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化学试剂的纯化基础知识在化学分析、仪器分析、无机制备、有机合成以及其他的科学实验工作中经常会遇到所用的化学试剂纯度不够，或买不到所需纯度的化学试剂，这就需要在实验室自己对现有的化学试剂进行纯化，以便得到所需纯度的化学试剂。
实验室中常用的纯化化学试剂的方法有：蒸馏和精馏、重结晶、萃取、区域熔融和色谱分离等等，下面将分别加以简单介绍。
第一节蒸馏和精馏蒸馏和精馏是一种使用广泛的纯化方法，根据液体混合物中液体和蒸气之间混合组分的分配差别进行纯化，是纯化挥发性和半挥发性化学试剂的第一选择。
一、蒸馏原理蒸馏的主要目的是从含有杂质的化学试剂中分离出挥发性和半挥发性的杂质或将易挥发和半挥发的主体蒸发出来，将不挥发和难挥发的杂质留下。
一种物质在不同温度下的饱和蒸气压变化是蒸馏分离的基础。
大体说来，如果液体混合物中两种组分的蒸气压具有较大差别，就可以富集蒸气相中更多的挥发性和半挥发性的组分。
两相－液相和蒸气相－可以分别地被回收，挥发性和半挥发性的组分富集在气相中而不挥发性组分被富集在液相中。
除了烃类混合物和少数其它例子之外，Raoult定律和Dalton定律可用于理想混合物体系，混合物溶液常常不遵循理想的蒸气相-液相行为。
应用这两个定律可以得到一个二元体系的两种组分的比挥发性（aAB）：a AB ＝ (YA/YB)/ (XA/XB) = P0A/ P0B其中，YA 和YB分别是平衡时气相中组分A和B的摩尔分数，XA和XB分别是平衡时液相中组分A和B的摩尔分数，P0A 和 P0B分别是平衡时组分A和B的蒸气压，均服从Raouilt定律。
随着aAB增加，富集程度也增加。
二、简单蒸馏最简单的蒸馏装置，如图－1所示。
当一个液体样品被加热并转变成蒸气时，其中有一部分被冷凝而回到原来的蒸馏瓶中，而其余的被冷凝并转入收集容器中，前者叫回流液，后者叫流出液。
由于蒸馏是连续进行，逸出的和保存在液体中的组成在慢慢地改变。
作为一种纯化化学试剂的方法，简单蒸馏只能分离具有较大的沸点差别的杂质，诸如沸点与主体差别大于50℃的杂质。
五 蒸馏汽液相平衡1.1 苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:t 80.92 90 100 110 120 130 131.8 p 0 A 760 1008 1335 1740 2230 2820 3020 p 0 B 144.8 208.4 292.8 402.6 542.8 719 760若苯—氯苯溶液遵循Raoult 定律,且在1atm 下操作,试作： (1) 苯—氯苯溶液的t —x(y)图及y —x 图；(2) 用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x —y 值。
1.2 苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。
又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。
已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。
苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p 0 A 、p 0B [mmHg],按下述Antoine 方程计算：式中t 为温度[℃]。
lg p 0 A =6.89740-1206.350/(t+220.237)lg p 0 B =6.95334-1343.943/(t+219.237)1.3 某双组分理想物系当温度t=80℃时，p 0 A =106.7kPa ，p 0B =40kPa ，液相摩尔组成为 x A =0.4，试求:(1) 与此液相组成相平衡的汽相组成y A ； (2) 相对挥发度α。
1.4 一双组分精馏塔，塔顶设有分凝器，已知进入分凝器的汽相组成y 1=0.96(•摩尔分率,下同)，冷凝液组成x D =0.95，两个组分的相对挥发度α=2，求:(1) 出分凝器的汽相组成y D =?(2) 出分凝器之液、汽的摩尔流率之比L/V D =? 习题4附图1.5 在1atm 下对x=0.6(摩尔分率)的甲醇—水溶液进行简单蒸馏，当馏出量为原料的 1/3时，求此时刻的釜液及馏出物的组成。
设x=0.6附近平衡线可近视为直线，其方程为 y=0.46x+0.5491.6 某二元混合物原料中易挥发组分x F =0.4(摩尔组成)，用平衡蒸馏的方式使50%的物料汽化，试求气相中易挥发组分的回收率。
精馏知识点1. 饱和蒸汽压：在某一温度下，液体与其液面上的蒸汽呈平衡状态时蒸汽产生的压力（蒸汽压）。
2. 气液平衡时的气相称为饱和蒸汽，液相称为饱和液体。
3. 泡点：在一定压力下，液体油品加热开始沸腾而出现的第一个气泡的温度。
露点：在一定压力下，气相油品降温出现第一个液滴时的温度。
（对于纯物质而言，一定压力下，它的泡点，露点，沸点均相等）4. 初馏点：当蒸出第一滴油时的温度终馏点：当油品蒸馏到最后达到的最高气相温度(干点后还余有汽态油)干点：当蒸出最后一滴油时的温度5. 油品的馏分：在一定温度范围内蒸馏出的油品（低温度范围馏分称为轻馏分，温度范围窄的馏分称为窄馏分）6. 馏程：油品由于是混合物，其沸点是一个温度范围，称为馏程。
7. 润滑油的作用：润滑，冷却，冲洗（去杂质），密封（防尘，废气等进入机内），保护（防锈），减震（缓冲），卸荷（使负荷作用均匀）精馏塔1. 板式塔的组成：外部：壳体，人孔，进料管，出料管，回流管，塔顶出气管等。
内部：塔板，溢流堰，降液板，受液盘，浮阀等。
2. 精馏原理：利用液体混合物中各组分挥发度的不同进行分离的一种方法。
包括三种平衡：相平衡、物料平衡、热平衡。
3. 塔板及填料的作用是为精馏过程中的气液两相提供充分接触的场合。
4. 在蒸馏塔板或填料表面自上而下流动的是温度较低，重组分浓度较高的回流液体。
5. 物料平衡：进入系统的总物料量等于离开系统的总物料量（进料与产品）。
热平衡：进入系统的总热量等于离开系统的总热量。
正常操作时塔底液位保持中液位是为了重沸器有较大的挥发空间。
6. 回流比：精馏塔顶回流量与塔顶产品之比。
回流的作用：提供塔板上的液相回流，使气液两相充分接触，达到传质传热的目的;取走塔内多余热量，维持全塔热平衡，以利于控制产品质量。
回流比对精馏操作的影响：增加回流比可以提高产品质量，但却要降低塔的生产能力，增加水，电，汽的消耗，将会造成塔内物料的循环量过大甚至导致液泛，，但精馏段轻组分得到提纯，塔底轻组分较多。
化工原理精馏
精馏是化工过程中常用的分离方法，用于将混合物中的组分按照其挥发性分离为不同纯度的产品。
精馏过程中，混合物首先加热至沸腾点，然后将生成的蒸气输送到冷凝器中进行冷凝。
冷凝后，液体收集器中会得到不同纯度的产品。
精馏过程基于混合物中不同组分的挥发性差异。
挥发性大的组分在加热后较早转化为蒸气，而挥发性小的组分则在较高温度下才蒸发。
经过冷凝后，收集器中会得到高挥发性组分的纯产品。
余下的低挥发性组分则在塔底收集。
精馏过程中，塔是一个重要的设备。
塔内通常包括填料或板片，用于增大接触面积，促进挥发和冷凝。
高挥发性组分在塔上部可迅速逸出，而低挥发性组分则被慢慢分离。
精馏还可用于提纯液体产品。
通过多级精馏，可以获得更高纯度的产品。
多级精馏是基于挥发性差异的温度差异实现的，每一级都以前一级的塔顶产品作为进料。
总之，精馏是一种重要的化工分离方法，通过控制温度和塔内工艺参数，可以将混合物分离为不同纯度的产品。
模块五液体精馏操作项目1 认识精馏装置【教材版本】李祥新、朱建民主编《化工单元操作》，高等教育出版社2009年3月出版。
【教学目标】1．通过观察精馏实训装置，掌握精馏塔的基本结构和工作原理。
2．熟悉精馏塔各部件的结构和作用。
3．掌握精馏操作基本知识。
【教学重点、难点】重点：精馏塔结构及工作原理难点：精馏原理【教学方法】采用项目教学法，以行动导向来进行学习，调动学生的学习积极性，注重培养学生规范操作、观察分析、团结合作的能力。
根据本项目特点，采用“导入——演示——实训——评价——讲授——讨论”的教学过程，先让学生在完成具体项目的过程中熟悉相应单元操作，然后通过相关知识的学习达到教学目标。
【学时安排】8学时【教学建议】先通过例子导入本项目的工作任务，根据要求布置实训任务，演示实训操作方法，指导学生按步骤完成实训项目。
然后，在学生预习的基础上学习液体精馏的相关知识。
【教学过程】一、导入化工生产中，经常需要对均相液体混合物进行分离，以达到提纯和回收有用组分的目的，精馏就是实现这一分离最常用的单元操作。
二、教师讲授及演示实训步骤1．布置实训任务：认识精馏实训装置及流程。
2．引导学生先大致了解精馏装置，简述其用途，提高学生学习兴趣。
图5-1 精馏实训装置三、学生实训指导学生按工艺卡片进行实训。
观察精馏塔主体——观察全凝器——观察塔釜或再沸器——观察产品罐、原料罐——观察仪表及调节系统四、检查评价学生自查实训情况，各组比较操作情况及数据的准确性，选出最佳操作人员。
五、相关知识在学生预习及实训操作的基础上，由教师讲授与学生讨论相结合，完成以下内容的学习。
一、精馏塔学生自学、讨论内容1．精馏塔的作用是什么？板式塔和填料塔的气液接触部件有何不同？2．根据下图说明板式塔的结构及塔内物料流向。
图5-2 板式塔的结构3．比较各种类型塔板的结构及特点。
二、精馏的基础知识教师讲授内容1．蒸馏的概念 利用混合物中各组分挥发度的不同（即沸点的不同），将混合液加热沸腾汽化，分别收集挥发出的气相和残留的液相，从而将液体混合物中各组分分离。
精馏操作基本知识
a、精馏塔组成：精馏塔一般是由若干塔板组成。
一块塔板上只进行二次部分气化和部分冷凝。
塔板越多，部分气化和部分冷凝的次数越多，分离效果越好。
精馏塔的内件可由填料组成，在填料层内，当气液相接触时，即伴随着气化和冷凝的进行，显然，填料的效果和高度将影响分离的效果。
b、回流：通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度，易挥发的组分，由塔顶馏出，塔釜得到基本是难挥发的组分。
精馏六区别于一次蒸馏在于回流，包括塔顶的液相回流及塔底的部分气化造成的液相回流。
回流是构成气液相接触传质传热的必要条件。
没有气液两相的接触也就无从进行质的交换。
当然组分挥发度的差异仍然是精馏过程的基础。
精馏过程中混和液加热所产生的蒸汽由塔顶馏出，进入塔顶分离器，冷凝成液体将其一部分冷凝液返回塔顶，沿塔板下流，这部分液体称为回流液。
将一部分冷凝从塔顶采出作为产品，回流比就是精馏段内液体回流与采出液量之比。
回流比大，分离效果好，产品质量高，回流比过大，生产能力下降，能耗增加，回流比对精馏操作影响很大，直接关系到塔内各层塔板上的物料浓度的改变和温度的分布，最终反映在它的分离效率上。
c、回流比的调节：
调节的依据是:根据塔的负荷和精甲醇质量,当塔的负荷较轻时,这时塔板比较富余,可以取较低的回流比,比较经济,为了保证精甲醇的质量,精馏段灵敏板的温度可控制略低,反之,则增大回流比,在照顾精
甲醇的质量的同时,为保持塔釜温度、灵敏板的温度可控制略高。
对精甲醇的精馏，回流比过大或过小都会影响精馏操作的经济性和精甲醇质量，一般负荷变动和正常条件受到破坏和产品不合格时调节回流比。
调节后尽可能保持塔釜的加热量稳定，使回流比稳定。
在调节回流比的同时，要注意板式塔的操作特点，防止液泛和严重漏液，都会造成塔内操作温度的混乱。
d、进料量的影响：
精馏塔进料量和组成改变时，都会改变塔内的物料平衡和气液平衡，引起塔温的波动，如不及时调节，将会导致精甲醇质量不合格或增加甲醇的损失。
一般进料量在塔的操作条件下和附属设备能力允许范围内波动时，只要调节及时，对塔顶及塔釜温度不会有显著的影响，只是影响塔内蒸汽速度的变化，但是量的变动宜缓慢进行，否则限于塔板的操作特点，短时间内可造成塔顶、塔釜温度变化，而影响精甲醇的质量和损失。
处理方法：进料量变化后，应根据回流比的情况，考虑调节热负荷，当进料量增加时，蒸汽上升的速度增
加，一般对传质有利的，但蒸汽速度必须低于液泛速度，当进料量减少，蒸汽速度降低，对传质不利。
因此，蒸汽速度不宜过低。
有时为了保持塔板的分离效率，有意适当增大回流比，也提高塔内蒸汽上升速度，提高传质效果，这个方法自然是不经济，由此精馏塔不宜在低负荷下操作。
e、压力降：塔釜与塔顶的压力差。
精馏生产与精馏的压力降有密切关系，对于板式塔来说，塔板的压降
由三部分组成：（1）干板压力降；（2）液层压力降；（克服液体表面张力的压力降）。
塔釜与塔顶的压力差，是全塔每一块塔板压力差的总和，干板压力差就是精馏塔内上升蒸汽通过没有液体存在的塔板所产生的压力降。
液层压力降是气体穿过每层塔板上液体层使所产生的压力降。
液体表面张力的压力降是使气体服液体表面张力所产生的压力降。
压降波动会引起温度和组分间相对应关系的混乱，我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准。
但这只有在正常恒定塔压的前提下才是正确的，当塔压上升时，混和物的沸点也随之上升，引起全塔温度随之改变。
温度与产品质量的相应关系也将发生改变。
压降增大组分间的挥发度降低，分离效率下降，压降升高，气相中的重组分减少，相应地提高轻组分的浓度，使液相量增加，气相量减少，总的结果是塔顶馏份中轻组分的浓度增加，但数量却相对的减少，釜液中轻组分浓度也增加，釜液量增加，压力降改变将对塔的稳定操作带来较大影响，因此在塔的操作中，应维持塔压降的正常范围。
f、压力降增大的危害及处理
精馏塔中，塔内上升蒸汽速度过大，超过最大允许速度并增大至某一数值，液体被气体阻拦，不能向下流动，越积越多，甚至从塔顶溢出，称之为液泛，此时塔的压力降猛升，出现液泛现象。
不管是板式塔还是填料塔，均应停止或减少进料量，稍减再沸器蒸汽量，降低釜温，停止塔顶采出，进行全回流操作，使湧带到塔顶，上层的难挥发组分慢慢流回塔釜和塔下正常位臵，当生产不允许停止进料时，可将釜温
控制在稍低于正常操作温度，加大塔顶采出量（此时精甲醇可能不合格），减小回流比，当塔压差达到正常后，再逐渐恢复正常操作条件。
g、冷凝温度的控制
以轻组分为主的大部分有机杂质，是通过精馏塔顶的冷凝器，未被冷凝再经液封槽后放空脱降。
冷凝温度起着分水岭的作用。
控制温度的高低对脱除杂质的成分有着直接的关系，粗甲醇杂质的含量与成份，主要决定于合成催化剂的选择，催化剂温度及压力的变化，对杂质的成分和总量均有极大的影响，尤其是触媒进入中后期，随着温度及压力的上升，有机杂质中高沸点成分及含量有了明显增加，铜基触媒早期副产品乙醇，含量大约1公斤内含150-200毫克，后期乙醇可达到1公斤里1000-2000毫克，铜基早期使用副产品很少，所以预塔塔顶冷凝温度可控制在30-40℃。
如果触媒使用至后期，甲醇质量可能不达标。
因此随着触媒反应温度及压力的升高，冷凝温度也相应提高，有利于杂质的有效脱除。
h、灵敏板温度的选择
在精馏中选择灵敏板是为了更好调节精馏温度，在操作中发现某一块板成某一段板液的组成变化较大，反映出的温度变化也大，发现变化时使物料平衡被打破。
该板和该区域的板段温度变化最灵敏。
实际生产中就选取其中一块作为灵敏板，以此温度作为参照来控制物料的变化。
主塔灵敏板选择在自下向上第八块到十二块处。
控制杂醇油采出的温度一般在88-94℃，控制该点温度的好处有：（1）变化灵敏、调节准确；（2）可以提前看出物料变化的趋势，提前调节。
温度升高说明重组分上移，温度下降说明轻组分下移，特别是温度下降时，应提前加大塔顶采出或减少进料量，必要时增加杂醇的采出，避免甲醇与中沸点组分（杂醇）下移到塔釜，而造成塔底排出的残液超标。
预塔灵敏板是自上而下第26到第36块板上，温度控制在76-80℃。
由于塔顶值的中部温差很少，塔顶温度变化幅度很少。
只有在物料很不平衡的状况下才能明显反映出来。
这时若调节塔釜温度，往往容易调节滞后，造成大幅度的波动。
而塔中部的温度与浓度改变较大，因此温度控制在一定范围内，就可以保证塔顶温度和组份，当物料平衡一旦破坏，此处塔温反应最灵敏的地方，通过预先调节以保证全塔，特别是塔顶温度稳定，温度的维持是全塔物料平衡的关键。
j、塔顶温度的控制
精馏主塔顶温度是决定甲醇产品质量的重要条件，实质上是在操作压力下，纯甲醇的沸点温度。
通常控制塔顶温度在66-67℃，在塔压稳定的情况下，塔顶温度升高则说明塔顶重组分增加。
当然，必须明确判断是工艺操作原因还是设备冷凝器泄漏的原因。
前者往往是由于塔内重组分上升，后者则由于塔外水分被回流液带至塔顶。
若工艺上操作的原因，则调节蒸汽量和回流量，若回流比小，则增加蒸汽量，提高回流比，必要时可减小或停止采出精甲醇，待塔顶温度正常后再采出，以保证塔内物料平衡，如果是设备冷凝器漏，则应停车处理。
k、塔釜温度的控制
塔底温度的控制是一项重要环节，如果塔内分离效果好，主塔釜液接
近水的单一组份，其沸点约为106-110℃。
维持釜底正常温度可避免甲醇流失。
如果塔底温度降低，往往是由于轻组份带至残液中，或者是热负荷骤减，又可能是塔下部分重组分过多造成，这时需判明情况进行调节，如调节回流，增加热负荷，增加甲醇的采出，增加重组份的采出及减少进料量。
l、塔釜液面变化对精馏的影响
塔釜液面的稳定，是维持恒定釜温的首要条件，塔釜液面的变化，主要决定于塔底排出量的大小。
当塔底排出量过大时，会造成塔釜液面降低成抽空，这将使通过蒸发器的釜液循环量减少，从而影响整个加热釜的传热效率，塔釜的蒸发量减少，蒸汽速度降低，以至破坏塔内的热量平衡和传质效果。
如果塔底排出量过小，将会造成塔釜液面过高，增加了釜液循环的阻力，同样造成传热不好，釜温下降，正确的液面应保持在挥发管下沿。
工艺上影响塔釜液面变化的因素有：（1）釜液组成变化，在压力不变的前提下，降低釜温，就改变了塔釜的气液平衡，加大了釜液量和釜液中轻组分的含量，如果釜液排出量不变，釜液也会升高，发生这种情况应恢复釜温。
（2）进料量变化，如果进料中水和重组分含量增加，釜液量也会增加，如果不增加釜液的排出，而采用升高釜温的办法，将使重组分带至塔顶。
进料时增大，相应釜液量排放量增大，否则釜液面增高。
在开车的初期，由于塔板上液体较少，还没有处于良好的气液接触状态，大量轻组分容易进入塔釜。
气化的量一时满足不了塔内热量的要求。
因此对于刚开车的塔，应在进料的同时，首先
再沸器预热，在塔釜建液面后，适当供热。
塔釜温度若不及时提起，釜液面过高，釜液排出量增大，则甲醇损失增大。
如果进料量大，而塔顶采出量不大，后果使原有的物料平衡和气液相组成破坏，回流比增大，塔内物料增多，釜液中甲醇浓度增加，上升蒸汽浓度增大，塔顶与塔底的压差增大，严重时会引起液泛。
进料量增大，则采出量增大，如进料量不变，采出量增大，则重组分上升，回流比减小，各塔板上回流液量减少，气液接触不好，传质传热效率下降，同时操作压力下降，结果是各塔板上的气液组成发生变化，重组分被带到塔顶，尤其是精馏段灵敏板的温度会首先反映出上涨的现象。
