[科普中國]-共沸混合物

簡介

共沸物所指的是當兩種或多種不同成分的均相溶液，以一個特定的比例混合時，在固定的壓力下，僅具有一個沸點，此時這個混合物即稱做共沸混合物。在共沸物達到其共沸點時，由于其沸騰所產(chǎn)生的氣體部分之成分比例與液體部分完全相同，因此無法以蒸餾方法將溶液成份進行分離。也就是說，共沸物的兩個組成物，無法用單純的蒸餾或分餾的方式分離。

有些混合物的共沸溫度最低，因為總蒸氣壓最大，沸騰最易。例如乙醇的沸點是78.3℃，水的沸點是100℃，它們的混合物在78.13℃就沸騰。

有些混合物的共沸溫度最高，因為總蒸氣壓最小，沸騰最難。例如純硝酸的沸點是86℃，水的沸點是100℃，它們的混合物在120.5℃才沸騰1。

共沸混合物的用途共沸混合物用途：

比如說有些有機化合物能與水形成共沸混合物，可以利用該特性，在待干燥的有機物中加入共沸組成中某一有機物，因共沸混合物的沸點通常低于待干燥的有機物的沸點，所以蒸餾時可將水帶出來，從而達到干燥的目的。

溶劑清洗劑中使用的共沸混合物類型過去在使用CFC-113對印刷電子線路板上殘留的松香助焊劑進行清洗時，為了提高對極性污垢的去除效果，就使用過由CFC-113與乙醇配成的共沸混合物清洗劑，它是由大約90%的CFC-113與10%乙醇組成的，它具有46.5℃的最低共沸點（CFC-113的沸點是47.6℃而乙醇的沸點是78.3℃），這種共沸混合物清洗劑也用在氣相蒸氣清洗和脫水干燥中。由此可見，即使像CFC-113這類清洗性能很好的溶劑，在實際使用中有時也配成共沸混合物。

由于各種ODS替代清洗劑的清洗效果往往不如CFC-113，所以在使用過程中經(jīng)常配成混合溶劑使用，有的還能配成共沸混合物使用。如用沸點為54℃的HCFC-225與沸點為78.3℃的乙醇配成的沸點為52℃的具有最低共沸點的共沸混合物AK225AE，它對印刷電子線路板上殘留的松香助焊劑進行清洗，以及進行脫水干燥時都有很好的效果。HCFC-141b也可以與甲醇配成共沸混合物以取得更好的清洗效果。而新型的ODS替代清洗劑全氟環(huán)烷，由于本身的清洗力很低，也需要與環(huán)戊酮等溶劑配成混合溶劑使用。其中有的品種就是配成共沸混合物。而近年展露頭腳的正溴丙烷（n-PB）也經(jīng)常是配成具有共沸點的混合溶劑使用的2。

共沸混合物分離過程綜合的研究及進展共沸混合物分離過程的綜合主要可以分為基于剩余曲線圖的幾何推斷方法和基于數(shù)學規(guī)劃的代數(shù)方法。

早期的研究者多使用剩余曲線圖來分析研究共沸混合物的分離過程。由于精餾產(chǎn)品被局限于其進料所在的精餾區(qū)域內(nèi)，所以必須使用某些方法來跨越精餾邊界，到達其他的精餾區(qū)域，以便回收接近純的各組分產(chǎn)品。工業(yè)上應用最多的跨越精餾邊界的方法是引入質(zhì)量分離劑3。

（1）國外研究進展

Stichlmair等人開發(fā)了一套對任意給定系統(tǒng)進行分離劑選擇的方法。隨后，StichlmairandHerguijuela提出并發(fā)展了傾向分離的概念，能夠用于處理含有多個共沸物和復雜精餾邊界結(jié)構(gòu)的體系。DohertyandCaldarola提出了系統(tǒng)化的用于均相體系的共沸塔序綜合方法。之后，PhamandDoherty將之前的方法擴展到了非均相體系。Wahnschafft等人引入了“操作葉”的概念來判斷分離可行性和進行分離過程的設(shè)計。SafritandWesterberg對間歇共沸精餾過程的綜合進行了研究。對于這些基于三元剩余曲線圖的幾何推斷綜合方法，F(xiàn)ienandLiu，WidagdoandSeider進行了極其詳盡的綜述。近年來，Thong等人發(fā)展了一套系統(tǒng)的用于多組分均相共沸系統(tǒng)分離過程綜合的方法，此方法主要基于他們先前的工作和一系列流股回用規(guī)則。值得一提的是，Thong等人的方法不僅可以獲得分離流程，還可以得到較為詳細的設(shè)備參數(shù)。
（2）國內(nèi)研究進展

國內(nèi)學者關(guān)于共沸混合物分離過程綜合的研究較少。西安交通大學邢誠和劉桂蓮對跨越精餾單元邊界分離的可行性進行了研究，提出了利用各組分的揮發(fā)度分析精餾段和提餾段內(nèi)的組成變化，判斷其可行性的方法。天津大學張中正在Feng等人工作的基礎(chǔ)上建立了一種確定所有可能操作單元的新方法，并改進了超級結(jié)構(gòu)（最大結(jié)構(gòu)）的合成方法。大連理工大學金山等人利用PetriNet對共沸混合物分離過程建模，并系統(tǒng)性地改進了Adi等人的工作。