Азеотропная дистилляция
В химии . азеотропная перегонка [1] Это любой из ряда методов, используемых для разрушения азеотропа при дистилляции . В химической технологии азеотропная дистилляция обычно относится к конкретному методу добавления другого компонента для создания нового, низкокипящего азеотропа, который является гетерогенным (например, с образованием двух несмешивающихся жидких фаз), как в примере ниже с добавлением бензола в воду. и этанол.
Эта практика добавления азеотропного агента, образующего отдельную фазу, представляет собой конкретную подгруппу методов (промышленной) азеотропной дистилляции или их комбинации. В некотором смысле добавление азеотропного агента похоже на экстрактивную дистилляцию .
Агент разделения материалов
[ редактировать ]Добавление агента разделения материалов, такого как бензол, к смеси этанола и воды, изменяет молекулярные взаимодействия и устраняет азеотроп. Добавленный в жидкую фазу новый компонент может по-разному изменять коэффициент активности различных соединений, изменяя тем самым относительную летучесть смеси. Большие отклонения от закона Рауля позволяют легче добиться значительных изменений относительной волатильности при добавлении еще одного компонента. При азеотропной перегонке летучесть добавленного компонента такая же, как и у смеси, и новый азеотроп образуется из одного или нескольких компонентов на основе различий в полярности. [2] Если агент разделения материала выбран для образования азеотропов с более чем одним компонентом в сырье, его называют азеотропным агентом. Добавленный азеосорбент следует извлечь путем перегонки, декантации или другого метода разделения и вернуть в верхнюю часть исходной колонны. [3]
Дистилляция этанола/воды
[ редактировать ]Распространенным историческим примером азеотропной дистилляции является ее использование для обезвоживания смесей этанола и воды . Для этого почти азеотропную смесь направляют в финальную колонну, где происходит азеотропная перегонка. Для этого конкретного процесса можно использовать несколько азеотропных агентов: бензол , пентан , циклогексан , гексан , гептан , изооктан , ацетон и диэтиловый эфир — все это варианты смеси. [2] Из них наиболее широко использовались бензол и циклогексан, но после того, как бензол был идентифицирован как канцероген, толуол . вместо него используется [ нужна ссылка ]
Дистилляция при переменном давлении
[ редактировать ]Другой метод, дистилляция при переменном давлении , основан на том факте, что азеотроп зависит от давления. Азеотроп — это не область концентраций, которые невозможно перегнать, а точка, в которой коэффициенты активности дистиллятов пересекаются. Если азеотроп удастся «перепрыгнуть», дистилляцию можно продолжать, хотя из-за пересечения коэффициентов активности кипящий компонент изменится. Например, при перегонке этанола и воды из оставшегося этанола выкипает вода, а не этанол из воды, как при более низких концентрациях.
В целом дистилляция при переменном давлении является очень надежным и не таким уж сложным методом по сравнению с многокомпонентной дистилляцией или мембранными процессами, но потребность в энергии, как правило, выше. Кроме того, инвестиционные затраты на дистилляционные колонны выше из-за давления внутри сосудов.
Молекулярные сита
[ редактировать ]Для низкокипящих азеотропов перегонка может не позволить полностью разделить компоненты, и поэтому необходимо использовать методы разделения, не основанные на перегонке. Общий подход предполагает использование молекулярных сит . Обработка 96%-ного этанола молекулярными ситами дает безводный спирт, причем сита адсорбируют воду из смеси. Сита можно впоследствии регенерировать путем обезвоживания в вакуумной печи .
Реакции дегидратации
[ редактировать ]В органической химии некоторые реакции дегидратации подвержены неблагоприятному, но быстрому равновесию. Одним из примеров является образование диоксоланов из альдегидов: [4]
- РЧО + (СН 2 ОН) 2 RCH(OCH 2 ) 2 + H 2 O
Такие неблагоприятные реакции протекают при удалении воды азеотропной перегонкой.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кистер, Генри З. (1992). Проектирование дистилляции (1-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-034909-6 .
- ^ Jump up to: а б Кумар, Сантош; и др. (2010), «Безводный этанол: возобновляемый источник энергии», Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики , doi : 10.1016/j.rser.2010.03.015
- ^ Трейбал (1980). Массопереносные операции (3-е изд.). МакГроу-Хилл.
- ^ Виберг, Кеннет Б. (1960). Лабораторная техника в органической химии . Серия McGraw-Hill по продвинутой химии. Нью-Йорк: МакГроу Хилл. ASIN B0007ENAMY .
| Принципы |  | |
|---|---|---|
| Промышленные процессы | ||
| Лабораторные методы | ||
| Техники | ||