实验7萃取精馏法制无水乙醇.docx

实验七 萃取精馏法制无水乙醇一、实验目的1、熟悉萃取精馏塔的结构、流程及各部件的结构作用；2、掌握萃取精馏的原理，萃取精馏塔的正确操作；3、掌握以乙二醇为萃取剂进行萃取精馏制取无水乙醇；4、了解与常规精馏的区别，掌握萃取精馏法所适宜的物系；5、掌握乙醇水混合物的气相色谱分析方法，学会求取液相分析物校正因子及计算含量的方法和步骤。二、实验原理精馏是化工工艺过程中重要的单元操作，是化工生产中不可缺少的手段。而萃取精馏是精馏操作的特殊形式，在被分离的混合物中加入某种添加剂，以增加原混合物中两组分间的相对挥发度（添加剂不与混合物中任一组分形成恒沸物），从而使混合物的分离变得容易。所加入的添加剂为挥发度很小的溶剂（萃取剂），其沸点高于原溶液中各组分的沸点。萃取精馏方法对相对挥发度较低的混合物来说是有效的，例如；异辛烷—甲苯混合物相对挥发度较低，用普通精馏方法不能分离出较纯的组分，当使用苯酚做萃取剂，在近塔顶处连续加入后，则改变了物系的相对挥发度，由于苯酚的挥发度很小，可和甲苯一起从塔底排出，并通过另一普通精馏塔将萃取剂分离。又例：水—乙醇用普通精馏方法只能得到最大浓度95.5%的乙醇，当采用乙二醇做萃取剂时能破坏共沸状态，乙二醇和水在塔底流出，则水被分离出来。再如甲醇—丙酮有共沸组成，用普通精馏方法只能得到最大浓度87.9%的丙酮共沸物, 当采用极性介质水做萃取剂时，同样能破坏共沸状态，水和甲醇在塔底流出，则甲醇被分离出来。共沸物系，在加入溶剂后，溶剂分子与物系中各组分分子发生不同的作用，主要是改变了各组分分子间的作用力，从而改变了组分的活度。其中分子间的作用力可分为物理作用、氢键与络合作用。（1）物理作用主要是范德华力。它包括取向力、诱导力和色散力。取向力即极性分子的永久偶极矩之间的静电}1力，它和分子偶极矩的大小以及温度有关；诱导力是极性分子的永久偶极矩在电场作用下对邻近分子进行极化，从而使邻近分子产生一个诱导偶极矩；而色散力则是因分子的正负电荷中心瞬间相对位置发生变化，产生瞬间偶极矩，使周围分子极化，被极化的分子反过来加剧顺时偶极矩变化幅度，产生色散力。（2）氢缝作用是分子中的氢原子与一个电负性极大的原子以共价键结合，电负性大的原子将共用电子对强烈吸引过来，使氯原子的原子核几乎“裸露”出来，这个带正电的核又与另一个分子中电负性较大的原子以一种分子间力相结合，这就形成了氢键。（3）络合物的形成是由含有孤对电予的分子或离子，与具有空的电子轨道的中心原子或离子之间，发生电子转移，形成配位键，生成络合物。加入的溶剂分子与共沸物缎分分子以范德华力、氢键、络合等分子间力相作用，对不同组分分子的作用力(或称约束力)大小不同，约束力大的组分活度系数Y。降低，约束力小的组分活度系数Y相对增大，从而改变了被分离物系组分间的相对挥发度。在溶剂作用下的萃取精馏过程中，组分问的物理作用、氢键作用和络合作用是同时存在的，但不同体系中各种作用的大小是不同的。如乙醇一水体系中加入乙二醇溶剂，氢键起主要作用：甲基环已烷一甲苯体系中加入苯酚，色散力起主要作用。萃取精馏的操作条件是比较复杂的, 萃取剂的用量、料液比例、进料位置、塔的高度等等都有影响。可通过实验或计算得到最佳值。对于萃取精馏，选择一种适用的溶剂应遵循以下原则：（1）萃取精馏的溶剂具有尽可能大的选择性，即加入后能有效地使原组分的相对挥发度向分离要求方向转变；（2）萃取精馏溶剂具有较好的溶解性，能与原物系充分混合，以保证足够小的溶剂比和精馏塔板效率；（3）萃取精馏溶剂不能与被分离组分发生化学反应；（4）萃取精馏溶剂应具有较强的热稳定性和化学稳定性：（5）萃取精馏溶剂应具有较低的比热和蒸发潜热，降低精馏中的能耗；（6）萃取糟馏溶剂应具有较小的摩尔体积，减小塔釜体积和塔体持液量；（7）萃取精馏溶剂粘度不宜太大，便于物料的输送，达到良好的传质、传热效率；（8）萃取精馏溶剂应尽可能无毒、无腐蚀性，利于环保，且价格经济容易得到。乙醇-水二元体系能够形成恒沸物（在常压下，恒沸物乙醇的质量分数95.57%，恒沸点78.15℃），用普通的精馏方法难以完全分离。本实验利用乙二醇为萃取剂，进行萃取精馏的方法分离乙醇-水二元混合物制取无水乙醇。由化工热力学研究，压力较低时，原溶液组分1（轻组分）和2（重组分）的相对挥发度可表示为 （1）加入萃取剂S后，组分1和2的相对挥发度（α12）s则为： （2）式中——加入萃取剂S后，三元混合物泡点下，组分1和2的饱和蒸汽压之比；——叫做溶剂S的选择性，因此，萃取剂的选择性是指溶剂改变原有组分间相对挥发度的能力。越大，选择性越好。三、实验装置与试剂1、实验装置本装置用以制取高纯度乙醇，萃取玻璃塔在塔壁开有五个侧口，可供改变加料位置或作取样口用，塔体全部由玻璃制成，塔外壁采用新保温技术制成透