共沸精馏用苯作共沸剂制备无水乙醇

大学实验

实验九 共沸精馏—用苯作共沸剂制备无水乙醇

对于能形成共沸物的混合溶液来说，普通的精馏方法是很难进行分离的。例如：乙醇—水溶液，因为乙醇同水形成了共沸物。在常压下，共沸组成为4.43%的水，95.57%的乙醇。共沸点为78.15℃。即当乙醇—水溶液浓度为95.6%时，溶液的汽液相组成（平衡组成）相等。这就无法用普通精馏的方法将惭醇溶液再浓缩，即得不到纯度高于95.6%的乙醇。但我们可根据共沸精馏的原理。选择一个好的共沸剂，使之与水和乙醇形成三元共沸物，从而达到分离目的，即可得到无水乙醇。

表1列举了常压下几种共沸剂与乙醇、水形成三元共沸物的特性。

表1 三元共沸物特性表

醇乙酯取代的趋势，但本实验考虑到苯作共沸方法成熟，现象明显，数据较全，便于学生掌握，故用苯作共沸剂制无水乙醇。 一、实验目的

1．巩固并加深理解课堂所学的共沸精馏的有关内容，着重掌握选取共沸剂并用加共沸剂的方法进行分离的原理和方法。

2．熟悉实验室的精馏设备和操作方法。

3．熟练运用三元相图表示溶液各组成的变化过程。 二、实验原理

乙醇（A）、水（W）、苯（B）三者之间可以形成一个三元共沸物，现将它们之间存在的共沸物情况列于表2。

表2 乙醇、水、苯之间存在共沸物的情况

大学实验

当添加适当数量的苯于工业乙醇中蒸馏时，则乙醇—水—苯三元共沸物首先馏出，其次为乙醇—苯二元共沸物，无水乙醇最后留于釜底，其蒸馏过程以图1说明。

图1 乙醇—水—苯三元相图

正三角项点A、W、B分别表示乙醇，水和苯纯物质。T点为A—W—B三元共沸物组成，C点表示A—W二元共沸物组成，D点表示A—B的二元共沸组成，E点为W—B的二元共沸组成。曲线LNM为饱和溶解度曲线，该线以下为两相共存区，系线两端表示两相组成。该曲线受温度的影响而上下移动。

设以95%的乙醇为原料（图1中G点），加入共沸剂，各组成顺GB线变化，设结果得组成为H的混合物。蒸馏时，若塔足够高，则三元共沸物先馏出（64.85℃），组成为T点组成。而釜中残液的组成沿THJ线向J点移动。当达到J点时，残液中已无水分塔项温度升高到68.2℃，馏出A—B二元共沸组成（组成为D点所示），残液组成沿JA线向A点移动，蒸馏温度达到78.3℃时，塔底残液即为无水乙醇。

由图1所示，H点表示最初塔釜混合物的组成，若加苯后使其组成正好在AT线与GB线的交点处（H点），则三元共沸物馏出后，残液变成纯乙醇，此时的共沸剂用量为理论共沸剂用量，但实际操作时宜于添加稍过量的苯，使脱水完全。 首先馏出的大部分为三元共沸（其总组成为T点所示），冷凝后分为两相，一相以苯为主，称苯富相；一相以水为主，称水富相。一般可利用分相器分层将苯相回流，水相采出，使共沸剂不至浪费，也可使精馏时间缩短。但本实验为便于分析计算，未采用分相回流，而是混相回流。继三元共沸后，馏出物为均相的二元共沸物（组成为D点所示）。 三、实验药品、设备用仪器

1．药品

工业乙醇（约含95%乙醇，5%水）。

苯：分析纯，含苯99.5%。 2．设备及仪器

（1）镀水银真空夹套玻璃精馏一套，内装不锈钢网状填料 （2）1000ml三口蒸馏烧瓶 1个。 （3）1000ml电加热套 1个。 （4）2KVA调压器 1台。 （5）阿贝折光仪 1台。 （6）超级恒温水浴 1台。

大学实验

（7）秒表2块。 3．实验装置图

1．塔顶温度计 2．精馏头（冷凝器） 3．出料阀

4．接收瓶

5．精馏塔（内装填料） 6．塔底温度计

7．三口烧瓶（再沸器） 8．电热套

四、实验操作步骤

1．原料配制

称取95%乙醇100克，加苯量计算：

100克95%乙醇中含水5克，按馏出物为三元共沸物计，将5克水完全脱除需加苯：5×

74.17.4

50.1克，为保证水脱除彻底，使苯量略为过量，故加苯54克。即原料中：乙

醇95克，水5克，苯54克。

大学实验

2．实验操作

（1）将原料加入釜中，先开塔顶冷却水，再开塔釜电加热设备。

（2）从塔顶见液体滴下起，全回流20分钟，然后以回流比R=10出料，注意观察塔顶温度变化及馏出液分层情况。

（3）当塔顶温度略有升高，塔顶馏出物由混浊（分层）变为清晰时（不分层），更换出料接收瓶，并加大回流比，使R=13～15。继续出料，观察塔顶温度变化情况，当顶温超过70℃时，回流比加大至20：1。

（4）将更换下来的接收瓶中的出料称重，然后倒入分液漏斗分层（分液漏斗有夹套，保温在25℃），待分层清晰后，分出水层及油层，称重，并分别测两层的折光率ηD25℃。

（5）当塔顶温度升至73℃以上时，停止出料，抽取釜液测其折光率ηD

25℃

，当与市

售无水乙醇（浓度得不小于99.5%）折光率相近时，即认为合格。

（6）关闭塔釜电热设备，塔顶不见液体滴出后，再10分钟关闭冷却水。 （7）实验自始自终每隔15分钟记录一次釜温、顶温及回流比等数据。 五、数据记录及处理

1．根据表2、表3绘出组成一折光率曲线，在曲线中查出馏出液的组成。

（2）作正三角相图。参照表2画出25℃时的溶解度曲线，系线，标出褶点。根据所测组成标出三元共沸点，原料点，并在图中表示本实验的精馏过程。

表2 水—苯—乙醇系统在25℃下的平衡组成

褶点组成：水10.25%

乙醇37.65% 苯52.10%

大学实验

表3 苯—乙醇系统组成与折光率的关系

六、思考题

1．形成共沸物的条件。

2．共沸剂的选择条件。

3．什么是理论共沸剂量？共沸剂加入量如何计算？共沸剂加入量过多或过少有什么不好？

4．两次增大回流比的目的是什么？ 5．为什么要先停电热，后关冷却水？

表中带*的两个数据可能有误，可不予参考。