共沸法生产无水乙醇中共沸剂配比的研究

2000年9月

顺石油学院学报

JOURNAL　OF　FUSHUN　PETROLEUM　INSTITUTE

　　　抚

Vol.20　No.3

　Sep.2000

　　文章编号:1005-3883(2000)03-0013-03

共沸法生产无水乙醇中共沸剂配比的研究

封瑞江,　　赵崇峰

(抚顺石油学院石油化工系,辽宁抚顺113001)摘　要:　详细讨论了共沸精馏的基本原理,并在填料塔中利用共沸精馏,研究了乙醇-水系统所需共沸剂(苯)的配比与乙醇的最终浓度及共沸精馏时间之间的关系。采用了两种加料方式及富苯相回流。结果表明,两种加料方式具有类似的规律,均存在一个共沸剂的最佳配比,但达到某一分离要求时共沸精馏所需时间及共沸剂用量不同。在乙醇质量分数达99.7%以上时,采用富苯相回流的共沸剂较采用普通的混相回流少用1/3～1/2。因此,采用混相回流可减少共沸剂用量,降低共沸剂提纯回收费用,对工业生产有一定的现实意义。

关键词:　填料塔;　共沸剂;　苯;　乙醇中图分类号:TQ028.4　　　　文献标识码:A

　　精馏是化工生产中最常用的分离方法,但有些物系如乙醇-水在精馏过程中形成共沸物,采用普通精馏难以将其分开获得无水乙醇。此种情况可采取特殊精馏如:共沸精馏。所谓

共沸精馏是指向原混合物中加入第三组分(共沸剂),使其与原混合物中的一个或几个组分形成新的共沸物,一般此共沸物具有最低共沸点,在精馏过程中共沸剂以共沸物的形式从塔顶蒸出,塔釜可得纯物质。

有关共沸精馏应用的研究及如何选择共沸剂的研究报道较多[1～7],但对共沸剂配比及用量的详细研究未见报道。共沸剂用量的多少不仅影响共沸剂的回收提纯费用,而且直接影响到所得产品的质量和收率。因此,研究不同情况下共沸剂用量具有重要的理论和实际意义。

下4种共沸物,其常压下的共沸点及共沸组成见表1。

表1　乙醇-水-苯三元体系共沸物性质共沸物乙醇-水-苯(T)乙醇-苯(ZAB)苯-水(ZBW)乙醇-水(ZAW)

共沸点/℃

64.8568.2469.2578.15

ω(共沸组成),%乙醇

水

苯

18.507.4074.1032.700.0067.360.00

8.8391.17

0.00

95.574.43

　　整个精馏过程可用图1来说明。图中曲线为25℃下乙醇-水-苯三元混合物的溶解度曲线,曲线下方为两相区,上方为均相区,三元共沸点T处在两相区内。

1　实验原理

乙醇-水系统中加入共沸剂苯以后形成如

收稿日期:2000-03-06

作者简介:封瑞江(1961-),男,河北省易县,副教授。

硕士。

14抚顺石油学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　第20卷

　　以T为中心,连结A、B、W及ZAB、ZAW、

ZBW将图分为6个小三角形。如果原料的组成点落在某个小三角形内,当塔顶采用混相回流时,精馏的最终结果只能得到这个三角形3个顶点所代表的物质。故要想得到无水乙醇,原料的组成点必须落在包含顶点A在内的两个小三角形内。从沸点看,乙醇-水的共沸点与乙醇的沸点仅差0.15℃,很难分开,而乙醇-苯的共沸点与乙醇的沸点相差10.06℃,较易分开。因此,分析的最终结果是将原料液组成控制在由ATZAB所围成的三角形内。图中F代表未加共沸剂时原料组成,随着共沸剂苯的加入,原料液的总组成沿FB线变化,并与AT线交于H点(此点分析纯苯与化学纯乙醇的质量比约为5:7),它是达到分离要求所需最少共沸剂用量,而实际用量应略高于此值。上述分析只限于混相回流的情况,而采用富苯相回流时,共沸剂用量比上述值要低得多。下面对富苯相回流情况进行详细研究。

精馏时间的延长,塔釜中水不断被苯带出,塔釜乙醇浓度越来越高,且开始升高较快,随精馏的不断进行,升高越来越慢,最终趋于稳定。而共沸剂用量(配比)不同,乙醇浓度升高速度不同,且最终所需精馏时间和获得的乙醇浓度也不同。在此种加料情况下,m(苯):m(乙醇,化学纯)=3:7最好,且最终乙醇质量分数高达99.7%以上;精馏时间约为120min。这是因为若

苯量太大,会使最终塔釜液中留有苯而使乙醇浓度下降;而若苯量太小,不能将水有效地以共沸物形式带出。2　实验试剂及设备

乙醇(分析纯,质量分数为99.7%以上);乙醇(化学纯,质量分数为93.75%,其余主要是水);苯(分析纯,质量分数为99.5%);丙酮;蒸馏水等。

本实验采用内径为<20mm×2000mm的玻璃塔,内装<2mm×2mm的θ网环,填料层高为1.5m,塔顶有冷凝器和分相回流器,塔釜用电加热,塔顶、塔底温度用热电偶测量。釜液组成由阿贝折光仪测量。

　　(2)将共沸剂与化学纯乙醇-同加入塔

3　实验结果

本实验采用如下两种方式加入共沸剂:

(1)将共沸剂先充满分相器,剩余部分置于塔釜,实验结果见图2。由图2可看出,随着

釜,实验结果见图3。图3中曲线趋势与图2类似,图中m(苯):m(乙醇,化学纯)=3:7为最佳配比,此时乙醇质量分数高达99.7%,所需精馏时间约为150min,较情况1有所延长。图3中曲线解释类似于图2,此处不多阐述。

参考文献

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第3期　　　　　　　　　　　封瑞江等.共沸法生产无水乙醇中共沸剂配比的研究

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1996,(3):27～29

StudyontheMixtureRatioofAzeotropicAgentinProducing

AbsoluteEthanolwithAzeotropicMethod

FengRuijiang,　ZhaoChongfeng

(DepartmentofPetrochemicalEngineering,FushunPetroleum

Institute,LiaoningFushun113001,China)

Abstract:　Theprincipleofazeotropicdistillationisdiscussedindetailandtherelationshipamongtheratioofazeotropicagent(benzene),theethanolconcentrations,theazeotropicdistillationtimeinethanol-watersystemisstudiedinpackingtower.Twofeedingmethodsandbenzene-richphaserefluxwereused,andthesimilaroptimumazeotropicagentratiowasobtained.Buttheethanolconcentrationsandtheazeotropicdistillationtimeweredifferent.Theresultsshowthattheamountofazeotropicagentwithbenzene-richphaserefluxis1/3～1/2lessthanthatwithmixedphasereflux,andtheethanolconcentrationsexceed99.7%.Thecostforrecoveringazeotropicagentdecreases.Theresultswillhavegreatsignificanceintheindustrialprocesses.

Keywords:　Packingtower;　Azeotropicagent;　Benzene;　Ethanol

(Ed.:T,W)