共沸蒸餾

共沸點蒸餾指蒸餾中破壞共沸組成進行蒸餾或分餾的一系列技術，利用兩種有機溶劑形成共沸物進行蒸餾的方法。如水能與三氯乙烯、四氯化碳、氯仿、異戊醇、環己烷、苯形成低沸點共沸物，用蒸餾法蒸出共沸物。由於水與有機溶劑不互溶，水層易於從有機溶劑中分出。可用於樣品中的水分測定，根據蒸出水的體積計算樣品含水量。

基本介紹

• 中文名：共沸蒸餾
• 外文名：co-boiling rectification
• 組成成分：混合液、共沸劑等多元共混物
• 技術關鍵：共沸劑的選擇
• 常用裝置：共沸蒸餾裝置與分水器
• 作用：分離提純

簡介

共沸蒸餾，又稱恆沸蒸餾，是在被分離的混合液中加入一種經過選擇的第三組分，使其與原混合物中的一個或多個組分形成新的共沸物，而且其沸點比原來任一組分的沸點都要低。這樣，蒸餾時新的共沸物從塔頂被蒸出，而塔底產品則為一個純組分，從而達到了將原混合物分離的目的。

共沸蒸餾適用於分離只有共沸組成和相對揮發度接近於1的混合液，工業上無水酒精就是用這種方法製備的。

共沸蒸餾原理

在常壓下乙醇和水會形成具有最低共沸點的共沸物，其中乙醇的摩爾分率為0.894、質量分率為0.9557，沸點為351.15K。用普通蒸餾方法，只能獲得95.57%的乙醇水溶液。但是．如果在乙醇水溶液中加入苯之後．情形就改變了，苯可以與乙醇、水形成二元、三元的共沸物。

7-24

乙醇-水-苯三元共沸物的沸點最低，蒸餾時從塔頂被蒸出；而且在三元共沸物中乙醇含量比原來乙醇-水共沸物中含量大大降低，而水的含量則增加一倍。因此，只要苯的加入量適當，原料中的水幾乎可以全部轉移到新的共沸物中去，塔底所留下的則幾乎為純的乙醇，即通常所說的無水酒精。

用共沸蒸餾製備無水酒精流程，如圖7-24所示。將工業酒精和苯加入共沸蒸餾塔1內進行蒸餾，塔底排出的是無水酒精，塔頂蒸出的是三元共沸蒸氣，經冷凝器4冷凝後，一部分回流塔頂，餘下引入分層器5內靜置分層。上層中苯量較多(0.845)全部返回塔內作補充回流液。下層中苯含量較少(0.1)送入苯回收塔2頂部，以回收其中的苯。在苯回收塔2中，也會產生三元共沸物。因此，將塔2和塔1的蒸氣合併冷凝。塔2底部殘液則引到乙醇回收塔3中，塔頂蒸出乙醇和水二元共沸物，送回塔1作原料。塔3放出的殘液則幾乎是純水。

苯在系統中是循環使用的。最初加苯量應使原料中的水分幾乎都能全部進入三元共沸物中為最佳。操作中，間隔一定時間補充適當數量的苯．以彌補過程中的損耗。

乙醇-水混合物的共沸蒸餾的最大優點，是蒸餾時不需要將原料全部汽化，也不需要很大的回流比，只要能作到使新共沸物汽化就可以了。因此，設備費用和能源消耗量都低。

在共沸蒸餾中，混合物中需要添加夾帶劑才能進行蒸餾分離。夾帶劑與混合物中的一個成分形成共沸物，從而在共沸物與其他成分之間形成較大的相對揮發度。

可採用乙基丁基醚作為夾帶劑從甲酸和乙酸中分離水。水被分離後，採用1-氯丁烷或三氯甲烷作為夾帶劑分離酸。也可採用甲酸丙酯、甲酸丁酯、甲酸戊酯、甲酸異戊酯、二氯乙烷、乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、正己烷和正戊烷等夾帶劑從混合物中分離水。

以丁醇為酯化劑、採用酯化一共沸蒸餾方法可以從三元混合物中分離乙酸。甲酸和水以甲酸丁酯-水共沸混合物的形式被去除。當以苯作為夾帶劑時，通過從混合物分離甲酸和水可生產幾乎純的乙酸。

共沸劑

共沸劑的使用

在共沸蒸餾中，第三種溶劑(稱作共沸劑)被加到初始共沸混合物中，它可與原來混合物中的一種組分形成恆沸點混合物，由此產生的沸點變化經常大到足以引起沸點接近的物質的進一步分離，原共沸混合物中的一種成分的定量移去依賴於加入的共沸劑過量的情況，第二個要求是共沸劑必須容易用簡單蒸餾方法除去。

無水乙醇可通過加入苯蒸餾乙醇一水混合液得到，蒸餾形成新的低沸點(65℃)三元共沸物(74%苯，7.5%水和18.5%乙醇)，該三元共沸物的蒸餾可從體系中定量除去水，但同時使乙醇夾帶了苯．然而，苯一乙醇共沸物(67.6%苯和32.4%乙醇)的沸點為68.3℃，用簡單分餾法從無水乙醇中蒸餾出苯，並在78.5℃收集。

其他例子還有：用乙酸分離乙基苯和乙烯基苯，以及乙酸丁酯用於乙酸的脫水。實際上，合理選擇共沸劑將有助於複雜混合物的分離。

共沸劑的選擇

選擇一種好的共沸劑是共沸蒸餾操作好壞的關鍵，通常應根據以下幾點選擇共沸劑。

(1)共沸劑至少應與欲分離的混合液中的一個組分形成共沸物，而且所形成的新共沸物的沸點與被分離組分的沸點差，一般不應小於10K。

(2)在新的共沸物中，被分離組分與共沸劑的質量比應儘量大一些，以減少共沸劑的用量和汽化所需要的熱量。

(3)冷凝後的新共沸液可以分層，以利於回收。

(4)無毒、無腐蝕、受熱不分解，不與被分離組分起化學反應，來源廣泛，價格便宜等。

共沸蒸餾裝置

共沸蒸餾裝置是在蒸餾燒瓶與回流冷凝器之間加一個分水器。常用的共沸蒸餾裝置與分水器如右圖所示。

共沸蒸餾裝置

當用苯、甲苯等比水輕的帶水劑時，選用右圖中(a)或(b)裝置；若用氯仿、四氯化碳等比水重的帶水劑，應選用圖(c)分水器，在開始加熱前用抽吸的方法使刻度管內吸滿適量的帶水劑；若要除去的水較多，則選用圖(d)分水器較好，它能將蒸出去的水連續排出。

工業上常常用苯作為恆沸劑進行共沸精餾生產無水乙醇。實驗室中常用夾帶劑有苯、甲苯、二甲苯、氨仿、四氯化碳。