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
在操作中取流出物用气相色谱仪进行分析。塔顶流出物丙酮为95─96.5 ％（wt％），大大超过共沸组成。该组成对应的塔釜温度为99.8℃、塔顶温度57.7℃。停止操作后，要取出塔中各部液体进行称量，并作出物料衡算。
五、实验数据记录及处理
加料量：水： g；甲醇 g；丙酮 g； 塔顶流出物：丙酮 g；含量： ％；
釜液：甲醇 g；含量： ％；丙酮 g；含量： ％；水： g； 加料速度：甲醇─丙酮混合物： ml/min；水： ml/min； 丙酮精馏收率： ％； 甲醇精馏收率： ％。 六、思考题
1、萃取剂与甲醇─丙酮液体的加料比例对萃取精馏有何影响? 2、回流比对萃取精馏有何影响?
3、甲醇─丙酮液体的浓度对萃取精馏有何影响?
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实验五 连续酯化反应精馏
反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。由于它在操作过程中具有化学反应与分离同时进行的特点，能显著地提高总体转化率，降低能耗，所以它在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到了应用，并越来越显示其优越性。 一 实验目的
1、通过实验使学生了解反应精馏过程是即服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程； 2、掌握反应精馏塔的操作方法； 3、学会用仪器分析塔内物料组成；
4、能进行全塔物料衡算和塔的操作过程分析； 5、了解反应精馏与常规精馏的区别。
二 实验原理
反应精馏过程不同于常规精馏，它即具有精馏的热质传递的物理现象，又有物质变化的化学现象，两者同时存在，相互影响，使过程更加复杂。因此反应精馏对下列两种情况特别适宜：1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受平衡影响，转化率只能维持在一个平衡转化的水平，但是若生成物中有低沸点的物质存在，在精馏作用下能连续从系统中排出，使反应超过平衡转化，并能大大提高效率。2）异构体混合物分离。因沸点接近，靠常规精馏方法不易分离，但当异构体某组分能发生化学反应时，就可使沸点发生变化，并在精馏塔内使其分离。
酸类与醇类酯化反应是属于第一种适宜情况。在没有催化剂存在时，这类反应的反应速率很慢，故一般都是采用催化反应的方法。最适于酯化反应精馏过程使用的催化剂是硫酸，这是由于它不会受塔内温度限制，在塔操作温度下能较好地进行反应。其它固体催化剂仅在最适宜温度下才能发挥出最佳活性，最佳温度未必是精馏塔的操作条件，两者很难匹配，使应用受限制。
本实验是以醋酸和乙醇为原料并在酸催化剂作用下生成乙酸乙酯的可逆反应。反应的化学方程式为：
CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O
实验的进料方式有两种：一种直接在塔釜内进料；另一种是在塔的某一处进料。前者有间歇和连续式操作方式，后者仅有连续式，并可在不同部分分别进料。本实验采用后者，即在塔的上部某位置加入带有硫酸催化剂的醋酸，塔的下部某位置加入乙醇。通过塔釜加热至沸，塔内轻组分逐渐向塔的上部移动，重组分向塔的下部移动。具体说，醋酸沸点高，从顶部向下移动，乙醇沸点低，从塔下部向上移动，两者在塔内进行接触并进行化学反应，同时生成酯和水。这时塔内有四元组成，由于醋酸在气相中有缔合作用，除醋酸外，其它三个组分还存在三元或二元共沸物。而水－酯、水－醇共沸物沸点较低，醇、酯能不断地向塔顶移动，醋酸在向塔低移动过程中不断与上升乙醇反应，使醋酸含量较低。由此，也可说是精馏塔本身就是一个反应器。全过程的物料衡算和热量衡算表达如下：
1、物料平衡方程
全塔物料总平衡如图所示。
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对第j块理论板上i组分进行物料衡算如下式所示。
Lj-1?Xi,j-1+Vj+1?Yi,j+1+Fj?Zi,j+Ri,j=Vj?Yi,j+Lj?Xi,j2≤j≤ni=1,2,3,4
2、汽液平衡方程
对平衡级上的某组分i有下列平衡关系：
Ki,jXi,j-Yi,j=0
每块板上其组成的和应符合下式：
nhi,j∑Yi=1=1;∑Xi=1i,j=1
3、反应速度方程
Ri,j=kjPjXi,j(∑θXi,ji,j)2×10
4该式指反应原料组分浓度相同的条件，如不同则应予以修正。 4、热量衡算方程
对于平衡级上进行热量衡算，最终得出下式：
Lj-1hj-1-VjHj-Ljhj+Vj+1Hj+1+FjHfj-Qi+RjHrj=0
三 实验装置及流程
实验装置及流程如图所示。精馏塔的结构尺寸为：直径20㎜，高1500㎜，用玻璃制成。塔内填装φ2×2㎜不锈钢θ环（或玻璃丝三角型填料）。塔釜为四口烧瓶，容积0.5mL。塔身镀透明导电膜，用固态变压器调节电流，作保温用。釜置于300w电热包中，采用高精度智能化仪表与固态继电器、固态变压器控制电路组成自动控制釜温。塔顶冷凝液的回流采用摆动式回流比控制器操作，该控制系统由塔头上摆锤（玻
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璃内保有铁棒）、电磁铁成圈与回流比拨码数字显示控制仪组成。塔体有8个取样口，均匀分布。用铂电阻做测温元件，数字温度显示仪测定釜液和塔顶温度。
四 实验步骤
在釜内加入200g接近于稳定操作组成的釜液。检查进料各系统至泵端之管线，连妥后即可将醋酸，乙醇计量管内注入各自的原料（醋酸内含0.3％硫酸），开启泵，微微调节带刻度的旋转柄，让原料充满管路各部分后停泵。开釜加热及塔保温的电源，调节温度控制电路的手动电位器。调节保温的固态变压器的手动电位器，使电流表指示在0.5A以下（注意：启动时电流不能过大，以免设备骤热而破裂），给定釜加热的控温数值过一段时间根据温度显示的情况逐步升温。精馏塔头通冷却水。当釜液开始沸腾时，再次给定釜加热温度，此后会以自动控温方式操作，塔身保温电压固定后不再改变。当蒸汽上升至塔顶后，全回流15min以后开始进醋酸和乙醇，回流比控制在5：1，醋醇分子比在1：1.3，进料速度为0.5mol（乙醇）/h，或者按其它给定制进行操作。
进料后要仔细观察塔低与塔顶温度，并测定顶与釜的出料速度，及时调节使进出料基本处于平衡状态。稳定操作1h，以后每隔30min对塔顶、塔釜溜出液取样分析。另外，用微量注射器，在位于不同塔高的取样口内取液样，直接注入色谱测出在该操作条件下的塔内浓度分布。每30min将收集溜出物称重一次。当两次所得称重量相近时，才可改变回流比重复上述操作，测出不同回流比的反应精馏数据。
实验完毕后关闭加料泵，停止加热，待持液全部流至塔釜后，卸出釜液称重。最后停止通冷却水。
五 数据处理 1、实验数据
根据实验的内容，自行设计记录表格，并记录全部实验数据；
2、数据处理
根据下式计算反应精馏酯化收率：
y=溜出液醋酸乙酯的质量进料醋酸质量×100%
实验装置简图 1－精馏釜；2－电热包；3－塔釜温度计；4－乙醇加料釜；5－乙醇计量器；6－取样口；7－醋酸计量泵；8－醋酸计量器；9－塔顶温度计；10－摆锤；11－冷凝器；12－电磁铁；13－塔顶馏分收集计量器；14－精馏塔；15－U型压差计；16－塔釜馏分收集计量器 求出醋酸和乙醇的转化率和全塔的物料衡算。 六 思考与讨论
1、不同回流比条件下，塔不同高度的液体组成分布状况如何？ 2、改变塔操作的诸条件，酯化收率如何变化？ 3、怎样才能提高反应精馏的收率？
4、若采用釜内进料方式，操作条件要做哪些改动？酯化率如何？
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