异丙醇-水-碱/乙二醇物系常压汽液平衡数据的测定

石油化PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷第5期异丙醇一水一碱/乙二醇物系常压汽液平衡数据的测定曾妮,张颂红,姚克俭(浙江工业大学化学工程与材料学院绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地浙江杭州310032)[摘要]在常压下,用循环式汽液平衡釜测定了异丙醇一水-氢氧化钾(氢氧化钠或醋酸钾)/乙二醇物系的汽液平衡数据,其中氧化钾(氢氧化钠或醋酸钾)/乙二醇作为复合溶剂,v(复合溶剂):(异丙醇一水)分别为0.5:1,1;1,2:1。实验结果表明氢氧化钾(氢氧化钠)/乙二醇复合溶剂可消除异丙醇-水的共沸点并显著提高异丙醇-水的相对挥发度;当脱除复合溶剂后液相异丙醇的摩尔分数小于80%时,氢氧化钾(氢氧化钠)/乙二醇复合溶剂对异丙醇一水的分离效果优于醋酸钾/乙二醇复合溶剂。用 Wilson模型对实验数据进行关联汽相组分的平均偏差小于0.02。[关键词]异丙醇;乙二醇;氢氧化钾;氢氧化钠;醋酸钾;复合溶剂;汽液平衡[文章编号]1000-8144(2006)05-0448-04[中图分类号]TQ013.1[文献标识码]AVapor-Liquid Equilibrium of Isopropanol-Water-Alkali/Glycol Systemat Atmospheric PressureZeng Ni, Zhang Songhong, Yao KejianState Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry Synthesis Technology, College ofChemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou Zhejiang 310032, China)[Abstract Vapor-liquid equilibrium( VLE )of isopropanol-water-alkali/glycol system was measuredat atmospheric pressure. The alkali referred to potassium hydroxide or sodium hydroxide or potassiumacetate In the above system, glycol containing potassium hydroxide or sodium hydroxide or potassiumacetate formed a composite solvent. The volume ratios of composite solvent to isopropanol-water were0.5: 1, 1: 1 and 2: 1, respectively. Thermodynamic consistency for experimental data of isopropanolwater system was confirmed by means of Herington method. Azeotropic point of isopropanol-watercould be eliminated by adding composite glycol solvent containing potassium hydroxide or sodiumhydroxide. When mole fraction of isopropanol in liquid phase was less than 80% after removal ofcomposite glycol solvent from the system, the increase of relative volatility of isopropanol-water bycomposite glycol solvent containing potassium hydroxide or sodium hydroxide was obviously largerthan that of containing potassium acetate. vle data were correlated with Wilson model. Results showedthat average deviation of vapor-phase composition was less than 0. 02Keywords] isopropanol; glycol; potassium hydroxide; sodium hydroxide; potassium acetatecomposite solvent; vapor-liquid equilibrium异丙醇是一种重要的有机化工原料和有机溶著提高异丙醇-水的相对挥发度,并可有效地减少剂,广泛应用于油漆、油墨、农药、合成树脂、医药等萃取剂的用量3。鲍静等对异丙醇-水-含方面2。常压下异丙醇与水形成共沸物,共沸点盐/碱复合溶剂物系的汽液平衡进行了研究,研究温度为80.31℃,共沸组分中异丙醇的质量分数为结果表明,在溶剂已加盐的基础上再加入适量的碱87.4%。因此,用一般的精馏方法难以获得高纯度的异丙醇,需要采用特殊精馏或其他分离方法。[收稿日期]2005-12-28;[修改稿日期]2006-01-24。人们对加盐萃取精馏分离异丙醇-水物系进作者简介]曾妮(198-),女,广西省桂林市人,硕士生。联系人行了许多研究,结果表明,在萃取剂中加入盐可显姚克俭电话0571-88020706,电邮 aoki@ zjut. edu.cm第5期曾妮等.异丙醇-水-碱/乙二醇物系常压汽液平衡数据的测定可进一步提高异丙醇-水的相对挥发度。林军1.3实验方法等对加碱萃取精馏制无水乙醇进行了初步探讨首先配制氢氧化钾/乙二醇、氢氧化钠/乙二醇通过加碱萃取精馏可有效分离乙醇和水,但加碱萃醋酸钾/乙二醇复合溶剂,在乙二醇中加碱或盐的量取精馏制取无水异丙醇的过程尚未进行深入的为0.15g/mL。按V(复合溶剂):V(异丙醇-水)研究。(溶剂比)为0.5:1,1:1,2:1的比例配制溶液,将本工作在常压下,以氢氧化钾(氢氧化钠或醋溶液加入到汽液平衡釜中并加热至沸腾。用校正后酸钾)乙二醇为复合溶剂,测定了异丙醇-水-复的温度计(精度为0.1℃)测量沸腾室顶部的温度,合溶剂物系的汽液平衡数据。当温度不再变化时视系统达到平衡状态,保持平衡状态1h以上,用微量取样针取样,进行分析。1实验部分1.4分析方法11试剂采用日本岛津公司生产的GC-14B型气相色异丙醇和乙二醇:均为分析纯经色谱分析无杂谱仪对试样进行分析,色谱数据采用浙江大学生产质峰;氢氧化钾氢氧化钠醋酸钾:均为分析纯使的2010型色谱数据工作站处理。色谱分析条件为:用时进行脱水处理;水为去离子水。填充柱 Porpark-Q,中3mm×3m,热导检测器,柱12实验仪器与热力学一致性检验温200℃,进样温度220℃,检测器温度220℃,载采用天津大学生产的CE-2型循环式汽液平气为H2,采用校正面积归一化法定量。衡釜测量汽液平衡数据。为了检验实验数据的可靠性,首先测定了常压下异丙醇-水二组分物系的汽2结果与讨论液平衡数据,测定结果与文献[10]值一致,用2.1汽液平衡数据Herington法对异丙醇-水二组分物系的汽液平衡在常压下,测定了溶剂比分别为0.5:1,1:1数据进行热力学一致性检验,结果符合热力学2:1时的异丙醇-水-复合溶剂物系的汽液平衡数致性。据,实验结果见表1~3表1异丙醇(1)-水(2)-氢氧化钾/乙二醇(3)物系的汽液平衡数据Table 1 Vapor-liquid equilibrium data of isopropanol(1)-water(2)potassium hydroxide/ glycol( composite solvent)(3)v( Composite solvent): V(Isopropanol +H,o)0.5:1(I)l:1(Ⅱ)2:1(Ⅲ)T/KT/KyI361.60.8860.863372.3361.30.8080.8860.7650.901371.60.902360.90.7010.871371.20.556359.80.5180.7550.0.833371,10.368359.70.2160.718360.40.1840.6000.2220.677373.00.1610.525376.2364.30.0730.4470.119377,70.493368,40.0840.5140.417x 1: Mole fraction of isopropanol in liquid phase when composite solvent had been eliminated; y1 mole fraction of isopropanol in vapor phase whencomposite solvent had been eliminated2.2讨论小于80%时,氢氧化钾(氢氧化钠)乙二醇复合溶加入复合溶剂能使异丙醇-水物系的异丙醇剂对提高异丙醇-水的相对挥发度的效果优于醋汽相组成大于共沸组成,说明异丙醇-水的共沸点酸钾/乙二醇复合溶剂。这是由于氢氧化钾(氢氧消失。加入氢氧化钾(氢氧化钠)/乙二醇复合溶化钠)溶于乙二醇中形成溶碱萃取剂,其中一部分剂,均能使异丙醇-水的共沸点消失,相对挥发度碱与乙二醇发生可逆反应(以氢氧化钾为例),如显著提高,且加入氢氧化钾的效果优于加人氢氧化式(1)钠。当脱除复合溶剂后液相中异丙醇的摩尔分数C2HO, + KOHC,H,O,K+H,O450PETROCHEMICAL TECHNOLOGY2006年第35卷表2异丙醇(1)-水(2)-氢氧化钠乙二醇(3)物系的汽液平衡数据Table 2 Vapor-liquid equilibrium data of isopropanol(1 )-water(2)-sodium bydroxide/ glycol( composite solvent)(3)v( Composite solvent): V( Isopropanol+H,O)0.5:1(Ⅳ)1:1(V)2:1(Ⅵ)T/KT/KT/K0.9270.897371.80.9030.7650.860362.80.829371.10.6820.6983710.5780.7650.434362.2359.60.1940.626362.3360.90000.774373.50.707375.00.1600.610376.50.0860.492364.40.1580.0420.3850.4160.0930.5550.3680.351368.7379.1表3异丙醇(1)-水(2)-醋酸钾/乙二醇(3)物系的汽液平衡数据Table 3 Vapor-liquid equilibrium data of isopropanol( 1 )-water(2)-potassium acetate/glycol( composite solvent)(3)-y Composite solvent): V( Isopropanol +H,O)0.5:1(Ⅶ)1:1(Ⅷ)2:1(Ⅸ)T/K363.30.937366.80.8520.371.30.879362.8370.80.759361.20.6380.774366.30.802370.6360.3370.20.3000.4369.9360.30.5440.2890.6150.3061.50.245371.3363.40.0860.407372.20.4230.290368.0374.6式(1)中的乙二醇钾起着“载体”的作用,它与因此在碱和乙二醇的双重作用下,异丙醇-水的相被分离物系中的水发生反应生成乙二醇和氢氧化对挥发度得到了较大的提高钾,相当于乙二醇钾将物系中的水不断地带出,而它2.3实验数据的关联本身不发生变化,只起着迁移水分的载体作用。同将异丙醇(1)-水(2)-复合溶剂(3)作为拟时由于苛性碱是强电解质在水溶液中可解离为离三组分物系,采用 Wilson模型分别对实验数据子,产生离子电场。水分子和醇分子的极性和介电进行关联,平均偏差用式(2)计算。Wlon模型参常数不同,在离子电场的作用下,极性强和介电常数数和关联结果见表4。由表4可见,汽相组分的平大的水分子就会较多地聚集在离子周围,减小了水均偏差(△y1m)小于0.02。的活度系数,从而提高了异丙醇一水的相对挥发度而且,乙二醇与水形成氢键的能力比异丙醇与水强(2)表4 Wilson模型参数和汽相组分的平均偏差及异丙醇-水的相对挥发度Table 4 Wilson model parameters, average deviation of vapor component and relative volatility of isopropanol-water20.27120.6807-0.45670.22600.31590.83120.00602.0250.13660,40090.46070.99261.23030.00582.8080.00920.61730.4140.52301.60201.00680.01132.837Ⅳ0.19830.65270.13090.31480.64740.83590.20150.74830.24660.0092Ⅵ0.1614-0.12400.76191.32250.27740.0157Ⅶ0.6ll1-0.2573.7980-0.25630.01071.6340.13321.18520.61710.47651.28310.01332.1330.1554l.11720.04080.75570.477101232.141A: wilson model pararmeters; AyI m: average deviation of vapor component第5期曾妮等.异丙醇一水一碱/乙二醇物系常压汽液平衡数据的测定451异丙醇-水-复合溶剂物系的汽液平衡数据的钠或醋酸钾)/乙二醇物系在常压下的汽液平衡数据。实验值与 Wilson模型关联值的比较见图1。由图1(2)在异丙醇-水中加入氢氧化钾(氢氧化可见,实验值与关联值基本吻合。复合溶剂对异丙钠)/乙二醇复合溶剂,均能使异丙醇-水的共沸点醇-水的相对挥发度影响的实验结果见表4。由表消失,异丙醇-水的相对挥发度显著提高,且加入氢4可见,氢氧化钾/乙二醇能使异丙醇-水的相对挥氧化钾的效果优于加入氢氧化钠。当脱除复合溶剂发度显著提高,且效果优于氢氧化钠/乙二醇和醋酸后液相异丙醇的摩尔分数小于80%时,氢氧化钾钾/乙二醇。(氢氧化钠)/乙二醇复合溶剂对提高异丙醇-水的相对挥发度的效果优于醋酸钾/乙二醇复合溶剂。(3)用 Wilson模型以拟异丙醇一水-碱/乙二醇三组分物系对实验数据进行关联,汽相组分的平均偏差Δy1m<0.02,取得了较好的结果,可用于工程计算符号说明泡点温度,K液相摩尔分数汽相摩尔分数V( Composite solvent): V(Isopropanol+H,O)=0. 5: 1Wilson模型参数汽相组分的平均偏差下角标实验值计算值1杨晓勇,沈健,袁兴东等.介孔分子筛负载磷钨酸酸式铯盐催化合成十一碳烯异丙酯石油化工,2004,3(12):1155-11592崔小明.异丙醇的生产应用及市场分析.四川化工与腐蚀控制,2005,5(3):32-37V( Composite solvent): V(Isopropanol+H,O)=1:I3许文友,袁希钢用氟化钾水溶液从制药废液中回收异丙醇的工艺研究.上海环境科学,2002,21(10):630~6324武文良,张雅明,王延儒等异丙醇一水-乙酸钾物系汽液平衡数据的测定及关联石油化工,1997,26(9):610-6135 Polka H M, Gemhling J. Effect of Calcium Nitrate on the Vapor-Liquid Equilibria of Ethanol Water and 2-Propanol Water. JChem Eng Data, 1994, 39: 621-6246吴健康,罗大忱乙醇-异丙醇-水三元物系汽液平衡盐效应华东化工学院学报,1990,16(5):505-5097雷志刚,周荣琪,叶坚强等加盐反应萃取精馏分离醇水溶液.化学工业与工程,2001,18(5):290-294v(Composite solvent): V(Isopropanol+H2 O)=2: I8鲍静,张雅明,金鑫异丙醇一水一含盐复合物系汽液平衡.高校图1异丙醇(1)-水(2)-复合溶剂(3)物系的汽液平衡曲线化学工程学报,2005,19(2):258-2629林军,顾正桂加碱萃取精馏制无水乙醇化学研究与应用,2004Fig 3 Vapor-liquid equilibrium curves for systems ofisopropanol(1)-water(2)-composite solvent (3)J0 Gmehiling J, Onken U. Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection.Potassium hydroxide exp i o Sodium hydroxide expiA Potassium acetate exp:- wilson modelAqueous-Organic System Vol 1, Part 1, Germany: DECHEMA1977.3343结论11陈钟秀,顾飞燕,胡望塑明等.化工热力学,北京:化学工业出版社01.9397(1)实验测定了异丙醇一水-氢氧化钾(氢氧化(编辑李治泉)