共沸蒸餾

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化學中,共沸點蒸餾[1]蒸餾中破壞共沸組成進行蒸餾或分餾的一系列技術。在化學工程中,共沸蒸餾 通常指的是某種加入一種組分以產生一種新的,非均相低沸點共沸點物的技術,(例如產生兩種不能互溶的液體相),如在水和乙醇中加入苯。這一加入一種能導致分相的共沸劑的操作即是工業上的共沸蒸餾操作方法中的一部分,或是與其的結合。在某種意義上,加入一種共沸劑與萃取蒸餾是類似的。

物質分離劑[編輯]

加入一種物質分離劑,比如在乙醇/水混合物中加入,改變分子間相互作用並破壞共沸。在液體相中加入新的組分後可以通過多種途徑改變不同物質的活度係數,並進一步改變整個混合物的相對揮發度。由於偏離拉烏爾定律較大,使得加入另一種組分可以較易顯著地改變相對揮發度。在共沸蒸餾中,加入組分的揮發度與混合物相同,新的共沸點由一種或多種組分依據極性的差異形成。[2]如果從進料中的組分不止一種,那麼所選擇形成共沸物的物質分離劑就可以稱為共沸劑。加入的共沸劑應能夠通過蒸餾,傾析,或其他分離方法回收至接近初始加入的量。[3]

舉例-乙醇/水的蒸餾[編輯]

共沸蒸餾的一個經典例應用實例是乙醇的混合物脫水。將接近共沸的混合物送入共沸蒸餾塔中。這一過程可選擇以下幾種共沸劑:丙烷環己烷環己烷庚烷異辛烷丙酮以及乙醚[2]。其中苯和環己烷是使用的最多的。然而,由於苯被發現是一種致癌物質,其使用量已經減少。儘管在過去這是乙醇脫水的標準方法,如今由於其較高的成本和能耗,已經逐漸較少採用。另一種較受歡迎,並且毒性較使用苯低的方法是採用甲苯進行共沸蒸餾脫水。

變壓蒸餾[編輯]

另一種方法,變壓蒸餾,依據的是共沸點隨壓力變化的特性。共沸物不是不能被蒸餾的濃度範圍,而是在餾分的活度係數 互相交叉的一點。如果共沸可以「跳過」,那麼蒸餾就可以繼續進行。儘管因為活度係數已經躍過,水將會從剩餘的乙醇中蒸出,而不是乙醇在低濃度下從水中蒸出。

共沸性可以通過改變壓力來去除,並「跳過」共沸物。通常,將壓力設至沸物接近100%濃度。對於乙醇來說,可能是97%,那麼乙醇現在可被蒸餾至97%左右。實際上會略微低一點,如96.5%。 96.5%酒精之後被送入不同壓力的蒸餾塔中,將共沸點降低,可能達到96%左右。由於混合物已經在96%共沸以上,蒸餾將不會「卡」在這個點上,乙醇可以在任何需要的濃度被蒸出。

分子篩[編輯]

對於汽油中乙醇添加劑的蒸餾,最常用來破壞共沸性的方法是使用分子篩。乙醇被蒸到96%,之後通過一種可以從混合物中吸水的分子篩。此時濃度高於96%且可以進一步被蒸餾。而分子篩可以加熱除水再生。

參閱[編輯]

參考文獻[編輯]

  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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