实验七恒沸精馏.doc

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1、实验七恒沸精馏一、实验目的1．通过实验加深对恒沸精馏过程的理解。2．熟悉精馏设备的构造，掌握精馏操作方法。3．能够对精馏过程做全塔物料衡算。4．学会使用气相色谱分析气、液两相组成。二、实验原理恒沸精馏是一种特殊的分离方法，它是通过加入适当的分离媒介来改变被分离组分之间的相对挥发度，从而使分离由难变易的分离过程。恒沸精馏主要适用于含恒沸物组成且用普通精馏无法得到纯品的物系。通常，加入的分离媒介（亦称夹带剂）能与被分离系统中的一种或几种物质形成最低恒沸物，从塔顶蒸出，而塔釜得到纯物质。这种方法就称作恒沸精馏。例如，

2、分离乙醇和水的二元物系。由于乙醇和水可以形成共沸物（恒沸点78.15℃），而且常压下的共沸温度和乙醇的沸点温度极为相近，所以采用普通精馏方法只能得到乙醇和水的混合物，而无法得到无水乙醇。为此，在乙醇一水系统中加入第三种物质，该物质被称为共沸剂。实验室恒沸精馏制无水乙醇过程研究主要包括以下几个内容：（1）夹带剂的选择就工业乙醇制备无水乙醇，苯、正己烷，环己烷，乙酸乙酯等，它们都能与水-乙醇形成多种恒沸物，都可用作夹带剂。其中的三元恒沸物的室温下又可以分为两相，一相富含夹带剂，另一相中富含水，前者可以循环使用，后者

3、又很容易分离出来，这样使得整个分离过程大为简化。表7.1为几种常用的恒沸体系的有关数据。表7.1常压下夹带剂与水、乙醇形成三元恒沸物的数据组分各纯组分沸点恒沸温度/℃恒沸组成（质量分数）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%本实验采用正己烷为恒沸剂制

4、备无水乙醇。当正己烷被加入乙醇-水系以后可以形成四种恒沸物，即一个三元恒沸物和三个二元恒沸物，相关的恒沸物性质如下表7.2所示。表7.2乙醇-水-正己烷三元系统恒沸物性质物系恒沸点/℃恒沸组成（质量分数）在恒沸点分相液的相态乙醇水正己烷乙醇-水78.17495.57%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）精馏区恒沸精馏过程不仅与塔的分离能力有关，而且与进塔总组成落在哪个

5、浓度区域有关。因为精馏塔中的温度沿向上是逐板降低，不会出现极值点，只要塔的分离能力（回流比，塔板数）足够大，塔顶产物可为温度曲线的最低点，塔底产物可为温度曲线上的最高点。因此，当温度曲线在全浓范围内出现极值点时，该点将成为精馏路线通过的障碍。于是，精馏产物按混合液的总组成分区，称为精馏区。当添加一定数量的正己烷于工业乙醇中蒸馏时，整个精馏过程可以用图7.1加以说明。图7.1恒沸精馏原理图A、B、W----表示乙醇、正己烷和水三个纯物质；C、D、E----代表三个二元恒沸物；T----A-B-W三元恒沸物。曲线B

6、NW----三元混合物在25℃时的溶解度曲线。曲线以下为两相共存区，以上为均相区，该曲线受温度的影响而上下移动。图中的三元恒沸物组成点T室温下是处在两相区内。以T点为中点，连接三种纯物质A、B、W和三个二元恒沸组成点C、D、E，则该三角形相图被分成六个小三角形。当塔顶混相回流（即回流液组成与塔项上升蒸气组成组成相同）时，如果原料液的组成落在某个小三角形内，那么间歇精馏的结果只能得到这个小三角形三个项点所代表的物质。为此要想得到无水乙醇，就应保证原料液的总组成落在包含项点A的小三角形内。但由于乙醇-水的二元恒沸点

7、与乙醇沸点相差极小，仅0.15℃，很难将两者分开，而己醇-正己烷的恒沸点与乙醇的沸点相差19.62℃，很容易将它们分开，所以只能将原料液的总组成配制在三角形的ATD内。图7.1中F代表乙醇-水混合物的组成，随着夹带剂正己烷加入，原料液的总组成将沿着线而变化，并将与线相交于G点。这时，夹带剂的加入量称作理论恒沸剂用量，它是达到分离目的所需最少的夹带剂用量。如果塔有足够的分离能力，则间歇精馏时三元恒沸物从塔顶馏出（56℃）。釜液组成就沿着线向A点移动。但实际操作时，往往总将夹带剂过量，以保证塔釜脱水完全。这样，当塔

8、项三元恒沸物T出完以后，接着馏出沸点略高于它的二元恒沸物，最后塔釜得到无水乙醇，这就是间歇操作特有的效果。倘若将塔项三元恒沸物（图中T点，56℃）冷凝后分成两相。一相为油相富含正己烷，一相为水相，利用分层器将油相回流，这样正己烷的用量可以低于理论夹带剂的用量。分相回流也是实际生产中普遍采用的方法。它的突出优点是夹带剂用量少，夹带剂提纯的费用低。（3）夹带剂的加入方式夹带剂一般可随原料一