实验三 共沸精馏制备无水乙醇
共沸精馏是一种特殊的精馏方法，它适用于共沸组成且用普通精馏无法得到纯品的物系。例如，分离乙醇和水的二元系统，由于乙醇和水可以形成共沸物，而且常压下的共沸温度和乙醇的沸点温度极为相近，所以采用普通精馏方法只能得到乙醇和水的混合物，而无法得到无水乙醇。
为此，在乙醇—水系统中加入第三种物质，使其能和被分离系统的一种或几种物质形成最低共沸物，共沸剂将以共沸物的形式从塔顶蒸出，塔釜则得到无水乙醇，这种方法就称作共沸精馏。
乙醇脱水是最具代表性的非均相共沸物系统。常用的共沸剂有苯、正己烷、环己烷、正庚烷等，它们均可以和乙醇—水形成多种共沸物，而且其中的三元共沸物在室温下又可以分为两相，一相中富含共沸剂，另一相中富含水，前者可以循环使用。后者又很容易分离出来，这样使得整个分离过程大为简化。 一、实验目的与要求
1、通过实验加深对共沸精馏的理解；
2、熟悉精馏设备的构造，掌握精馏操作方法；
3、能够做出间歇过程的全塔物料衡算： 4、学会使用阿贝折射仪分析液相组成。 二、实验原理
乙醇—水系统加入共沸剂苯以后可以形成四种共沸物。它们在常压下的共沸温度，共沸组成列于表(1) 表(1) 乙醇-水-苯三元系统共沸物性质 共沸物 乙醇-水-苯 乙醇-苯 苯-水 共沸点(oC) 64.85 68.24 69.25 共沸组成(wt%) 乙醇 18.5 32.37 / 水 7.4 / 8.83 苯 74.1 67.63 91.17 / 乙醇-水 78.15 95.57 4.43 为了便于比较，再将乙醇、水、苯三种纯物质在常压下的沸点列于表(2)。 表(2) 乙醇、水、苯常压沸点 物质名称 乙醇 水 苯 沸点温度(oC) 78.3 100.0 80.2 以上两表列出的沸点情况看；除乙醇和水的二元共沸物的共沸点与乙醇的沸点相近外，其余三种共沸物的共沸点与乙醇的沸点均有10?C左右的温差，因此，可以设法使水与苯以共沸物的方式从塔顶分离出来，而塔釜得到无水乙醇。
本实验为间歇操作，采用分相回流，由于富苯相中苯的含量很高，可以循环使用，因而苯的用量可以少于理论共沸剂量。
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在理想的操作条件下，塔顶首先出来的是三元共沸物，其后是沸点略高于它的二元共沸物乙醇-苯，最后塔釜得到无水乙醇。这也是间歇操作所特有的效果，即只用一个塔便可将上面三种物质分开。 三、实验装置、流程与试剂
实验流程见图1。在玻璃塔内装有不锈钢网状θ环，填料层高度1.2M。
塔釜为500mL三口烧瓶，其中一个口与塔身相连．另一个口插入一支放有测温铜电阻的玻璃套管，用于测量塔釜液相温度，第三个口作为取样口。塔釜用电热包加热，并采用自动控温仪表控制塔釜和外壁温度，以保证供热恒定。上升蒸汽经填料层到塔顶全凝器，为了便于控制全塔的温度，采用两段导电的透明膜通电加热保温。另外还在塔顶、塔釜及塔身上、下等长两段的中点分别放置了4只测温铜电阻，各点温度由按键开关切换，并由数字温度显示器直接读出。
塔顶冷凝液流入分相器后分为两相，上层为富苯相，下层为富水相，富苯相由溢流口回流。分相器用玻璃管制成，内有冷却蛇管，通人25℃的恒温循环水，保证分相器内液体温度为25℃。
图1 共沸精馏实验流程图
1-塔顶全凝器 2-塔头 3-测温铜电阻 4-玻璃内套管 5-玻璃外套管 6-上段测温铜电阻 7-精馏塔 8-下段测温铜电阻 9-取样口 10-塔釜 11-电加热包 12-分相器 13-三通旋塞 14-出液口 15-上段电加热 16-下段电加热 17-测温铜电阻 18-玻璃套管
四、实验方法与步骤
1、实验步骤
(1)、将70克95％的乙醇溶液加入塔釜，并放几粒沸石； (2)、按照理论共沸剂的用量算出苯的加入量。将称量好的苯
910111718415121231314567816先由塔顶倒入分相器，加到溢流口高度，再将剩余的苯倒人塔釜；
(3)、接通全凝器冷却水，打开电源开关，开始塔釜加热。与此同时调节好超级恒温水浴温度，使循环水通过阿贝折射仪和分相器．并保证温度为25℃；
(4)、为了使填料层具有均匀的温度梯度，可以根据塔顶和塔釜的温度按线性关系计算出上、下保温段测温点处的温度。随时调节保温电流大小，使其达到计算温度要求；
(5)、每隔10min记录一次测温点的温度．每隔20min用注射器取塔釜汽样(取出后立即冷凝为液体)少许，用阿贝折射仪测出折光率，求出塔釜气相组成；
(6)、根据气—液平衡数据，推算出塔釜液相组成，当其纯度达到99.5％以上时即可停止实验；
(7)、取出分相器中的富水层称重并测定折光率，再利用附表求出富水相的组成。然后取少量富苯相用同样的方法测出其组成；
(8)、断电、停冷却水，结束实验。
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五、实验数据处理
1、作间歇过程的全料物料衡算，推算出塔顶三元共沸物的组成；
2、画出25℃下乙醇—水—苯三元物系的溶解度曲线，标明共沸物组成点，画出加料线，并对本精馏过程作简要的说明。 六、实验注意事项
1、控制好塔釜加热以及填料层温度分布是确保正常操作的关键，为使塔顶馏出液很好地分相，还应保证塔顶温度在三元共沸点以下；
2、由于本实验为间歇操作，实验过程采用富苯相全回流。所以分相器的体积是按照原料的总和和总组成专门设计的。当原料液的总量发生变化或塔顶出现大量二元共沸物时，应及时取出分相器中的部分液体．以保证分相器有足够的盛液体积。 七、思考题
1、将计算出的三元共沸组成与文献值比较，求出其相对误差．并分析产生误差的原因 2、如何计算共沸剂的加入量?
3、需要测出哪些量才能做全塔的物料衡算? 附表1 乙醇-水系统气液平衡数据 t(oC) x (乙醇摩尔数) y (乙醇摩尔数) 67.8 43.0 44.0 68.3 61.0 50.0 70.1 80.0 60.0 72.4 89.0 70.0 74.4 94.0 80.0 78.1 100.0 100.0
附表2 乙醇-水-苯系统在25oC下的平衡组成
富苯相，wt% 乙醇 1.86 3.85 6.21 7.91 11.00 14.68 18.21 22.30 23.58 30.85
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富水相，wt% nD25.5 1.4940 1.4897 1.4861 1.4829 1.4775 1.4714 1.4650 1.4575 1.4551 1.4408 乙醇 15.61 30.01 38.50 44.00 49.75 52.28 51.72 49.95 48.85 43.42 苯 0.19 0.65 1.71 2.88 8.95 15.21 22.73 29.11 31.85 42.89 nD25.5 1.3431 1.3520 1.3573 1.3615 1.3700 1.3787 1.3890 1.3976 1.4011 1.4152 水 98.00 95.82 93.32 91.25 87.81 83.50 79.15 74.00 72.41 62.01 实验四 萃取精馏实验
一、实验目的与要求
1、熟悉萃取精馏实验装置及其操作。 2、找出该装置的操作范围。
3、定性了解萃取剂用量、料液比例等条件对操作的影响。 二、实验原理
萃取精馏是一种特殊的精馏方法。它与共沸精馏的操作很相似，但并不形成共沸物，所以比共沸精馏使用范围更大一些。它的特点是从塔顶连续加入一种高沸点添加剂（亦称溶剂、萃取剂）去改变被分离组分的相对挥发度，使普通精馏方法不能分离的组分得到分离。 三、实验装置、流程和试剂
1、实验装置
实验使用萃取精馏装置一套，装置主要尺寸如下： 萃取玻璃塔体内径：20mm；填料高度：1.2m； 脱萃取剂玻璃塔体内径：20mm；填料高度：1m； 填料：2×2（2.5×2.5×3）mm（不锈钢θ网环）； 保温套管直径：60～80 mm；
釜容积：500ml；加热功率：300w；
保温段加热功率（上下两段）：各300w；
预热器直径：30mm；加热功率70w；
主塔侧口：两个；间距400 mm，距塔顶部200 mm向下排列。
气相色谱仪一台。 2、实验装置流程图如图1： 3、实验药剂
甲醇，CP；丙酮，CP；蒸馏水。
四、实验方法与步骤
以甲醇（14.5wt％）─丙酮（85.5wt％）为原料，以纯水为萃取剂，进行连续萃取精馏实验。在计量管内注入甲醇─丙酮混合物液体，另一计量管内注入蒸馏水。进水加料口在上部，进甲醇─丙酮混合物进料口在下部。向釜内注入约100ml含少量甲醇的水，此后可进行升温操作。同时预热器升温，当釜开始沸腾时，开塔体保温电源，并开始加料。控制水的加料速度为180ml/min，甲醇─丙酮混合物与水的体积比为1:2─2.5。不断调节转子流量计所指示的流量，使其稳定在所要求的范围。用秒表定时记下计量管液面下降值以供调节流量用。
当塔顶开始有回流时，打开回流，给定回流值1:1并开始用量筒收集流出物料，同时计下取料时间，要随时检查物料的平衡情况，调整加料速度或蒸发量。此外，还要调节釜液的排出量，大体维持液面稳定。
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图1 萃取精馏实验流程图
