wú)水乙醇。為此，在乙醇一水系統(tǒng)中加入第三種物質(zhì)，該物質(zhì)被稱(chēng)為共沸劑。實(shí)驗(yàn)室恒沸精餾制無(wú)水乙醇過(guò)程研究主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：（1）夾帶劑的選擇就工業(yè)乙醇制備無(wú)水乙醇，苯、正己烷，環(huán)己烷，乙酸乙酯等，它們都能與水-乙醇形成多種恒沸物，都可用作夾帶劑。其中的三元恒沸物的室溫下又可以分為兩相，一相富含夾帶劑，另一相中富含水，前者可以循環(huán)使用，后者又很容易分離出來(lái)，這樣使得整個(gè)分離過(guò) 程大為簡(jiǎn)化。表7.1為幾種常用的恒沸體系的有關(guān)數(shù)據(jù)。表7.1常壓下夾帶劑與水、乙醇形成三元恒沸物的數(shù)據(jù)組分各純組分沸點(diǎn)恒沸溫度廠C恒沸

3、組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）123123123乙醇水苯78.310080.164.8518.5%7.4%74.1%乙醇水乙酸乙酯78.310077.170.238.4%9.0%82.6%乙醇水三氯甲烷78.310061.155.504.0%3.5%92.5%乙醇水正己烷78.310068.756.0011.9%3.0%85.02%本實(shí)驗(yàn)采用正己烷為恒沸劑制備無(wú)水乙醇。當(dāng)正己烷被加入乙醇-水系以后可以形成四種恒沸物，即一個(gè)三元恒沸物和三個(gè)二元恒沸物，相關(guān)的恒沸物性質(zhì)如下表7.2所示。表7.2乙醇-水-正己烷三元系統(tǒng)恒沸物性質(zhì)物系恒沸點(diǎn)/ C恒沸組成（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在恒沸點(diǎn)分相液的相態(tài)乙醇水正己烷乙醇-水78.1

4、7495.57%4.43%均相水-正己烷61.555.6%94.40%非均相乙醇-正己烷58.6821.02%78.98%均相乙醇-水-正乙醇56.0011.98%3.00%85.02%非均相（2）精餾區(qū)恒沸精餾過(guò)程不僅與塔的分離能力有關(guān)，而且與進(jìn)塔總組成落在哪個(gè)濃度區(qū)域有關(guān)。因?yàn)榫s塔中的溫度沿向上是逐板降低，不會(huì)出現(xiàn)極值點(diǎn)，只要塔的分離能力（回流比，塔板數(shù)）足夠大，塔頂產(chǎn)物可為溫度曲線的最低點(diǎn)，塔底產(chǎn)物可為溫度曲線上的最高點(diǎn)。因此， 當(dāng)溫度曲線在全濃范圍內(nèi)出現(xiàn)極值點(diǎn)時(shí)，該點(diǎn)將成為精餾路線通過(guò)的障礙。于是，精餾產(chǎn)物按混合液的總組成分區(qū)，稱(chēng)為精餾區(qū)。7.1加以說(shuō)明。當(dāng)添加一定數(shù)量的正己烷于工業(yè)

5、乙醇中蒸餾時(shí)，整個(gè)精餾過(guò)程可以用圖圖7.1恒沸精餾原理圖r ioorA、B、W-表示乙醇、正己烷和水三個(gè)純物質(zhì);C、D、E-代表三個(gè)二元恒沸物；TA-B-W三兀恒沸物。曲線BNW-三元混合物在 25C時(shí)的溶解度曲線。曲線以下為兩相共存區(qū)，以上為均 相區(qū)，該曲線受溫度的影響而上下移動(dòng)。圖中的三元恒沸物組成點(diǎn)T室溫下是處在兩相區(qū)內(nèi)。以T點(diǎn)為中點(diǎn)，連接三種純物質(zhì) A、B、W和三個(gè)二元恒沸組成點(diǎn) C、D、E,則該三 角形相圖被分成六個(gè)小三角形。當(dāng)塔頂混相回流（即回流液組成與塔項(xiàng)上升蒸氣組成組成相同）時(shí)，如果原料液的組成落在某個(gè)小三角形內(nèi)，那么間歇精餾的結(jié)果只能得到這個(gè)小三角 形三個(gè)項(xiàng)點(diǎn)所代表的物質(zhì)。為

6、此要想得到無(wú)水乙醇，就應(yīng)保證原料液的總組成落在包含項(xiàng)點(diǎn)A的小三角形內(nèi)。但由于乙醇-水的二元恒沸點(diǎn)與乙醇沸點(diǎn)相差極小，僅0.15C，很難將兩者分開(kāi)，而己醇-正己烷的恒沸點(diǎn)與乙醇的沸點(diǎn)相差19.62 C，很容易將它們分開(kāi)，所以只能將原料液的總組成配制在三角形的ATD內(nèi)。圖7.1中F代表乙醇-水混合物的組成，隨著夾帶劑正己烷加入，原料液的總組成將沿 著FB線而變化，并將與 AT線相交于G點(diǎn)。這時(shí)，夾帶劑的加入量稱(chēng)作理論恒沸劑用量， 它是達(dá)到分離目的所需最少的夾帶劑用量。如果塔有足夠的分離能力， 則間歇精餾時(shí)三元恒沸物從塔頂餾出(56C)。釜液組成就沿著 TA線向A點(diǎn)移動(dòng)。但實(shí)際操作時(shí)，往往總將夾 帶

7、劑過(guò)量，以保證塔釜脫水完全。這樣，當(dāng)塔項(xiàng)三元恒沸物T出完以后，接著餾出沸點(diǎn)略高于它的二元恒沸物，最后塔釜得到無(wú)水乙醇，這就是間歇操作特有的效果。倘若將塔項(xiàng)三元恒沸物(圖中T點(diǎn)，56C)冷凝后分成兩相。一相為油相富含正己烷，一相為水相，利用分層器將油相回流，這樣正己烷的用量可以低于理論夾帶劑的用量。分相回流也是實(shí)際生產(chǎn)中普遍采用的方法。它的突出優(yōu)點(diǎn)是夾帶劑用量少，夾帶劑提純的費(fèi)用低。(3) 夾帶劑的加入方式夾帶劑一般可隨原料一起加入精餾塔中， 若夾帶劑的揮發(fā)度比較低， 則應(yīng)在加料板的上 部加入，若夾帶劑的揮發(fā)度比較高，則應(yīng)在加料板的下部加入。目的是保證全塔各板上均有 足夠的夾帶劑濃度。(4) 恒

8、沸精餾操作方式恒沸精餾既可用于連續(xù)操作，又可用于間歇操作。(5) 夾帶劑用量的確定夾帶劑理論用量的計(jì)算可利用三角形相圖按物料平衡式求解之。若原溶液的組成為F點(diǎn)，加入夾帶劑B以后，物系的總組成將沿 FB線向著B(niǎo)點(diǎn)方向移動(dòng)。當(dāng)物系的總組成移到 G點(diǎn)時(shí)，恰好能將水以三元恒沸物的形式帶出，以單位原料液F為基準(zhǔn)，對(duì)水作物料衡算，得：DXd = FXfD= FXf / Xd夾帶劑B的理論用量為B=D Xdb式中：F 進(jìn)料量；D 塔頂三元恒沸物量；B 夾帶劑理論用量；XFii組分的原料組成；XOi 塔頂恒沸物中I組成三、實(shí)驗(yàn)裝置與試劑1、裝置實(shí)驗(yàn)所用的精餾柱為內(nèi)徑 20mm的玻璃塔，塔內(nèi)分別裝有不銹鋼三角形

9、填料和壓延孔 環(huán)填料，填料層高1m。塔身采用真空夾套以便保溫。塔釜為1000mL的三口燒瓶，其中位于中間的一個(gè)口與塔身相連，側(cè)面的一開(kāi)口為測(cè)溫口，用于測(cè)量塔釜液相溫度，另一開(kāi)口作為進(jìn)料和取樣口。塔釜配有 350W電熱碗，加熱并控制釜溫。經(jīng)加熱沸騰后的蒸氣通過(guò)填料層到達(dá)塔頂，塔頂采用一物殊冷凝頭， 以滿(mǎn)足不同操作方塔頂冷凝液流入分相器后，分式的需要。既可實(shí)現(xiàn)連續(xù)精餾操作， 又可進(jìn)行間歇精餾操作。為兩相，上層為油相富含正己烷，下層富含水，油相通過(guò)溢流口，用考克控制回流量。2、試劑乙醇（95%），環(huán)已烷（分析純）1 加熱鍋;2進(jìn)料口;6冷凝器；7油水分離器四、實(shí)驗(yàn)步驟間歇操作：（1） 稱(chēng)取100g9

10、5% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）乙醇（以色譜分折數(shù)據(jù)為準(zhǔn)），按夾帶劑的理論用量 算出正己烷的加入量。（2）將配制好的原料加入塔釜中，開(kāi)啟塔釜；加熱電源及塔頂冷卻水。（3）當(dāng)塔頂有冷凝液時(shí)，便要注意調(diào)節(jié)回流考克，實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用油相回流。（4） 每隔10分種記錄一次塔頂塔釜溫度，每隔20分鐘，取塔釜液相樣品分析，當(dāng)塔 釜溫度升到80C時(shí)，若釜液純度達(dá) 99.5%以上即可停止實(shí)驗(yàn)。（5）取出分相器中的富水層，稱(chēng)重并進(jìn)行分析，然后再取富含正己烷的油相分析其組 成。稱(chēng)出塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量。（6）切斷電源，關(guān)閉冷卻水，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。（7）實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)的組成均采用氣相色譜分析法分析。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）作間歇操作的全塔物料衡算，推

11、算出塔頂三元恒沸物的組成。(2) 畫(huà)出25C下，乙醇 冰-正己烷三元系溶解度曲線，在圖上標(biāo)明恒沸物組成點(diǎn)，畫(huà) 出加料線。(3) 計(jì)算本實(shí)驗(yàn)過(guò)程的收率。表7.3水-乙醇-正己烷25C液-液平衡數(shù)據(jù)(摩爾分?jǐn)?shù)， %)水相油相水乙醇正己烷水乙醇正己烷69.42330.1110.4660.4741.29798.23040.22756.157 3.6160.9216.48292.597 26.64364.612 18.7451.33612.540:86.124119.80365.67814.5172.53920.51576.94613.28461.75922.9573.95930.33965.702 12.87958.44428.6764.94035.80859.25311.73256.25832.0105.90838.98355.10911.27155.09133.6396.52940.84952.622六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論(1) 將算出的三元恒沸物組成與文獻(xiàn)值比較，求出其相對(duì)誤差，并分析實(shí)驗(yàn)