共沸蒸馏

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化学中,共沸点蒸馏[1]蒸馏中破坏共沸组成进行蒸馏或分馏的一系列技术。在化学工程中,共沸蒸馏 通常指的是某种加入一种组分以产生一种新的,非均相低沸点共沸点物的技术,(例如产生两种不能互溶的液体相),如在水和乙醇中加入苯。这一加入一种能导致分相的共沸剂的操作即是工业上的共沸蒸馏操作方法中的一部分,或是与其的结合。在某种意义上,加入一种共沸剂与萃取蒸馏是类似的。

物质分离剂[编辑]

加入一种物质分离剂,比如在乙醇/水混合物中加入,改变分子间相互作用并破坏共沸。在液体相中加入新的组分后可以通过多种途径改变不同物质的活度系数,并进一步改变整个混合物的相对挥发度。由于偏离拉乌尔定律较大,使得加入另一种组分可以较易显著地改变相对挥发度。在共沸蒸馏中,加入组分的挥发度与混合物相同,新的共沸点由一种或多种组分依据极性的差异形成。[2]如果从进料中的组分不止一种,那么所选择形成共沸物的物质分离剂就可以称为共沸剂。加入的共沸剂应能够通过蒸馏,倾析,或其他分离方法回收至接近初始加入的量。[3]

举例-乙醇/水的蒸馏[编辑]

共沸蒸馏的一个经典例应用实例是乙醇的混合物脱水。将接近共沸的混合物送入共沸蒸馏塔中。这一过程可选择以下几种共沸剂:丙烷环己烷环己烷庚烷异辛烷丙酮以及乙醚[2]。其中苯和环己烷是使用的最多的。然而,由于苯被发现是一种致癌物质,其使用量已经减少。尽管在过去这是乙醇脱水的标准方法,如今由于其较高的成本和能耗,已经逐渐较少采用。另一种较受欢迎,并且毒性较使用苯低的方法是采用甲苯进行共沸蒸馏脱水。

变压蒸馏[编辑]

另一种方法,变压蒸馏,依据的是共沸点随压力变化的特性。共沸物不是不能被蒸馏的浓度范围,而是在馏分的活度系数 互相交叉的一点。如果共沸可以“跳过”,那么蒸馏就可以继续进行。尽管因为活度系数已经跃过,水将会从剩余的乙醇中蒸出,而不是乙醇在低浓度下从水中蒸出。

共沸性可以通过改变压力来去除,并“跳过”共沸物。通常,将压力设至沸物接近100%浓度。对于乙醇来说,可能是97%,那么乙醇现在可被蒸馏至97%左右。实际上会略微低一点,如96.5%。 96.5%酒精之后被送入不同压力的蒸馏塔中,将共沸点降低,可能达到96%左右。由于混合物已经在96%共沸以上,蒸馏将不会“卡”在这个点上,乙醇可以在任何需要的浓度被蒸出。

分子筛[编辑]

对于汽油中乙醇添加剂的蒸馏,最常用来破坏共沸性的方法是使用分子筛。乙醇被蒸到96%,之后通过一种可以从混合物中吸水的分子筛。此时浓度高于96%且可以进一步被蒸馏。而分子筛可以加热除水再生。

参阅[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Kister, Henry Z. Distillation Design 1st Edition. McGraw-Hill. 1992. ISBN 0-07-034909-6. 
  2. ^ 2.0 2.1 Kumar, Santosh et. al, Anhydrous ethanol: A renewable source of energy., Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2010 
  3. ^ Treybal. Mass-Transfer Operations 3rd Edition. McGraw-Hill. 1980. 

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