工业上制备无水乙醇(酒精浓度≥99.5%)的关键在于突破乙醇与水的共沸点(约95.6%乙醇+4.4%水,沸点78.2℃)。以下是主要方法及其原理和流程:
1. 共沸蒸馏法(夹带剂法)
原理:加入夹带剂(如苯、环己烷或乙二醇),与乙醇和水形成三元共沸物(沸点更低),蒸馏后分层去除水分。流程:1. 向95%乙醇中加入夹带剂(如环己烷)。
2. 加热蒸馏,三元共沸物(乙醇-水-环己烷)首先蒸出,冷凝后分层(上层富夹带剂,下层富水)。
3. 分离下层水层,上层夹带剂回用。
4. 剩余液体为无水乙醇(纯度99.5%以上)。
优点:技术成熟,适合大规模生产。缺点:夹带剂可能有毒(如苯),需回收处理,能耗较高。原理:利用3A型分子筛(孔径约3Å)选择性吸附水分子(直径2.8Å),乙醇分子(直径4.4Å)无法进入。流程:1. 95%乙醇通过分子筛床层,水被吸附。
2. 流出液即为无水乙醇。
3. 分子筛再生:加热至200~300℃脱附水分,循环使用。
优点:环保高效,操作连续,无水乙醇纯度可达99.9%以上。缺点:需定期更换分子筛,设备投资较高。3. 膜分离技术(渗透汽化法)
原理:使用亲水性高分子膜(如聚乙烯醇复合膜),水优先透过膜,乙醇被截留。流程:1. 乙醇溶液通过膜组件,水分子渗透汽化。
2. 渗透侧抽真空或吹扫气带走水蒸气。
3. 截留侧得到无水乙醇。
优点:节能、无污染,适合中小规模生产。缺点:膜成本高,长期稳定性需优化。4. 化学脱水法
原理:加入脱水剂(如生石灰CaO)与水反应生成固体,再蒸馏。流程:1. 向乙醇中加入CaO,反应生成Ca(OH)₂。
2. 过滤去除固体后蒸馏,得到无水乙醇。
优点:操作简单。缺点:效率低,残留微量Ca²⁺,工业应用较少。工业应用趋势
主流方法:分子筛吸附法因高效环保成为主流,尤其在新兴工厂中广泛应用。共沸蒸馏:逐渐被替代,但在某些传统工厂中仍在使用(改用环己烷等低毒夹带剂)。膜技术:在特定高附加值领域(如制药)应用增多。质量标准
无水乙醇:纯度≥99.5%(GB/T 678-2002),水分含量≤0.5%。超纯乙醇:纯度≥99.9%,需结合多级分子筛或特殊精馏。工业选择方法时需综合考虑成本、规模、环保及产品要求,分子筛吸附和膜分离技术代表未来发展方向。