共沸精馏 曹新月

= 32.1415% 原料、塔釜液、塔釜气相、塔顶富水相和富油相的组分校正后的百分含量在表 中分别列出。
检测温度 / ℃ 汽化温度 / ℃ 柱箱温度 / ℃
表 5 色谱分析条件
110
柱前压力 1/Mpa
140
柱前压力/Mpa
130
进样量/μL
0.0549 0.0510
0.2
表 6 精馏过程中电流与温度变化情况数据表
乙醇——水体系加入共沸剂苯以后可以形成四种共沸物。现将它们在常压下 的共沸温度、共沸组成列于表 1。
为了便于比较，再将乙醇、水、苯三种纯物质常压下的沸点列于表 2。
表 1 乙醇、水、苯形成的共沸物性质
共沸物（简记）
共沸点/℃
共沸物组成，t/%
乙醇
水
苯
乙醇-水-苯（T）
64.85
18.50
7.40
74.10
9、分析以上产品后，填料内的持液回流至塔釜内，将其取出，称重、分析 组成。
10、切断设备的供电电源，关闭冷却水，将实验用品放回原位，结束实验。
五、数据记录与处理
1、相对校正因子测定
表 3 相对校正因子测定表
组分
保留时间/min
峰面积
峰面积百分含量/%
水
1
乙醇
苯
水
2
乙醇
苯
0.041 0.229 1.744 0.051 0.224 1.693
2.34308
0.260
144039 88.49205
1.783
14918
9.16486
校正后实际 百分含量
0.035592 0.839164 0.125244 0.019603 0.853052 0.127345
样品 富水相
富苯相
表 11 塔顶馏出液气相色谱分析结果
分析次数 组分 保留时间 峰面积 峰面积
釜热控 温/℃ 24.7 69.3 69.8 73.7 74.7
回流比 现象或操作
全回流 全回流 5：1 5：1 1：3
开始回流 调整回流比
出现溢流调 整回流比
15：21 15：45
0.10 0.10
组分
水 1
乙醇 水 2 乙醇
0.38 0.38
0.10 0.10
60.4 60.3
74.8 74.8
实验二 共沸精馏
一、实验目的
1、通过实验加深对共沸精馏过程的理解。 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
精馏是利用不同组份在汽—液两相间的分配，通过多次汽液两相间的传质和 传热来达到分离的目的。对于不同的分离对象，精馏方法也会有所差异。例如， 分离乙醇和水的二元物系。由于乙醇和水可以形成共沸物，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—水体系中加入第三种物质，该物质被称 为共沸剂。共沸剂具有能和被分离系统中的一种或几种物质形成最低共沸物的特 性。在精馏过程中共沸剂将以共沸物的形式从塔顶蒸出，塔釜则得到无水乙醇。 这种方法就称作共沸精馏。
此外，需要特别说明的是在进行分相回流时，分相器中会出现两层液体。上 层为富苯相、下层为富水相。实验中，富苯相由溢流口回流入塔，富水相则采出。 当间歇操作时，为了保证有足够高的溢流液位，富水相可在实验结束后取出。
2、试剂 实验试剂为：含水乙醇、苯。试剂中各组分的含量采用色谱分析得到。
四、 实验步骤
1、称取 59.51g 的含水乙醇和 29.37g 的苯，加入塔釜中，封口不要拧太紧， 并对原料乙醇进行色谱分析，确定其组成。
上述分析只限于混相回流的情况，即回流液的组成等于塔顶上升蒸汽组成的 情况。而塔顶采用分相回流时，由于富苯相中苯的含量很高，可以循环使用，因 而苯的用量可以低于理论共沸剂的用量。分相回流也是实际生产中普遍采用的方 法。它的突出优点是共沸剂的用量少，共沸剂提纯的费用低。
三、 装置及试剂
1、装置
1 全凝器； 2 测温热电阻； 3 填料塔； 4 塔釜； 5 电加热器； 6 分相器； 7 电 磁铁； 8 回流比控制器； 9 馏出液收集器； 10 数字式温度显示器； 11 控温仪；
取样时间 15：34 15：44
分析次数 1 2
组分
水 乙醇 苯 水 乙醇 苯
表 8 塔釜气相色谱分析结果
保留时间 峰面积
峰面积 校正后实际
/min
百分含量/% 百分含量
0.087 0.231
4170
1.21002
3408487 98.78998
无苯
0.010519 0.989481
0.075 0.219
22437 103431 13804 38889 162020 24994
16.06428 74.05234 9.88338 17.21478 71.72136 11.06387
组分质量/g 乙醇：10.03g 水：1.99g 苯：2.08g
计算举例：
标准液中水浓度 =
水的峰面积*$%
(1)
水的峰面积*$%&乙醇的峰面积&苯的峰面积*$'
水
乙醇
0.8679
1.0000
苯 1.4414
下面以富水相中的水第一次色谱分析结果为例计算校正后的实际百分含量：
������水 ∗ ������水
0.8679 ∗ 37.2614
������水 =
=
= 0.321415
������> ∗ ������> 37.2614 ∗ 0.8679 + 50.1935 + 12.5449 ∗ 1.4414
乙醇-苯（ABz）
68.24
32.70
0.0
67.63
苯-水（BWz）
69.25
0.0
8.83
91.17
乙醇-水（AWz）
78.15
95.57
4.43
0.0
物质名称（简记） 沸点温度/℃
表 2 乙醇、水、苯的常压沸点
乙醇（A）
水（W）
78.30
100.0
苯（B） 80.20
从表 1 和表 2 列出的沸点看，除乙醇——水二元共沸物的共沸点与乙醇沸点 相近之外，其余三种共沸物的沸点与乙醇沸点均有 10℃左右的温度差。因此，可 以设法使水和苯以共沸物的方式从塔顶分离出来，塔釜则得到无水乙醇。
标准液中苯浓度 =
苯的峰面积*$%
(2)
水的峰面积*$%&乙醇的峰面积&苯的峰面积*$'
(1)式与（2）式相除，整理得：$% = 标准液中水浓度*苯的峰面积
(3)
$' 标准液中苯浓度*水的峰面积
标准液中
w水
=
m苯
m水 + m水
+ m醇
=
1.99 2.08 + 1.99 + 10.03
=
0.1411
w水
=
m苯
m苯 + m水 + m醇
=
2.08 2.08 + 1.99 + 10.03
= 0.1475
两次色谱分析中水、醇、苯的平均峰面积百分含量分别为：
16.63953，72.88685，10.47363
������) = 0.1411 ∗ 10.47363 = 0.602131 ������* 0.1475 ∗ 16.63953
时间
13：37 13：59 14：24 14：44 14：54
上段加热 电流/A 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
塔釜加热 电流/A 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38
加热电 流/A 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
塔顶温 度/℃ 14.7 59.4 59.5 59.3 61.2
3750
1.15644
320538 98.84356
无苯
0.010052 0.989948
表 9 塔釜液气相色谱分析结果
组分
保留时间 峰面积
峰面积 校正后实际
/min
百分含量/% 百分含量
水 乙醇 水 乙醇
0.090 0.264 0.087 0.255
1240 128574 1519 157996
0.95533 99.04467 0.95257 99.04743
乙醇 0.267 24910 17.8996
苯
1.449 109887 78.9608
2
代入（1）：标准液中水浓度 =
水的峰面积∗6%
（4）
水的峰面积∗6%&乙醇的峰面积&苯的峰面积∗6%/8.98*):)
代入数据解得
������) = 0.8679
������*
=
������) 0.602131
=
0.8679 0.602131
=
1.4414
组分 质量相对校正因子
表 4 质量相对校正因子表
整个精馏过程可以用图 1 来说明。图中 A、B、W 分别为乙醇、苯和水的英 文字头；ABZ、AWZ、BWZ 代表三个二元共沸物，T 表示三元共沸物。图中的曲 线为 25℃下乙醇、水、苯三元混合物的溶解度曲线。该曲线下方为两相区，上方 为均相区。图中标出的三元共沸组成点 T 是处在两相区内。
图 1 三元相图 以 T 为中心，连接三种纯物质 A、B、W 及三个二元共沸点组成点 ABZ、 AWZ、BWZ，将该图分为六个小三角形。如果原料液的组成点落在某个小三角形 内。当塔顶采用混相回流时精馏的最终结果只能得到这个小三角形三个顶点所代 表的物质。故要想得到无水乙醇，就应该保证原料液的组成落在包含顶点 A 的 小三角形内，即在ΔATABZ 或ΔATAWZ 内。从沸点看，乙醇——水的共沸点和 乙醇的沸点仅差 0.15℃，就本实验的技术条件无法将其分开。而乙醇——苯的共
/min
百分含量/%
1
水
0.087 50232 37.2614
乙醇 0.287 67666 50.1935
苯
1.780 16912 12.5449
2
水
0.090 79148 37.7265
乙醇 0.282 105209 50.1487
苯
1.737 25415 12.1140
1
水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
0.056
4369
3.13947
沸点与乙醇的沸点相差 10.06℃，很容易将它们分离开来。所以分析的最终结果 是将原料液的组成控制在 ΔATABZ 中。
图 1 中 F 代表未加共沸物时原料乙醇、水混合物的组成。随着共沸剂苯的加 入，原料液的总组成将沿着 FB 连线变化，并与 AT 线交于 H 点，这时共沸剂苯 的加入量称作理论共沸剂用量，它是达到分离目的所需最少的共沸剂量。
0.008302 0.991698 0.008278 0.991722
分析次数 1
2
组分
水 乙醇 苯 水 乙醇 苯
表 10 持液气相色谱分析结果
保留时间
峰面积
峰面积
/min
百分含量/%
0.093
6556
4.24062
0.269
134151
86.7744
1.798
13891
8.98498
0.093
3814
2、向全凝器中通入冷却水，并开启釜电加热系统，调节加热电流慢慢升至 0.4A（注意不要使电流过大，以免设备突然受热而损坏）。待釜液沸腾，开启塔 身保温电源，调节保温电流，上段为 0.1A，下段为 0.1A，以使填料层具有均匀 的温度梯度，保证全塔处在正常的操作范围内。
3、每隔 20min 记录一次加热电流、保温电流、塔顶温度、塔釜温度。 4、当塔头有液体出现，全回流 30min 稳定后，调节回流比进行混相回流操 作，回流比为 5:1。 5、称量 1.99g 水、10.03g 乙醇、2.08g 苯配制标准溶液，并对标准液进行色 谱分析，计算校正因子。
6、待分相器内液体开始溢流，并分成两相，上层为苯相，下层为水相，且 能观察到三元共沸物在苯相苯中以水珠形态穿过，溶于水相中，此时，调节回流 比为 1:3。
7、取塔釜气相样品分析组成。待塔釜中无苯存在时，停止加热，取出釜液， 称重、分析组成。
8、将塔顶馏出液用分液漏斗分离，分别称重，依次用气相色谱仪分析富水 相、富苯相组成。
1：3 1：3
表 7 原料乙醇色谱分析
保留时间
峰面积百分含量
峰面积
/min
/%
0.100
8506
7.83013
0.278 100082
92.12758
0.085
9251
7.85087
0.264 108587
92.14913
校正后实际 百分含量 0.068697 0.931303 0.068852 0.931148
12 加料口； 13 出料口
图 2 共沸精馏实验装置
本实验所用的精馏塔为内径Ф20mm 的玻璃塔。内装三角螺旋高效散装填料。 填料层高度 1.2m。
塔釜为一只结构特殊的三口烧瓶。上口与塔身相连：侧口用于投料和采样； 下口为出料口；釜侧玻璃套管插入一只测温热电阻，用于测量塔釜液相温度，釜 底玻璃套管装有电加热棒，采用电加热，加热釜料，并通过一台自动控温仪控制 加热温度，使塔釜的传热量基本保持不变。塔釜加热沸腾后产生的蒸汽经填料层 到达塔顶全凝器。为了满足各种不同操作方式的需要，在全凝器与回流管之间设 置了一个特殊构造的容器。在进行分相回流时，它可以用作分相器兼回流比调节 器；当进行混相回流时，它又可以单纯地作为回流比调节器使用。这样的设计既 实现了连续精馏操作，又可进行间歇精馏操作。