醇_水_氯化锂体系汽液平衡

醇-水-氯化锂体系汽液平衡

陈维苗,张雅明

(南京工业大学化工学院,江苏南京　210009)

摘　要:用改进的Othmer汽液平衡釜测定了0.1MPa下乙醇/异丙醇/正丙醇-水-氯化锂体系在不同恒盐摩尔分率下的汽液平衡数据,并用Mock模型、Sander模型、Macedo模型和Kikic模型对实验数据进行了关联,结果良好。

关键词:乙醇;异丙醇;正丙醇;氯化锂;汽液平衡;盐效应中图分类号:TQ031.1　　文献标识码:A　　　文章编号:1007-7537(2002)02-0070-04

　　分离乙醇-水、异丙醇-水、正丙醇-水体系的传统工艺是共沸精馏,设备投资大、能耗高。南京化工大学化工系于1995年提出用单一盐作为分离剂加盐精馏生产无水乙醇,由于是单塔流程因而操作简单,投资和能耗与传统工艺相比有较大的下降。日本IHI公司于1969年开发了用氯化钙作为共沸剂从水溶液中制取无水异丙醇,年生产能力7300t,相比于共沸精馏,投资、能耗也有很大的改观[1～2]。

加盐精馏制取无水异丙醇和无水正丙醇的研究较少报道,加盐精馏制取无水乙醇也因盐(氯化钙)回收需要较高的温度对设备和操作带来很多不利,所以本文选取盐效应很大且回收温度较低的氯化锂作为分离剂,来探讨该盐对这3个醇水体系汽液平衡影响。

1.2　装　置

实验所用的汽液平衡釜为改进的Othmer釜,其结构可参考文献[1～2],该釜与Johnson和赵承卜设计的釜相比,作了如下改进:11平衡釜的加热是采用插有电热丝的玻璃盘管在釜液体内部加热,热效率高,受热均匀;21汽相冷凝液停留空间及时间大为减少,并用微量进样器直接取样,由于量少而不影响汽相冷凝液的循环,故汽液平衡时间短。1.3　实验

为了验证平衡釜的可靠性,在0.10MPa下测定了乙醇/异丙醇/正丙醇-水3个体系的汽液平衡数据,结果与文献值[3]一致。用Hering2ton面积法对该3个体系的汽液平衡数据进行了热力学一致性检验。乙醇-水:J=25.2,D=3.3;异丙醇-水:J=22.9,D=7.2;正丙醇-水:J=15.6,D=4.7。J>D,符合热力学一致性,表

1　汽液平衡测定

1.1　试　剂

实验所用的无水乙醇、无水异丙醇、无水正丙醇均为分析纯试剂,经色谱分析除含微量水外无杂质峰,醇中微量水用卡尔费休法分析;氯化锂亦为分析纯试剂,在120℃下真空干燥2h以上以除去水份,放在干燥器中备用。

明此平衡釜测定的汽液平衡数据是可靠的。

在0.10MPa下,实验测定了氯化锂摩尔分率x3=0.05、0.10、0.15下乙醇-水-氯化锂体系和正丙醇-水-氯化锂体系,氯化锂摩尔分率

x3=0.05、0.07、0.12下异丙醇-水-氯化锂体

系的9组汽液平衡数据。其结果见表1、表2和表3,其相平衡线见图1、图2和图3,图表中‘

x1代表脱盐基醇摩尔分率,y1代表汽相中醇的摩尔分率。

收稿日期:2001-10-10

作者简介:陈维苗(1971-),男,安徽东至人,在读硕士研究生,主要研究方向为热力学与分离。

第2期　　　　　　　　　　　　　　陈维苗等:醇-水-氯化锂体系汽液平衡

表1　乙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系常压汽液平衡数据

Table1　Vapor-liquidequilibriumdataforethanol-water-lithiumchloride

x3=0.05

x1

‘

71

x3=0.10

T/K

x1

‘

x3=0.15

T/K

x1

‘

y1y1y1T/K

0.07180.11350.18160.25720.31110.34380.45120.5710.570.62250.67190.72450.77710.82960.93480.52730.60040.520.67690.68850.70460.72120.76550.76950.78070.79120.82290.85770.88240.9496360.58357.05355.60354.90354.15353.60353.25352.95352.70352.55352.47352.20352.00351.351.750.05970.07430.13000.21000.25200.32880.41370.520.67250.77080.88680.9307

0.57080.60210.50.67390.68490.71760.73670.77410.82180.87310.93510.9602361.28357.10355.10354.20353.05352.35351.15350.95350.70352.00352.40352.850.02720.05070.12240.22540.36220.42130.56280.820.75080.82960.9348

0.5180.61580.71310.74940.76520.7790.79950.84230.87050.92240.9796

360.12359.40358.80358.25356.15355.55355.35355.45355.50355.65355.67

表2　异丙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系汽液平衡数据

Table2　Vapor-liquidequilibriumdatafor2-propanol-water-lithiumchloride

x3=0.05

‘

x1x3=0.07

T/K

‘x1x3=0.12

T/K

‘x1y1y1y1T/K

0.01700.03000.06060.08610.15170.20600.23960.27490.41380.52910.65630.84270.90480.9536

0.33860.40260.52490.54150.55480.56230.56720.58700.63870.68600.77920.86100.130.9391

3.00357.73355.25354.50354.25353.96353.80353.70353.74353.92354.10354.31354.43354.65

0.01340.03070.06700.12880.16260.23140.33520.44660.55820.620.70080.76220.81620.9022

0.26340.46540.59440.61710.62290.62940.65380.72530.74600.78310.81700.82750.85550.9225

365.90357.83354.99354.68354.32354.05354.06354.13354.25354.33354.65354.79354.94355.01

0.01490.04230.12410.19230.24270.30180.36740.45670.58830.73280.86500.9458

0.35780.61070.66030.68860.69590.690.73080.77060.780.84870.91740.9662

362.53357.32355.73354.96354.93354.95355.05355.38355.48355.85356.08356.18

表3　正丙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系汽液平衡数据

Table3　Vapor-liquidequilibriumdatafor1-propanol-water-lithiumchloride

x3=0.05

‘

x1

x3=0.10

T/K

‘x1

x3=0.15

T/K

‘x1

y1y1y1T/K

0.00960.03910.08790.16840.24200.29690.36750.780.77160.87080.9349

0.160.37730.40150.41750.42150.43310.45050.60020.69220.78360.8791

368.03363.49361.78361.38361.02361.30361.483.22366.48368.63370.20

0.01140.03280.07580.14330.180.27610.40480.50680.63150.78290.85820.9304

0.19730.41230.46360.47310.47550.49710.53040.57760.980.74800.83560.9074

3.03363.43362.93362.87362.78363.003.36365.28366.68369.05370.45371.65

0.02090.05440.11370.18820.21400.31650.50530.66310.82990.86680.9846

0.340.51090.54880.56510.57650.60090.67580.76880.880.93120.9752

365.365.365.52366.02366.45366.60369.68371.21375.80376.72381.90

　南　京　工　业　大　学　学　报　　　　　　　　　　　　　　　第24卷72　　　　　　　　　　　　　　　　　

由实验数据拟合得到的。有关综述可见文献[4]。

Mock[5]等将Chen等提出的单溶剂电解质模型扩展到了混合溶剂电解质体系,但他认为Chen模型表达式中的D-H项(Debye-Huckle项)对水在相平衡中的影响甚微,所以将长程相互作用项忽略,只考虑局部相互作用的贡献。Sander[6]将D-H项与改进的UNIQUAC项相结合来关联和预测含盐体系的汽液平衡。最后得到总的汽相摩尔分率绝对偏差尚可,但体系温度和压力的偏差相对较大,特别在高盐浓度区。在Sander模型中D-H项包含有不一致图1　乙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系x-y图

Fig.1　Phasediagramforethanol(1)-water(2)-lithiumchloride(3)性,所以Macedo[7]等对该模型中D-H项作了修正

图2　异丙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系x-y图

Fig.2　Phasediagramfor2-propanol(1)-water(2)-lithiumchloride(3)

图3　正丙醇(1)-水(2)-氯化锂(3)体系x-y图

Fig.3　Phasediagramfor1-propanol(1)-water(2)-lithiumchloride(3)

2　汽液平衡数据关联

　　现有的关联含盐体系汽液平衡方法很多,目前用的较普遍的是基于过量吉布斯自由能概念的半经验半理论的模型。该类模型多是用2～3项从理论推导得来的数学表达式来分别描述电解质溶液中的粒子间不同类型相互作用的贡献,但模型的参数是

以准确表达长程作用力的贡献,得到与Sander模型相仿的精度,同时包含了更多的离子和溶剂,扩大了应用范围。Kikic[8]又对Macedo模型作了一些改进,第一次引进了UNIFAC项,用它代替了UNIQUAC项,有了更广的应用范围和更大的灵活性。

本文选用了上述4个模型对所测的实验数据进行了关联,结果见表4。

表4　各模型关联结果比较

Table4　ComparisionforcorrelationresultusingseveralmodelsMacedo模型|ΔT|/K1.440.791.19

|Δy1|0.02080.02260.0226

Sander模型|ΔT|/K1.440.821.20

|Δy1|0.02090.02350.0247

Kikic模型|ΔT|/K1.380.681.12

|Δy1|0.03050.01960.0276

Mock模型|ΔT|/K1.070.600.88

|Δy1|0.010.01650.0192

体系乙醇体系

异丙醇体系正丙醇体系

3　讨论与结论

3.1　测定了乙醇/异丙醇/正丙醇-水-氯化锂体

明,氯化锂均使3类体系的醇-水相对挥发度升高,且随盐浓度的增加而增加。当x3=0.05时打破了乙醇-水体系的共沸点;x3=0.12时异丙醇-水体系的共沸点消失;x3=0.15时正丙醇-水体系的共

系在不同恒盐摩尔分率下的汽液平衡数据,结果表

第2期　　　　　　　　　　　　　　陈维苗等:醇-水-氯化锂体系汽液平衡73

沸点消失。由此可见,氯化锂是个较有潜力的加盐精馏的萃取剂。3.2　从关联结果看,4个模型基本上满足工程设计要求。其中,Mock模型明显好于其他3类模型,所需模型参数(9个)却较少;Sander模型与Macedo模型精度相仿,但后者消除了D-H项中的不一致性。参考文献:

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1977.

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equilibriaofmixed-solventelectrolytesystems[J].AIChEJ,1986,32(10):1655.

[6]　SanderB,FredensulundA,RasmussenP.Calculationofvapor-liquid

equlibriainmixedsolvent/saltsystemsusinganextendedUNIQUACe2quation[J].ChemEngSci,1986,41(5):1171.

[7]　MacedoEA,SkovbrgP,RamussenP.UNIFACpredictionofvaporliq2

uidequilibriainmixedsolvent-saltsystems[J].ChemEngSci,1990,45(4):875.[8]　KikicI,FemeglaM.Caculationofphaseequilibriaforsolutionsof

strongelectrolytesinsolvent-watermixtures[J].ChemEngSci,1991,46(11):2775南京化工大学学报,1997,19(3):63.

[2]　武文良,张雅明,王延儒,等.异丙醇-水-乙酸钾体系汽液平

衡数据的测定及关联[J].石油化工,1997(26):610.

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Vapor-liquidequilibriaforalcohol-water-lithiumchloridesystem

CHENWei2miao,ZHANGYa2ming

(CollegeofChemicalEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)

Abstract:IsobaricVLEdataforthesystemsethanol/2-propanol/1-propanol-water-lithiumchlorideat0.1MPaweremeasuredunderfixedsaltmolefractionusingamodifiedOthmerrecirculationstill.TheVLEdataobtainedwerecor2relatedbyMockmodel,Sandermodel,MacedomodelandKikic,odel,theresultsweresatisfactory.Keywords:ethanol;1-propanol;2-propanol;lithiumchloride;VLE;salteffect

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南京工业大学应汉杰教授荣获第七届江苏省青年科技奖

为进一步促进我省青年科技人才的成长,构建江苏新世纪科技人才高地,推进经济大省向经济强省、科技大省向科技强省、人才大省向人才强省的跨越式发展,江苏组织部、江苏省人事厅、江苏省科学技术协会共同设立“江苏省青年科技奖”,旨在表彰在自然科学研究以及技术开发、推广、应用工作中作出重要贡献的优秀青年科技人员。南京工业大学应汉杰教授荣获第七届江苏省青年科技奖,今年江苏省共有20名青年科技工作者获此殊荣。

(科技处袁正英)