共沸精馏 (2)
共沸精馏
2）共沸剂与原溶剂中二个组分分别形成两个二元正偏差共沸物；
3）共沸剂与原溶剂中二个组分形成一个三元正偏差共沸物，其沸 点比任何二元共沸物沸点都低，一般要求低10℃以上，且组分不 同，若非均相更好。
二、共沸剂的选择
1.共沸剂选择原则
（2）分离共沸物 1）生成一个二组分正偏差共沸物，其沸点比原共沸物低； 且组成不同于原共沸物。 2）生成一个三组分正偏差共沸物，其沸点比原共沸物低，
共沸进料 丁 醇 塔
直接蒸汽
水 塔
正丁醇
水
图3-33 分离非均相共沸物的流程
20
四、共沸精馏的计算
共沸物精馏体系非理想性强、组分多、变
量多，不宜使用简捷法，而严格计算也变得 非常复杂。
21
五、共沸精馏与萃取精馏的比较
共同点： 基本原理相同，都是通过加入适量的质量分离剂，改变组分之
间的相互作用，增大组分的挥发度差异，实现精馏分离。
3.2.2 共沸精馏
一、共沸物的特性与其组成的计算 二、共沸剂的选择 三、共沸精馏流程 四、共沸精馏的计算 五、共沸精馏与萃取精馏比较
一、共沸物的特性与其组成的计算
1、名词解释
1）共沸物：指在一定压力下，沸腾温度、生成的汽相 组成和液相组成不变的的一类溶液。 2）正偏差共沸物：如溶液的蒸汽压相比理想溶液发生正 偏差，即形成正偏差共沸物（最低共沸物）。 3）负偏差共沸物：如溶液的蒸汽压相比理想溶液发生负 偏差，即形成负偏差共沸物（最高共沸物）。
2）平衡计算 除考虑汽液平衡外，还要考虑液液平衡。 计算方程：
1I x1I 1II x1II
校核方程：
s I 1 1 I 1
I II 2 (1 x1 ) I 2 (1 x1 ) II
共沸精馏
3.2.2 共沸精馏
当 x1 1时，
互溶度很小 x2 1
P1s P1
1
1
2
1
E
P1s P2s
x2 x2
1
定性估算能否形成非均相共沸物
1
x1
x 11
2
(1
x1
)
2
(1
x1 )
计算恒沸 T , xi
P
③共沸剂用过量（T//点）：
A H T H AT
塔顶产物（恒沸物D）量：
D T T B ( A H ) T B
DB
DB
塔底产物量（B//点） ：
（ A和B的混合物）
B T T D ( A H ) T D
BD
BD
反应; ⑤ 无腐蚀，无污染; ⑥ 价廉，易得。
NO.17 2020/3/7
Cui Qun
化工分离工程
（3）连续共沸精馏塔两端产品的确定 3.2.2 共沸精馏
具有共沸物系统的精馏过程与普通精馏不同， 表现在精馏产物不仅与塔的分离能力有关， 与全部进料总组成落在哪个浓度区域， 还与共沸剂加入量有关。
3.2.2 共沸精馏
共沸精馏的基本原理与萃取精馏相同，不同点仅在于共 沸剂在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还与原溶 液的一个组分或数个组分形成共沸物。
共沸物是二元或三元恒沸物。 并且此恒沸物的沸点比原料中任一组分的沸点和原料 中原恒沸物的沸点都低得多， 此恒沸物成为恒沸精馏塔的塔顶产品而排出，使原料 液得以分离。
NO.12 2020/3/7
共沸精馏实验
实验一共沸精馏精馏是化工生产中常用的分离方法。
它是利用气－液两相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－水系统中加入第三种物质，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。
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．学会使用阿贝折射仪分析液体组成。
二．实验原理乙醇—水系统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－苯三元共沸物性质共沸物（简记）共沸点℃共沸物组成，wt%乙醇水苯乙醇－水－苯(T) 64.85 18.5 7.4 74.1乙醇－苯(AB Z) 68.24 32.7 0.0 67.63苯－水(BW Z) 69.25 0.0 8.83 91.17乙醇－水(AW Z) 78.15 95.57 4.43 0.0表２乙醇、水、苯的常压沸点物质名称(简记) 乙醇(A) 水(B) 苯(B)沸点温度，℃78.3 100.0 80.2 从表１和表２列出的沸点看，出乙醇—水二元共沸物的共沸点与乙醇沸点相近之外，其余三种共沸物的广泛的与乙醇沸点均有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。
整个精馏过程可以用图６－１来说明。
图1－１共沸精馏原理图图中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。
共沸精馏分离回收废水中的醋酸丁酯和丁醇的工艺
共沸精馏分离回收废水中的醋酸丁酯和丁醇的工艺共沸精馏分离回收废水中的醋酸丁酯和丁醇的工艺1. 背景介绍废水治理和资源回收一直是一个全球性的难题。
废水中含有大量的有机物质，其中包括醋酸丁酯和丁醇等有机溶剂。
这些溶剂对环境具有潜在的危害，同时也存在着浪费资源的问题。
开发一种有效的工艺来回收废水中的醋酸丁酯和丁醇，既能满足环境保护的需求，又能实现资源的合理利用，具有重要的意义。
2. 共沸精馏技术的基本原理共沸精馏是一种将两个或多个液体组分按照其沸点差异进行分离的技术。
在废水中回收醋酸丁酯和丁醇的过程中，共沸精馏可以有效提高回收率和纯度。
3. 工艺流程（1）预处理：废水中的杂质需要通过过滤或沉淀等预处理工艺进行处理，以保证后续分离工艺的正常运行。
（2）脱水：废水中的水分需要通过脱水工艺进行处理，以提高后续共沸精馏的效果。
（3）共沸精馏：将经过预处理和脱水的废水送入共沸精馏设备，通过加热使醋酸丁酯和丁醇共沸，然后通过冷凝器将二者进行分离。
4. 工艺优势（1）环保：共沸精馏技术可以将废水中的有机溶剂有效分离和回收，减少对环境的污染。
（2）资源回收：通过共沸精馏工艺，可以将醋酸丁酯和丁醇等有机溶剂回收利用，实现资源的合理利用。
（3）高效：共沸精馏工艺具有高效快速的特点，可以在短时间内完成废水中有机溶剂的回收。
5. 个人观点和理解在当前的环境保护和资源利用的背景下，开发有效的废水回收工艺具有重要意义。
共沸精馏技术作为一种高效、环保的废水回收工艺，可以很好地解决废水中有机溶剂的处理和回收问题。
通过深入研究和优化工艺流程，可以进一步提高回收效率和产品纯度，从而更好地满足环境保护和资源利用的需求。
总结回顾：废水治理和资源回收是当今社会发展中的重要问题。
共沸精馏技术作为一种有效的废水回收工艺，可以实现废水中醋酸丁酯和丁醇的高效分离和回收。
这种工艺不仅可以保护环境，减少对自然资源的消耗，还可以实现资源的合理利用。
在未来的研究和实践中，我们应该进一步探索共沸精馏技术的优化和应用，以解决废水回收中的挑战和问题，为环境保护和可持续发展做出贡献。
实验二 共 沸 精 馏
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气一液两相间的分配，通过多次气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，在乙醇一水系统中加入第三种物质，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。
乙醇—水系统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—苯三元共沸物性质从表1和表2列出沸点看，除乙醇一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。
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；AB Z、AW Z、BW Z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。
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AB Z、AW Z、BW Z，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。
共沸精馏 ppt课件
二、共沸剂的选择
1.共沸剂选择原则 （2）分离共沸物
1）生成一个二组分正偏差共沸物，其沸点比原共沸物低； 且组成不同于原共沸物。
2）生成一个三组分正偏差共沸物，其沸点比原共沸物低， 且组成不同于原共沸物。
二、共沸剂的选择
5）如上式成立，则结束计算，如不成立，则假定新的T， 继续试差计算。
一、共沸物的特性与其组成的计算
② 已知共沸组 xi，成求： P、t
由xi 计 算 12（PP12SS）解 出 t
由t PiS P
不用试 差呀！
③ 已知 t时形成共沸P物 、x，求：
由t 计 算P P12S S（12） 解 出xi i P
3.2.2 共沸精馏
共沸精馏的基本原理与萃取精馏相同，不同点仅在于共 沸剂在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还与原溶 液的一个组分或数个组分形成共沸物。
共沸物是二元或三元恒沸物。 并且此恒沸物的沸点比原料中任一组分的沸点原恒沸 物的沸点都低得多， 此恒沸物成为恒沸精馏塔的塔顶产品而排出，使原料 液得以分离。
2．共沸剂的条件 (1) 显著影响关键组分的汽液平衡; (2) 共沸剂容易分离和回收; (3) 用量少,气化潜热低; (4) 与进料组分互溶,不生成两相,不与进料中组分起化学反应; (5) 无腐蚀，无污染; (6) 价廉，易得。
三、共沸精馏流程
（一）双压精馏 如果压力变化明显影响共沸组成，则采用两不同压力 操作的双塔流程，可实现二元共沸物完全分离。
二 、共沸剂的选择
1.共沸剂选择原则 根据不同分离对象及目的选择共沸剂，共沸精馏通常用 于从沸点相近的组分或共沸物中分离一个或多个组分。
共沸精馏名词解释
共沸精馏名词解释
嘿，朋友！你知道共沸精馏不？共沸精馏啊，就好比是一场奇妙的
化学舞蹈！想象一下，各种成分就像不同的舞者，在一个特殊的舞台
上跳跃、交织。
比如说酒精和水吧，它们混合在一起，很难直接分开。
但共沸精馏
就像一个神奇的指挥家，让它们按照特定的节奏和方式行动起来。
在
这个过程中，会形成一种共沸物，就好像是舞者们组成了一个特别的
组合。
咱再打个比方，共沸精馏就像是一场团队比赛，不同的队员（成分）要相互配合，才能达到最终的胜利（分离目的）。
有时候，一些成分
会很顽固地黏在一起，就像调皮的孩子不肯听话。
但共沸精馏有办法，它能巧妙地引导它们，让它们乖乖地按照设定的路线前进。
你看，在工厂里，工人们就利用共沸精馏这个厉害的手段，把那些
复杂的混合物变得清晰明了。
这可不是随随便便就能做到的呀！它需
要精确的控制和高超的技巧。
共沸精馏还像是一个解谜游戏，要找到最合适的条件和方法，才能
解开谜题，得到我们想要的答案。
这可不是一件容易的事儿，但一旦
成功，那可真是太有成就感啦！
我觉得共沸精馏真的是化学领域里超级神奇和重要的一个概念啊！它让我们能够更深入地了解物质的性质和分离的奥秘，为我们的生活和工业生产带来了巨大的帮助。
难道不是吗？。
共沸精馏_精品文档
萃取精馏因加入大量的萃取剂，塔内液相流量远大于气相， 因而气液接触较差，导致塔板效率降低（约为普通一半）。
.
24
总结：
一、共沸物的特性与其组成的计算 二、共沸剂的选择 三、共沸精馏流程 四、共沸精馏的计算 五、共沸精馏与萃取精馏比较
.
25
NRTL (Non-Random Tow Liquid)
.
9
一、共沸物的特性与其组成的计算
P1
P1s
1
x1
P2
P2s
x
22
液相Ⅰ——组分1为主，液相Ⅱ——组分2 为主
代入上式：
P1S
(1
x1I
I 1
P xS II II 222
)
1
若相互溶度很小： 当 x1 1时， P1s P1
1
1
x2 1
2
1
E
P1s P2s
x2 x2
1
定性估算能否形成非均相共沸物
.
1
3.2.2 共沸精馏
一、共沸物的特性与其组成的计算 二、共沸剂的选择 三、共沸精馏流程 四、共沸精馏的计算 五、共沸精馏与萃取精馏比较
.
2
一、共沸物的特性与其组成的计算
1、名词解释 1）共沸物：指在一定压力下，沸腾温度、生成的汽相 组成和液相组成不变的的一类溶液。
2）正偏差共沸物：如溶液的蒸汽压相比理想溶液发生正 偏差，即形成正偏差共沸物（最低共沸物）。
.
7
例3—6 已知P=86.659kPa，求共沸时x、T。
给出ll： n nPiiSf（ 1f（ 2x） T）
解 设 t ： 5o C 5 计 P P 算 1 2 S S （ 1 2 ） ln 1 2 解 x 出 i
共沸精馏和萃取精馏
共沸精馏、萃取精馏介绍一、什么是恒沸精馏（共沸精馏）在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。
在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。
下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。
当精馏温度在64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25℃时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。
工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。
恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。
因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。
二、什么是萃取精馏？在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。
精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排出，这样的操作称为萃取精馏。
例如，从烃类裂解气的碳四馏分费力丁二烯时，由于碳四馏分的各组分间沸点相近及相对挥发度相近的特点，而且丁二烯与正丁烷还能形成共沸物，采用普通的精馏方法是难以将丁二烯与其它组分加以分离的。
如果采用萃取精馏的方法，在碳四馏分中加入乙腈做萃取剂，则可增大组分间的相对挥发度，使得用精馏的方法能将沸点相近的丁二烯、丁烷和丁烯分离。
碳四馏分经过脱碳三、和碳五馏分后，进入丁二烯萃取剂精馏塔，在萃取剂乙腈的存在下，使丁二烯（包括少量的炔烯）、乙腈与其它组分分开，从塔釜采出并进入解析塔，在此塔中，丁二烯、炔烯从乙腈中解析出来，萃取剂循环使用。
什么是恒沸精馏(共沸精馏)
一、什么是恒沸精馏（共沸精馏）在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。
在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。
下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。
当精馏温度在64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25℃时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。
工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。
恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。
因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。
二、什么是萃取精馏？在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。
精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排出，这样的操作称为萃取精馏。
例如，从烃类裂解气的碳四馏分费力丁二烯时，由于碳四馏分的各组分间沸点相近及相对挥发度相近的特点，而且丁二烯与正丁烷还能形成共沸物，采用普通的精馏方法是难以将丁二烯与其它组分加以分离的。
如果采用萃取精馏的方法，在碳四馏分中加入乙腈做萃取剂，则可增大组分间的相对挥发度，使得用精馏的方法能将沸点相近的丁二烯、丁烷和丁烯分离。
碳四馏分经过脱碳三、和碳五馏分后，进入丁二烯萃取剂精馏塔，在萃取剂乙腈的存在下，使丁二烯（包括少量的炔烯）、乙腈与其它组分分开，从塔釜采出并进入解析塔，在此塔中，丁二烯、炔烯从乙腈中解析出来，萃取剂循环使用。
3.2.2共沸精馏
等饱和 压力线
(a)压力—组成立体图
(b)恒温下的等压三角相图
Pm0＞Pm3＞Pm2＞Pml
17:54 图3-19 三个二元正偏差共沸物及一个三元正偏差共沸物相图
18
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 一、共沸物的特性和共沸组成的计算
多元系共沸物的特点： 在极值点上汽、液平衡相的组成相等，但不一定相对于温度 或压力的极值点。
(a)压力—组成立体图
取Δξ=0.1是合适的，因x1的变化仅为2.7%。
( ) x(1) 2
=
x(0) 2
+
x(0) 2
−
y(0) 2
Δξ
= 0.2000 + (0.2000 − 0.2154)× 0.1 = 0.1985
x (1) 3
= 1−
x (1) 1
−
x (1) 2
= 1 − 0.2056
− 0.1985
=
0.5959
④鞍形点(saddles)：某特殊点 附近的剩余曲线是双曲线(沸点 为中间温度)，如A、E。
⑤一区两点：在同一蒸馏区域 中，剩余曲线簇仅有一个稳定 1节7:5点4 和一个不稳定节点。
(b)恒压下的等温线三角相图
17:54
图3—21 形成鞍形共沸物的三元系相图
19
一、共沸物的特性和共沸组成的计算
③三元均相共沸组成的计算 由共沸条件：
α12 = α13 = α23 = 1
（3-56）
（3-57）
（3-58）
已知T，可解出P，x1, x2 或已知P，解出 T, x1, x2 。
17:54
萃取精馏时MSA与混合物中的一个组分或数个组分构成溶液 从塔釜流出；
共沸精馏时MSA与混合物中的一个组分或数个组分形成共沸
共沸精馏与萃取精馏的异同点
共沸精馏与萃取精馏的异同点1. 引言嘿，朋友们！今天咱们来聊聊化学界的两个大明星：共沸精馏和萃取精馏。
听上去是不是有点高大上？其实这俩家伙在化工行业里可是常常被提到，尤其是在分离液体混合物时。
不过，不用担心，咱们用轻松幽默的方式把这两者的异同点给扒一扒。
2. 共沸精馏2.1 什么是共沸精馏？共沸精馏，简单来说，就是当两种液体混合在一起，形成一种特定比例的“共沸物”时，咱们就会用到这招。
这就像是两位老友聚在一起，总是互相依赖，离不开对方。
比如，水和酒精混合后，会形成一个共沸物，大家都知道，分开它们可不是件容易的事儿。
这种方法通常用在酒精提纯或者制药的过程中，嘿，谁说化学不实用？2.2 共沸精馏的特点说到共沸精馏的特点，那可真不少！首先，它的操作比较简单，不需要太多复杂的设备。
就像做饭，只要把材料准备好，火候掌握得当，就能出美味佳肴。
此外，这种方法的分离效率高，能在较短时间内达到不错的效果。
再者，由于共沸物的存在，分离过程中的热量变化也比较小，让工艺稳定性大大提高。
不过，这里有个小问题，就是分离出来的物质比例比较固定，不好调节，像是固定的菜单，变不了花样。
3. 萃取精馏3.1 什么是萃取精馏？接下来，咱们再聊聊萃取精馏。
这个名字听上去就像是个魔法，不是吗？其实，萃取精馏主要是通过一种“溶剂”的作用，帮助咱们把目标物质从混合物中“萃取”出来。
这就好比你去超市，目标明确，心里想着买什么，直接抓住就走。
举个例子，咱们常用的橄榄油，就是通过萃取的方式从橄榄果中提炼出来的。
3.2 萃取精馏的特点萃取精馏的特点也非常有趣！首先，它对混合物的选择性强，能更好地针对目标物质，像是在精准打击一样。
其次，这种方法能在很大程度上改变分离物的组成比例，让人觉得选择更多，灵活性强。
同时，萃取精馏在处理难以分离的物质时特别有效，简直就是化工界的“瑞士军刀”。
不过，操作起来可能会稍显复杂，需要一些额外的设备和工艺控制，像是做一顿大餐，得先备齐所有的食材。
化工分离过程(第12讲)(3.3.2共沸精馏)
Chemical Separation Processes
第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算
3.1 设计变量 3.2 多组分精馏过程（普通精馏） 3.3 萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）
3.3.1 萃取精馏 3.3.2 共沸精馏 3.3.2.1 共沸物的特性和共沸组成的计算 3.3.2.2 共沸剂的选择 3.3.2.3 分离共沸物的双压精馏过程 3.3.2.4 二元非均相共沸物的精馏
3.4 吸收和蒸出（解吸）过程
2
3.3.2 共沸精馏Azeotropic Distillation
共沸精馏又称恒沸精馏 ，其分离原理与萃取
精馏基本相同，不同之处是共沸剂（夹带剂，携带 剂）在影响原溶液组分的相对挥发度的同时，还要 与原溶液中一个或多个组分形成共沸物。
共沸物（恒沸物Azeotrope）是指处于平衡状态
3.3.2.1 共沸物的特性和共沸组成的计算
1——形成非均相共沸物 2——形成均相共沸物 3——不形成共沸物
16
3.3.2.1 共沸物的特性和共沸组成的计算
适 用 情 况
P共存 p1 p2 P s , P2s ; 且xⅡ y xⅠ P s p1 p2 1 1
又 p1 x P ; p2 x P
1163 .0 lg P 6.02818 227 t 1652 .05 s lg P2 7.33827 231 .48 t
s 1
（A）
（B）
10
3.3.2.1 共沸物的特性和共沸组成的计算
解题思路：
P2S 设T 计算 S （1） P 1 1 1 试差解出 ln xi 2 2
共沸精馏分离2-甲基吡啶和水
2017年第36卷第9期 CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS·3243·化 工 进展共沸精馏分离2-甲基吡啶和水杨颖，范开功，白鹏，郭翔海（天津大学化工学院，天津 300350）摘要：采用共沸精馏的方法分离2-甲基吡啶和水二元均相共沸物系。
选取环己烷作为共沸剂，利用流程模拟软件Aspen Plus 对共沸精馏塔进行模拟计算，分析了不同共沸剂用量、塔底采出量以及进料位置等操作参数对产品纯度、共沸剂的损失量以及精馏塔热负荷的影响，模拟结果表明当精馏塔的塔板数为21，共沸剂的用量为3600kg/h ，塔底采出量为888kg/h ，原料进料位置在第15块板时，共沸精馏塔塔底可得到质量分数为99.54% 的2-甲基吡啶，塔顶分相罐下层可采出质量分数为99.97% 的水。
最后，通过间歇共沸精馏实验对以环己烷为共沸剂分离2-甲基吡啶-水物系的效果进行检验，结果表明共沸精馏塔塔底2-甲基吡啶的质量分数达99.85%，塔顶水相可采出质量分数达99.96%的水，证明了该工艺路线具有良好的可行性。
关键词：2-甲基吡啶；水；环己烷；共沸精馏；模拟中图分类号：TQ028 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）09–3243–07 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2065Separation of the binary system with 2-mehtylpyridine and water byazeotropic distillationYANG Ying ，F AN Kaigong ，BAI Peng ，GUO Xianghai（School of Chemical Engineering and Technology ，Tianjin University ，Tianjin 300350，China ）Abstract ：Azeotropic distillation was used to separate 2-methylpyridine and water azeotropic mixture. First ，cyclohexane was chosen as the azeotropic entrainer. Second ，Aspen Plus were used to simulate the continuous azotropic distillation process. The effects of entrainer flow rate and output quantity at the bottom and feed location on the product purity and heat duty were analyzed to get the optimal operation parameters. The result indicated that when the theoretical stage number was 21，the entrainer flow rate was 3600kg/h ，the output quantity at the bottom was 888kg/h ，and the feed location was 15，the purity of 2-methylpyridine and water can achieve as 99.54% and 99.97%，respectively. Finally ，in order to investigate the effectiveness of the solvent ，the batch azeotropic distillation experiments were carried out. The results showed that the purity of 2-methylpyridine and water can achieve as 99.85% and 99.96%，respectively ，which revealed that cyclohexane was an ideal azeotropic agent and the azeotropic distillation was useful in the separation of 2-methylpyridine and water system. Key words ：2-methylpyridine ；water ；cyclohexane ；azeotropic distillation ；simulation2-甲基吡啶，化学式C 6H 7N ，相对分子质量93.13，常温常压下是一种具有强烈不愉快吡啶气味的无色油状液体。
共沸精馏实验
实验一共沸精馏精馏是化工生产中常用的分离方法。
它是利用气－液两相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－水系统中加入第三种物质，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。
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．学会使用阿贝折射仪分析液体组成。
二．实验原理乙醇—水系统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－苯三元共沸物性质乙醇水苯乙醇－水－苯(T) 64.85 18.5 7.4 74.1乙醇－苯(ABZ) 68.24 32.7 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表２乙醇、水、苯的常压沸点物质名称(简记) 乙醇(A) 水(B) 苯(B)沸点温度，℃78.3 100.0 80.2从表１和表２列出的沸点看，出乙醇—水二元共沸物的共沸点与乙醇沸点相近之外，其余三种共沸物的广泛的与乙醇沸点均有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。
整个精馏过程可以用图６－１来说明。
图1－１共沸精馏原理图图中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。
图中的曲线为25℃下乙醇、水、苯三元混合物的溶解度曲线。
共沸精馏天津大学
共沸精馏天津⼤学共沸精馏⼀、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、实验原理精馏是把液体混合物进⾏多次部分汽化，同时⼜把产⽣的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程，它利⽤不同组份在⽓-液两相间的分配，通过多次⽓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，对于近沸点或共沸混合体系，往往采⽤加⼊共沸剂的共沸精馏，共沸剂在影响原溶液组分的挥发度的同时，还与他们中的⼀个或数个组分形成共沸物。
如在⼄醇-⽔系统中加⼊共沸剂。
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。
⼄醇-⽔系统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-苯三元共沸物性质共沸物（简记）共沸点/℃共沸物组成，t%⼄醇⽔苯⼄醇-⽔-苯（T）64.85 18.5 7.4 74.1 ⼄醇-苯（AB Z）68.24 32.7 0.0 67.63 苯-⽔（BW Z）69.25 0.0 8.83 91.17 ⼄醇-⽔（AW Z）78.15 95.57 4.43 0.0表2 ⼄醇、⽔、苯的常压沸点物质名称（简记）⼄醇（A）⽔（W）苯（B）沸点温度（℃）78.3 100 80.2从表1和表2列出沸点看，除⼄醇-⽔⼆元共沸物的共沸物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。
共沸精馏技术
不同点：
（1）共沸精馏中加入的共沸剂必须与原溶液中的一个或 几个组分形成共沸物，而萃取精馏中的溶剂无此限 制，共沸剂的选择范围相对较窄；
（2）共沸精馏中共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多， 萃取精馏中萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能 耗一般比萃取精馏大；
10
部分资料从网络收集整 理而来，供大家参考，
感谢您的关注！
（3）在同样压力下，共沸精馏的操作温度通常比萃取精 馏低，故共沸精馏更适用于分离热敏性物料；
（4）共沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一 般只能连续操作。
9
参考文献
［1］段占庭,雷良恒,石油化工,1980,4:41 ［2］Rehfinger A ,Hoffmann U .Chem Eng
Sci,1990,45(6):1605 ［3］肖剑,刘家祺,化工进展,1999,18(2):8 ［4］Pitzer K S.J Amer Chem Soc,1980,102:2902 ［5］刘家祺,分离过程,北京:化学工业出版社,2002:112-1593共ຫໍສະໝຸດ 精馏共沸精馏又称恒沸精馏。
分离原理： 称为共沸物、夹带剂，携带剂 在一些难以用普通精馏方法分离的体系中加入一个
新的组分，共沸剂与待分离关键组分形成共沸物，而使 体系中的组分得到分离。
影响原溶液组分的相对挥发度
4
二、共沸剂的选择
（1）显著影响关键组分的汽液平衡关系； （2）共沸剂容易分离最和好回是收形成；一最低沸点共沸物， （3）用量少，汽化潜热低可例；以如有：较以低水的为操共作沸温剂度， （4）与中进组料分组起分化互学一但 仍溶反般如 然，应比被 有不；原本共 将共生料身沸 水沸 便成沸的物 与剂 于点回的 共两的 分低通收组 沸沸离相1常价分 物点0，~有是组值4不有分并0℃与价分不，值离大进的的，料物必质要，。 （（56））价无廉腐易蚀得、。无另毒冷一；共却不组沸后致分剂相因、与分液溶待离相剂分、分萃离改层取组变儿、分压破二应力坏次是条塔共完件的沸全精正、互馏常化溶、操学的加作方，入法
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化工专业实验报告实验名称：共沸精馏实验人员：聂子杨同组人：唐剑鑫任天宇实验地点：天大化工技术试验中心624室实验时间：2013年4月16日年级 2010 ；专业化工；组号 9 ；学号 3010207103 指导教师：齐晓舟实验成绩：共沸精馏一．实验目的及要求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1.过程原理精馏是利用不同组份在气一液两相间的分配，通过多次气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，在乙醇一水系统中加入第三种物质，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。
乙醇—水系统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。
从表1和表2列出沸点看，除乙醇一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。
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。
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。
而乙醇一苯的共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。
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。
图12.设备原理本实验所用的精馏塔为内径Ф20×200mm的玻璃塔。
内装Ө网环型Ф2×2 mm的高效散装填料。
填料层高度1.2 m。
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。
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。
3.实验试剂乙醇（化学纯），含量95%；苯（分析纯），含量99.5%三．实验流程本实验采用间歇精馏方法，流程如图2，具体步骤如下：1. 称取80克95％的乙醇和一定量的苯，加入塔釜中。
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0.2A ，下段为0.2A ，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. 当塔头有液体出现，全回流20分钟稳定后，调节回流比进行混相回流操作，回流比为5：1条件下运行20分钟后，将回流比调至3：1。
4. 每隔20分钟记录一次塔顶、塔釜温度，同时对塔釜液进行色谱分析。
5. 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，且能观察到三元沸物在苯相苯中以水珠形态穿过，溶于水相中，此时，将回流比调为1:3，同时每隔20分钟取塔釜气项试样进行纯度分析，期间还分别对原料乙醇和苯进行色谱分析，确定其组成。
6. 待塔釜中乙醇含量大于99 ．5％时，停止加热，让塔内持液全部流至塔釜，取出釜液。
7. 将塔顶馏出液用分液漏斗分离。
并依次用气相色谱仪分析富水相、富苯相以及釜液组成，并分别称重。
8. 切断设备的供电电源，关闭冷却水，结束实验。
图2 共沸精馏流程四.实验现象及数据记录设备编号：2 乙醇质量：80g 苯质量：35.4g表3 精馏过程各时刻实验记录备注：1.进料量：0.4μL2.气相色谱操作条件：柱1压力：0.075MPa 柱2压力：0.075MPa桥电流：100mA 信号衰减：6 汽化室温度：110℃柱箱温度：145℃检测室温度：110℃3.各物质校正因子：水：0.707 乙醇：1.000 苯：1.160五．数据处理及结论1.色谱数据处理计算举例（以富水相样品为例）：计算公式：其中于是：水水同理：乙醇乙醇苯苯2.全塔物料衡算进料总质量：塔顶出料及塔釜出料总质量：塔内残余量：塔内水残余量：水塔内乙醇残余量：乙醇塔内苯残余量：苯3.富水相和富苯相组成：有色谱分析处理结果得：富水相组成：水：2.7g 乙醇：5.2g 苯：1.5g 富苯相组成：水：0.5g 乙醇：3.5g 苯：16.8g 4.塔顶三元共沸物的组成水乙醇苯5.25℃下乙醇—水—苯三元物系的溶解度曲线查资料得该三元物系在25℃下平衡组成如下：用CAD作图如下图3 25℃下乙醇—水—苯三元物系的溶解度曲线其中：共沸点为理论共沸点，A、B、W分别代表乙醇、苯、水，BF为加料线六．结果分析及讨论1.误差分析：计算得三元共沸物组成为：水乙醇苯各相对误差为：水乙醇苯从以上计算结果可以看出，各物质的相对误差比较大。
其原因主要是该计算方法仅仅计算的只是塔顶馏出液的组成，而塔顶馏出液除了含有三元共沸物外，还含有二元共沸物，故误差较大。
此外，由于苯有很强的挥发性，也会在一定程度上使苯的含量减少，引起误差。
因此，为了准确得到三元共沸物的组成，必须提升装置的精准度，尽量增加三元共沸物的含量。
2.产品分析从实验过程中最后一次塔釜液的色谱分析结果知，乙醇的含量已经到达了99.3%，但在停止加热后塔釜液的组成中，不但乙醇的含量下降至85.5%，还出现了早已消失的苯。
其原因是停止加热后精馏塔中残留的气体冷凝回流到塔釜液中，使塔釜液的乙醇含量减少。
因此，为了能够得到所希望的产物，可在停止加热后尽早分离塔釜液体。
七.思考题1.需要测出哪些量才可以作全塔的物料衡算？具体的衡算方法是什么？总共需要六个数据才能对全塔进行物料衡算，具体分别是：1、塔釜液质量；2、塔顶富水相质量；3、塔顶富苯相质量；4、塔釜残液各组分质量分数；5、塔顶富水相各组分质量分数；6、塔顶富苯相各组分质量分数；7、原料液质量；8、原料液各组分的质量分数。
具体衡算方法如下：忽略塔内总持液量的影响，对塔内各个组分分别计算其原料中含量和最后馏出物及产品含量的差，如果结果近似等于0，则认为该组分在全塔范围内守恒。
否则需要将塔内损失考虑在内。
2.将计算出的三元共沸物组成与文献值比较，求出其相对误差，并分析实验过程中产生误差的原因。
见误差分析3.出无水乙醇共沸精馏外，查文献说明，还有那些物系，可以用共沸精馏方法分离？1）苯酚—水混合物可以以甲苯为共沸剂进行分离2）醋酸—水混合物可以以对二甲苯为共沸剂进行分离3）正己烷—乙酸乙酯混合物可以以丙酮为共沸剂进行分离。