七、实验数据处理 1． 全塔物料衡算
原料乙醇和苯的组成测定：
第一次 原料乙醇 80.00 第二次 表8 原料组成分析数据
物相名称 质量/g 物质 水 乙醇 水 乙醇 苯 保留时间 0.223 0.451 0.219 0.458 1.754 峰面积 26547 387284 6585 42344 234365 含量 6.41494 93.58506 13.458828 86.54172 100 原料苯
38.90 （1）对塔内乙醇进行物料衡算 以反应釜液中乙醇质量分数：
X乙醇1=311838×1.000÷（2230×0.724+311838×1.000+57425×1.170）=0.8192 m乙醇1=76.3×0.8192=62.50g 富水相中乙醇质量分数：
X乙醇2=194474×1.000÷（158442×0.724+194474×1.000+47003×1.170）=0.5340 m乙醇2=9.7×0.5340=5.18g 富苯相中乙醇质量分数：
X乙醇3=71444×1.000÷（13798×0.724+71444×1.000+299622×1.170）=0.1654 m乙醇3=19.0×0.1654=3.14g 原料乙醇质量分数：
X乙醇=387284×1.000÷（26547×0.724+387284×1.000）=0.9527 m乙醇=80.00×0.9527=76.22g
则塔内残余乙醇的含量为：76.22-62.50-5.18-3.14=5.40g (2) 对塔内苯进行物料衡算
原料液中苯含量:m苯=38.90×1.00=38.90g 以反应釜液中苯质量分数：
X苯1=57425×1.000÷（2230×0.724+311838×1.000+57425×1.170）=0.1509 m苯1=76.3×0.1509=11.51g 富水相中苯质量分数：
X苯2=47003×1.000÷（158442×0.724+194474×1.000+47003×1.170）=0.1291 m苯2=9.7×0.1291=1.25g 富苯相中苯质量分数：
X苯3=299622×1.000÷（13798×0.724+71444×1.000+299622×1.170）=0.6937 m苯3=19.0×0.6937=13.18g
则塔内残余苯的含量为：38.90-11.51-1.25-13.18=9.95g (3) 对塔内水进行物料衡算 原料液中水含量:
m水=326547×1.000÷（26547×0.724+387284×1.000）=3.78g 以反应釜液中水质量分数：
X水1=2230×1.000÷（2230×0.724+311838×1.000+57425×1.170）=0.0059
2. m水1=76.3×0.0059=0.45g 富水相中水质量分数：
X水2=158442×1.000÷（158442×0.724+194474×1.000+47003×1.170）=0.4352 m水2=9.7×0.4352=4.22g 富苯相中水质量分数：
X水3=13798×1.000÷（13798×0.724+71444×1.000+299622×1.170）=0.0319 m水3=19.0×0.0319=0.61g
则塔内残余水的含量为：3.78-0.45-4.22-0.61= -1.5g （4）塔内总持液量为80.00+38.90-9.7-19.0-76.3=10.89g 塔内剩余量为5.40+9.95-1.5=13.85g 两者结果相差2.96g，可能在接取溶液反应釜中有残余，萃取时也有损失。 （5）对物料衡算结果分析为 10.89÷（80.00+38.90）×100%=9.40% 塔顶三元共沸物组成计算
组分水所占比例：ω水=（4.22+0.61）÷（9.7+19.0）×100%=16.83% 相对误差：
γ水=丨0.1683-0.074丨÷0.074×100%=127%
组分乙醇所占比例：ω乙醇=（5.18+3.14）÷（9.7+19.0）×100%=28.99% 相对误差：
γ乙醇=丨0.2899-0.185丨÷0.185×100%=56.70%
组分苯所占比例：ω苯=（1.25+13.18）÷（9.7+19.0）×100%=50.28% 相对误差：
γ苯=丨0.5028-0.741丨÷0.741×100%=32.14%
八、结果汇总与讨论
1. 从物料衡算的结果，我们可以看出，塔内持液占了不小的比例，其中既包括了乙醇，也包括了苯。分液时，由于旋塞处有液体流出，导致富水相、富苯相质量减少。这样就导致了实验结果的误差较大，并且水的物料衡算时，塔持水量为负值。
2. 总述上述结果可以得到下表：
表9 塔顶三元共沸物组成 质量分数 相对误差
水 16.83% 127% 乙醇 28.99% 56.70% 苯 50.28% 32.14% 3. 乙醇-水-苯三元物系溶解度曲线
如图，共沸物组成点为T，加料线为FB。
将乙醇—水的混合物加入塔釜中，此时即对应右图中的F点，随着苯的加入，原料液的组成点逐渐的向B点迁移。由三元相图原理可知，如果原料液的组成点落在某个小三角形内。当塔顶采用混相回流时精馏的最终结果只能得到这个小三角形三个顶点所代表的物质。所以如果想得到无水乙醇，就应该保证原料液的组成落在包含顶点A的小三角形内，即在ΔATABz或ΔATAWz内。从沸点看，乙醇—水的共沸点和乙醇的沸点仅差0.15℃，就本实验的技术条件无法将其分开。而乙醇—苯的共沸点与乙醇的沸点相差10.06℃，很容易将它们分离开来。所以应该将原料液的组成控制在ΔATABz中。也就是说，应该通过控制苯的加入量，使得原料液的组成点落在线段HI之间即可。
将适量的苯加入塔釜中，通过控制适宜的塔釜温度和塔顶回流比，即可以在塔釜中得到较为纯净的乙醇，塔顶得到两元和三元共沸物，从而达到了乙醇和水分离的目的。
九、思考题
1． 如何计算连续精馏中共沸剂的最小加入量？
答：⑴在指定的压力下，做水-乙醇-苯的三角相图；
⑵根据相关文献在图上确定共沸物组成点（自由度为1，所以务必确定是该压力下的共沸点组成），包括三元共沸物，所有可能的二元共沸物。按照实验原理中的说明做出下面的连线。由沸点参数可知，原料液组成应控制在ΔATABZ中；
⑶连接F，B两点，交ΔATABZ于H和I，这两点分别是加入共沸剂的最小量和最大量。
⑷从图上可以读出各线段长度。利用杠杆规则，若混合液的组成为I， 则mB=mF*|IF|/|BI|；若混合液组成为H，则mB=mF*|HF|/|BH|。I和H之间的组成点所用到的共沸剂量应在这两个值之间。
2. 需要测出哪些量才可以作全塔的物料衡算？具体的衡算方法是什么？ 答：总共需要六个数据才能对全塔进行物料衡算，具体分别是：1、塔釜液质量2、塔顶富水相质量数
；3、塔顶富苯相质量
；
；4、塔釜残液各组分质量分
；
；5、塔顶富水相各组分质量分数；6、塔顶富苯相各组分质量分数
。
7、原料液质量；8、原料液各组分的质量分数
具体衡算方法如下：忽略塔内总持液量的影响，对塔内各个组分列算式：，如果结果近似等于0，则认为该组分在全塔范围内守恒。否则需要将塔内损失考虑在内。
3. 将计算出的三元共沸物组成与文献值比较，求出其相对误差，并分析实验过程中
产生误差的原因。
答：相对误差见表9。之所以会引起误差，主要是因为该求算方法计算的只是塔顶馏出液的组成，而塔顶馏出液实际上是三元共沸物与二元共沸物的混合液。该实验过程并没有很好地对三元共沸物蒸尽的临界点进行控制，因而没法按照精确方法计算。
4. 连续精馏中，如果共沸剂加入量超过最小共沸量，会对精馏产物造成什么影响？试 分析说明。
答：在共沸精馏中由于温度的控制不准确，而且三元共沸物和二元共沸物的沸点接 近，所以二元共沸物容易夹杂在三元共沸物中，影响精馏质量。另外，加入过多的 共沸剂会增大塔的能量负荷，从而增大塔产物的分离难度，生产成本也增加。今后 实验前，一定要仔细，认真检查实验仪器的工作状态。
5. 除无水乙醇共沸精馏外，查文献说明，还有哪些物系，可以用共沸精馏方法分离？
答：醋酸-水系统加入共沸剂醋酸正丁酯，分离二异丙醚-异丙醇-水三元物系，乙二 醇、丙二醇和丁二醇物系，正己烷和乙酸乙酯物系，苯酚和水物系，甲醇和丙酮物 系等等。
6. 均相和非均相连续共沸精馏的共同点和区别是什么？试分别叙述。
相同点：都是采用加入共沸剂改变原有共沸物的组成及沸点达到分离的目的。 不同点：非均相连续共沸精馏可以采用分相回流的方法，循环利用共沸剂。本实验 中塔顶富苯相中苯的含量很高可以循环使用。如果是均相共沸精馏需补加更多的共 沸剂。
十、参考文献
[1]. E A Coulson, etal ,Laboratory Distillation Practice, L．George News Ltd,1958 [2]. Erich Krel, Handbook of Laboratory Distillation, Amsterdam, Elsevier, 1982
[3]. 陈洪钫，基本有机化工分离工程，北京：化学工业出版社1985
[4]. F G Shinskey, Distillation Control for Productivity and Energy Conservation 2nd ed, New
York, Mc Graw-Hill Book co, 1984 2nd [5]. Hoanh N Pham,et al. Chemical Engineering Science 1990,45（7）:1823