共沸混合物(共沸混合物的组成是否确定)
共沸蒸馏的基本原理
共沸精馏又称共沸精馏,是在分离后的混合液中加入第三组分,以提高各组分的相对挥发度,从而达到精馏分离的目的。在共沸精馏中,将第三组分加入到分离出的二元混合物中,可与原溶液中的一种或两种组分形成更低共沸物,从而形成“共沸物-纯组分”精馏体系。共沸物从塔顶蒸馏出来,纯组分从塔底排出。添加的第三种成分称为共沸物或共沸剂。
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共沸蒸馏的分类
共沸蒸馏是多组分(至少三种组分)非理想溶液的蒸馏。根据共沸物能否分离成两个不互溶的液相,可分为均相共沸精馏和非均相共沸精馏。非均相共沸蒸馏的主要设备是精馏塔、塔顶冷凝器和分相器。共沸物在相分离器中可以分成两个不互溶的液体层:富含共沸物的液体层回流,另一个液体层被萃取,从而以非常经济的方式实现共沸物的分离。与均相共沸精馏相比,非均相共沸精馏可以在分相器中实现液-液分层,可以减少共沸剂回收塔的工作,特殊情况下还可以实现单塔操作,节省设备投资。
▲塔顶产物为非优优资源网均相共沸物的过程。
在A塔中加入乙醇-水共沸混合物和共沸剂苯,在塔底得到纯乙醇。塔顶得到水、乙醇和苯的三元共沸物,冷凝后进入分相器,在此形成两个液体层,上层富含苯,下层富含乙醇。富苯层回流至A塔补充夹带剂,富乙醇层进入B塔,塔顶得到苯-乙醇共沸物回收苯,塔底得到的乙醇-水混合物进入C塔。这个过程可以完成乙醇和水的分离。
▲塔顶产物为均相共沸物的过程。
这种共沸蒸馏过程很复杂。该图显示了通过使用甲醇作为共沸剂将甲苯与沸点接近的烷烃分离的过程。塔A的塔顶产物(甲醇-烷烃共沸物)冷凝后不分层,简单的分层方法不能用于共沸物的回收。而是需要将塔顶产物引入萃取塔B,从塔顶加水萃取甲苯。萃取塔顶得到轻相烷烃,底部的甲醇水溶液可在普通蒸馏塔中分离成甲醇和水。A塔底产物进入D塔,D塔底得到甲苯,塔顶产物一部分回流,一部分返回A塔继续使用。
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恒沸剂的要求
决定共沸精馏可行性和经济性的关键是共沸剂的选择,共沸剂的要求:
①更低共沸物是与被分离组分中的一种(或第二种)形成的,其沸点与从塔底排出的另一种组分的沸点相差足够大。一般来说,它要求大于10C。
②希望能与料液中含量较少的组分形成共沸物,优优资源网的共沸物量尽量高,这样共沸物量少,能耗更低。
③新形成的共沸物应易于分离以回收共沸物。如乙醇-水共沸蒸馏中的静置分层法。
④满足一般工业要求,如热稳定性、无毒、无腐蚀、来源容易、价格低廉等。
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共沸剂的回收
共沸剂的回收直接影响共沸蒸馏过程的经济性。通常,有以下方法来回收共沸剂:
①冷却分层;②提取;③不同压力下的精馏;④二次共沸蒸馏;⑤化学方法。
在上述方法中,①是最简单、最经济的方法,但要求共沸物与分离出的组分形成非均相共沸物在塔顶蒸馏。②也是常用的回收方法,④ ⑤在工业上很少使用。
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共沸剂的引入位置
①共沸剂挥发性低,可在塔顶附近引入,以保证塔内有足够浓度的共沸剂。
②如果共沸物是更低共沸物,共沸物将分段引入,一部分将随进料进入汽提段。
(3)如果共沸剂和两种组分形成共沸物,可以将其引入塔中的任何位置。
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