化學工程與工藝專業(yè)實驗指導書2023年

試驗十催化反響精餾法制甲縮醛反響精餾法是集反響與分別為一體的一種特別精餾技術(shù)，該技術(shù)將反響過程的工藝特點與分別設(shè)備的工程特性有機結(jié)合在一起，既能利用精餾的分別作用提高反響的平衡轉(zhuǎn)化率，抑制串聯(lián)副反響的發(fā)生，又能利用放熱反響的熱效應(yīng)降低精餾的能耗，強化傳質(zhì)。因此，在化工生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。一、試驗?zāi)康牧私夥错懢s工藝過程的特點，增加工藝與工程相結(jié)合的觀念。把握反響精餾裝置的操作把握方法，學會通過觀看反響精餾塔內(nèi)的溫度分布，推斷濃度的變化趨勢，實行正確調(diào)控手段。學會用正交設(shè)計的方法，設(shè)計合理的試驗方案，進展工藝條件的優(yōu)選。(4)獲得反響精餾法制備甲縮醛的最優(yōu)工藝條件，明確主要影響因素。二、試驗原理本試驗以甲醛與甲醇縮合生產(chǎn)甲縮醛的反響為對象進展反響精餾工藝的爭論。合成甲縮醛的反響為：2CH

3

OCH2 3

O2H6

O (1)2該反響是在酸催化條件下進展的可逆放熱反響，受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，假設(shè)承受傳統(tǒng)的先反響后分別的方法，即使以高濃度的甲醛水溶液〔38—40%〕為原料，甲醛的轉(zhuǎn)化率也只能到達60%左右，大量未反響的稀甲醛不僅給后續(xù)的分別造成困難，而且稀甲醛濃縮時產(chǎn)生的甲酸對設(shè)備的腐蝕嚴峻。而承受反響精餾的方法則可有效地抑制平衡轉(zhuǎn)化率這一熱力學障礙，由于該反響物系中各組分相對揮發(fā)度的大小次序為： 甲縮醛 甲醇

甲醛

，可見，由于產(chǎn)物甲縮醛具有最大的相對揮發(fā)度，利用精餾的作用可將其不斷地從系統(tǒng)中分別出去，促使平衡向生成產(chǎn)物的方向移動，大幅度提高甲醛的平衡轉(zhuǎn)化率，假設(shè)原料配比把握合理，甚至可到達接近平衡轉(zhuǎn)化率。此外，承受反響精餾技術(shù)還具有如下優(yōu)點：在合理的工藝及設(shè)備條件下，可從塔頂直接獲得合格的甲縮醛產(chǎn)品。反響和分別在同一設(shè)備中進展，可節(jié)約設(shè)備費用和操作費用。反響熱直接用于精餾過程，可降低能耗。由于精餾的提濃作用，對原料甲醛的濃度要求降低，濃度為7%—38%的甲醛水溶液均可直接使用。本試驗承受連續(xù)操作的反響精餾裝置，考察原料甲醛的濃度、甲醛與甲醇的配比、催化劑濃度、回流比等因素對塔頂產(chǎn)物甲縮醛的純度和生成速率的影響，從中優(yōu)選出最正確的工藝條件。試驗中，〔重量濃度〕12%—38%，甲醛:〔摩爾比為1:8—1:2，催化劑濃度1%—3%，回流比5—15。由于試驗涉及多因子多水平的優(yōu)選，故承受正交試驗設(shè)計的方法組織試驗，通過數(shù)據(jù)處理，方差分析，確定主要因素和優(yōu)化條件。10三、試驗裝置及流程2–53所示。反響精餾塔由玻璃制成。塔徑為25mm2400mm，共分為三段，由下至上分別為提餾段、反響段、精餾段，塔內(nèi)填裝彈簧狀玻璃絲填料。塔釜為1000ml四口燒瓶，置于1000W電熱碗中。塔頂承受電磁擺針式回流比把握裝置。在塔釜，塔體和塔頂共設(shè)了五個測溫點。原料甲醛與催化劑混合后，經(jīng)計量泵由反響段的頂部參與，甲醇由反響段底部參與。用氣相色譜分析塔頂和塔釜產(chǎn)物的組成。四、試驗步驟原料預(yù)備：在甲醛水溶液中參與1%、2%、3%的濃硫酸作為催化劑。CP級或工業(yè)甲醇。操作預(yù)備：檢查精餾塔進出料系統(tǒng)各管線上的閥門開閉狀態(tài)是否正常。向塔釜參與400ml，約10%的甲醇水溶液。調(diào)整計量泵，分別標定原料甲醛和甲醇的進料流量，甲醇的4—5ml/min。試驗操作：20分鐘。撥到給定的數(shù)值。進料后，認真觀看并跟蹤記錄塔內(nèi)各點的溫度變化，測定并記錄塔頂與塔釜的出料速度，調(diào)整出料量，使系統(tǒng)物料平衡。15分鐘取一次塔頂、塔釜樣品，分析其組成，共取樣2—3次。取其平均值作為試驗結(jié)果。3-1催化精餾試驗裝置電熱碗；2–塔釜；3–溫度計；進料口；5–填料；6–溫度計；數(shù)滴滴球；13–產(chǎn)品槽；14–計量泵；15–塔釜出料口；16–釜液貯瓶；

依正交試驗打算表，轉(zhuǎn)變試驗條件，重復(fù)步驟可獲得不同條件下的試驗結(jié)果。組學生共同完成列出試驗原始記錄表，計算甲縮醛產(chǎn)品的收率。產(chǎn)品甲縮醛純度的計算：利用氣相色譜分析出樣品的含量，用峰面積校正歸一法求出產(chǎn)品純度CONC

1.85X 甲縮醛 甲縮醛收率計算式：

d CONC

1.85CONC 1甲醇Dx dFxf

MMM0

100%繪制全塔溫度分布圖，繪制甲縮醛產(chǎn)品收率和純度與回流比的關(guān)系圖。六、試驗結(jié)果爭論何變化？這個變化說明白什么？同。本試驗在制定正交試驗打算表時沒有考慮各因素間的交互影響，您認為是否合理？假設(shè)不合理，應(yīng)當考慮哪些因子間的交互作用？要提高甲縮醛產(chǎn)品的收率可實行哪些措施？七、預(yù)習與思考承受反響精餾工藝制備甲縮醛，從哪些方面表達了工藝與工程相結(jié)合所帶來的優(yōu)勢？是不是全部的可逆反響都可以承受反響精餾工藝來提高平衡轉(zhuǎn)化率？為什么？在反響精餾塔中，塔內(nèi)各段的溫度分布主要由哪些因素打算？而不是甲醇一同參與？試驗中，甲醛原料的進料體積流量如何確定？據(jù)記錄表。假設(shè)不考慮甲醛濃度、原料配比、催化劑濃度、回流比這四個因素間的交互作用，請設(shè)計一張三水平的正交試驗打算表。主要符號說明x——塔頂餾出液中甲縮醛的質(zhì)量分率； x——進料中甲醛的質(zhì)量分率，g/min；d fD——塔頂餾出液的質(zhì)量流率，g/min； F——進料甲醛水溶液的質(zhì)量流率，g/min；M1、M0——甲醛，甲縮醛的分子量； η——甲縮醛的收率。精餾是化工生產(chǎn)中常用的分別方法，它是利用不同組份在氣一液兩相間的安排，通過屢次氣液兩相間的傳質(zhì)和傳熱來到達分別的目的。對于不同的分別對象，精餾方法也會有所差異。例如，分別乙醇和水的二元物系，由于乙醇和水可以形成共沸物，而且常壓下的共沸溫度和乙醇的沸點溫度極為相近，所以承受一般精餾方法只能得到乙醇和水的混合物，而無法得到無水乙醇。為此，在乙醇一水系統(tǒng)中參與第三種物質(zhì)，該物質(zhì)被稱為共沸劑。共沸劑具有能和被分別系統(tǒng)中的一種或幾種物質(zhì)形成最低共沸物的特性。在精餾過程中共沸劑將以共沸物的形式從塔頂蒸出，塔釜則得到無水乙醇，這種方法就稱作共沸精餾。一、試驗?zāi)康耐ㄟ^試驗加深對共沸精餾過程的理解。生疏精餾設(shè)備的構(gòu)造，把握精餾操作方法。能夠?qū)s過程做全塔物料衡算。學會使用阿貝折射儀分析液體組成?！不?qū)W會使用氣相色譜分析氣、液兩相組成?！骋掖肌到y(tǒng)參與共沸劑苯以后可以形成四種共沸物?，F(xiàn)將它們在常壓下的共沸溫度、共沸組成列于表1。為了便于比較，再將乙醇、水、苯三種純物質(zhì)常壓下的沸點列于表2。表1 乙醇—水—苯三元共沸物性質(zhì)共沸物〔簡計〕共沸點，℃乙醇共沸物組成，wt%水苯乙醇—水—苯(T)64.8518.57.474.1乙醇—苯(AB)68.2432.70.067.63水—苯(BW)69.250.08.8391.17乙醇—水(AW)78.1595.574.430.0物質(zhì)名稱(簡記)沸點的溫度物質(zhì)名稱(簡記)沸點的溫度[℃]乙醇(A)78.3水(W)100.0苯(B)80.2從表1和表2列出沸點看，除乙醇一水二元共沸物的共沸點與乙醇沸點相近之外，其余三種共沸物的沸點與乙醇沸點均有10℃左右的溫度差。因此，可以設(shè)法使水和苯以共沸物的方式從塔頂分別出來，塔釜則得到無水乙醇。整個精餾過程可以用圖1來說明。圖中A、B、W分別為乙醇、苯和水的英文字頭；ABZ、AWZ、BWZ代表三個二元共沸物，T表示三元共沸物。圖中的曲線為25℃下乙醇、水、苯三元混合物的溶解T是處在兩相區(qū)內(nèi)。1乙醇-水-苯三角形相圖以T為中心，連接三種純物質(zhì)A、B、W及三個二元共沸點組成點ABz、AWz、BWz，將該圖分為六個當塔頂承受混相回流時精餾的最終結(jié)果只能得到這個小三角形三個頂點所代表的物質(zhì)。故要想得到無水乙醇，就應(yīng)當保證原料液的組成落在包含頂點A的小三角形內(nèi)，即在ΔATABz或ΔATAWz內(nèi)。從沸點看，乙1乙醇-水-苯三角形相圖的沸點相差10.06ΔATABz中。圖1中F代表未加共沸物時原料乙醇、水混合物的組成。隨著共沸劑苯的參與，原料液的總組成將沿著FB連線變化，并與AT線交于H點，這時共沸劑苯的參與量稱作理論共沸劑用量，它是到達分別目的所需最少的共沸劑量。上述分析只限于混相回流的狀況，即回流液的組成等于塔頂上升蒸汽組成的狀況。而塔頂承受分相回流時，由于富苯相中苯的含量很高，可以循環(huán)使用，因而苯的用量可以低于理論共沸劑的用量。分相回流也是實際生產(chǎn)中普遍承受的方法。它的突出優(yōu)點是共沸劑的用量少，共沸劑提純的費用低。三、裝置、流程及試劑裝置本試驗裝置是多功能的試驗裝置，安裝了兩個塔，其用途各不一樣。帶有側(cè)口的塔可做反響精餾、萃取精餾、連續(xù)精餾；另一個不帶側(cè)口的塔只做共沸精餾和間歇精餾，兩塔可獨立操作。精餾Ф20mm，塔內(nèi)填裝316L型不銹鋼網(wǎng)環(huán)Ф2×2mm的高效散裝填料，不帶側(cè)口填料層高度1.2m〔帶側(cè)口填料層高度1.4m〕；500ml，塔釜置于300w電熱包中；塔外壁承受保溫技術(shù)制成透亮導電膜，使用中通電加熱保溫以抵消熱損失。在塔的外部還罩有玻璃套管，既能絕熱又能觀看到塔內(nèi)氣液流淌狀況。除塔體外還有玻璃塔釜、塔頭及其溫度把握、溫度顯示、回流把握部件等構(gòu)成整體裝置。塔釜加熱沸騰后產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)填料層到達塔頂全凝器。此外，需要特別說明的是在進展分相回流時，分相器中會消滅兩層液體。上層為富苯相、下層為富水相。試驗中，富苯相由溢流口回流入塔，富水相則采出。當間歇操作時，為了保證有足夠高的溢流液位，富水相可在試驗完畢后取出。流程具體的試驗流程見圖2。試劑乙醇〔化學純〕，含量95％；苯〔分析純〕，含量99.5％。2多功能精餾裝置流程示意圖T1-測溫熱電偶；TC1-控溫熱電偶；F-轉(zhuǎn)子流量計1-高位加料管；2-轉(zhuǎn)子流量計；3-預(yù)熱器；4-收集瓶；5-電磁線圈；6-玻璃塔頭；7-玻璃塔體；8-玻璃塔釜；9-U型壓力計；10-11-真空系統(tǒng)四、試驗步驟100g95%的乙醇先參與塔釜,同時參與幾粒陶瓷環(huán)，以防暴沸；按共沸劑實際參與量與理論參與量比值為1.2的比例算出所需的共沸劑量。本試驗承受間歇精餾，分相回流的方式，共沸劑分成兩局部參與，馬上共沸劑先布總分值相器，剩余的共沸劑與乙醇再一同參與塔釜。上述預(yù)備工作完成之后，即可向全凝器中通入冷卻水。翻開電源開關(guān)，儀表有顯示。順時間針方向調(diào)整各電流給定旋鈕，使電流表有顯示。溫度把握的數(shù)值給定要按儀表的∧、∨鍵，在儀表的50-80℃，使加熱有足夠的溫差以進展傳熱。當釜已經(jīng)開頭沸騰時，翻開上、下段保溫電源，順時針方向調(diào)整保溫電流給定旋鈕，使電流維0.2-0.3A之處。〔約10分鐘，每隔10min,每隔20min,99.0%以上時或溫度不再上升時,即可停頓試驗。自的濃度。最終再將收集起來的全部富水相稱重。用天平稱出塔釜產(chǎn)品(包括釜液和塔釜出料兩局部)的質(zhì)量。切斷設(shè)備的供電電源，關(guān)閉冷卻水，完畢試驗。用阿貝折射儀測定取樣樣品折光率，分析計算其濃度。五、試驗數(shù)據(jù)記錄與處理時間上段加熱電流釜加熱電流時間上段加熱電流釜加熱電流/A /A/A塔頂溫度/℃釜液溫度/℃(一)阿貝折射儀分析

取樣樣品阿貝折射儀分析數(shù)據(jù)樣品樣品折射率塔頂餾出液富水相塔頂餾出液富水相富苯相塔釜液質(zhì)量/g〔二〕氣相色譜分析色譜數(shù)據(jù)表氣相色譜儀工作條件：工程保存時間〔min〕校正因子〔min〕

水 乙醇 苯fA校正公式：p% i ii fAi i釜液組成變化氣相色譜分析數(shù)據(jù)記錄表峰面積錯/min到引用水/min到引用水源。乙醇苯水乙醇苯水乙醇苯水乙醇水乙醇水乙醇

保存時間

誤！未找

含量%塔頂餾出液富水相塔頂餾出液富水相富苯相塔釜液質(zhì)量/g組成保存時間組成保存時間/min峰面積含量%水富水相乙醇苯富苯相水乙醇乙醇苯組成保存時間組成保存時間/min峰面積含量%水塔釜液乙醇苯原料名稱質(zhì)量原料名稱質(zhì)量/g組成保存時間/min峰面積含量%原料苯原料乙醇六、試驗數(shù)據(jù)處理作全塔物料衡算，并對共沸物形成的富水相和富苯相進展分析和衡算，求出塔頂三元共沸物的組成。分析精餾時間對塔釜乙醇濃度的影響。畫出精餾時間對塔釜、塔頂溫度的影響關(guān)系曲線〔10mi或20mi。七、思考題如何計算共沸劑的參與量？需要測出哪些量才可以作全塔的物料衡算？具體的衡算方法是什么？將計算出的三元共沸物組成與文獻值比較，求出其相對誤差，并分析試驗過程中產(chǎn)生誤差的緣由。附：溫度把握留意事項當給定值和參數(shù)值都給定后把握效果不佳時，可將控溫儀表參數(shù)CTRL改為2再次進展自整定。自整定必要確定時間，溫度經(jīng)過上升、下降、再上升、下降、類似位式調(diào)整，很快就到達穩(wěn)定值。升溫操作留意事項釜熱控溫儀表的給定溫度要高于沸點溫度50-80℃，使加熱有足夠的溫差以進展傳熱。其值可依據(jù)試驗要求而取舍，邊升溫邊調(diào)整，當很長時間還沒有蒸汽上升到塔頂時，說明加熱溫度不夠高，還須提高。此溫度過低蒸發(fā)量少，沒有餾出物；溫度過高蒸發(fā)量大，易造成液泛。還要再次檢查是否給塔頭通入冷卻水，此操作必需在升溫前進展，不能在塔頂有蒸汽消滅時再通水，這樣會造成塔頭炸裂。當釜已經(jīng)開頭沸騰時，翻開上、下段保溫電源，順時針方向調(diào)整保溫電流給定旋鈕，使電流維持在0.2-0.3A〔留意：不能過大，過大會造成過熱，使加熱膜受到損壞，另外，還會造成因塔壁過熱而變成加熱器，回流液體不能與上升蒸氣進展氣液相平衡的物質(zhì)傳遞，反而會降低塔分別效率。停頓操作時，關(guān)閉各局部開關(guān)，把保溫電流電位器旋鈕調(diào)至零位！無蒸汽上升時停頓通冷卻水。試驗十二乙醇固定床氣相脫水制乙烯試驗一、試驗?zāi)康陌盐找掖济撍囼灥姆错戇^程和反響機理、特點，了解針對不同目的產(chǎn)物的反響條件對正、副反響的影響規(guī)律和生成的過程。學習氣固相固定床催化反響器的構(gòu)造、原理和使用方法，學習反響器正常操作和安裝。(3)把握催化劑評價的一般方法和獲得適宜工藝條件的爭論步驟和方法。(4)學會試驗數(shù)據(jù)的處理方法。二、試驗原理乙醇脫水屬于公正反響。既可以進展分子內(nèi)脫水成乙烯，又可以分子間脫水生成乙醚。一般而言，較高的溫度有利于生成乙烯，而較低的溫度則有利于生成乙醚。較高溫度：2CHOHCHOCH HO2 5 2 5 2 5 2較低溫度：CHOHCH HO2 5 2 4 2乙醇脫水生成乙烯和乙醚，是一個吸熱、分子數(shù)增不變的可逆反響。提高反響溫度、降低反響壓力，都能提高反響轉(zhuǎn)化率。乙醇脫水可生成乙烯和乙醚，但高溫有利于乙烯的生成，較低溫度時主要生成乙醚，有人解釋這或許是由于反響過程中生成的碳正離子比較活潑，尤其在高溫，它的存在壽命更短，來不及與乙醇相遇時已經(jīng)失去質(zhì)子變成乙烯。而在較低溫度時，碳正離子存在時間長C—H三、預(yù)習與思考(1)本試驗是積分反響器還是微分反響器？如何推斷？(2)反響轉(zhuǎn)化率的提高和那些因素有關(guān)系？(3)應(yīng)如何提高反響的選擇性？怎樣使反響的平衡向有利于產(chǎn)物乙醚生成的方向進展？(4)怎樣對整個反響過程進展物料恒算？應(yīng)當留意哪些問題？(5)談?wù)勗谠囼炛械玫降囊恍w會和對試驗的建議。四、試驗裝置與流程本試驗的試驗裝置是多功能反響裝置，由管式爐加熱固定床、流化床催化反響器及釜式反響器組成。裝置由反響系統(tǒng)和把握系統(tǒng)組成：反響系統(tǒng)的反響器為管式、流化床反響器和釜式反響器，全部由不繡鋼材料制。其中氣固相催化反響固定床裝置是管式反響器，床內(nèi)有直徑3mm的不繡鋼套管穿過反響器的上1mm的鎧裝熱電偶，測出床層的反響溫度。加熱爐承受三段加熱控溫方式。固定床技術(shù)指標：固定床反響器φ20×550mm；固定床加熱爐：φ230×500mm,加熱功率〔三段加熱〕各1KW,最高550℃；催化劑〔AlO〕5-30ml。熱電偶套管：3mm，K1mm；最23高使用壓力：0.16Mpa；預(yù)熱器：φ10×250mm，預(yù)熱器加熱功率：0.5KW。裝置流程圖8T1817 T0

T0TT11

換切熱加測溫切換〕床定固測溫切換〔I0

I0

I0 水TT0 T1

T

TT

T

TT

T0 卻冷 化液氣T0 -44 〕1器9 12 1

—- 1—- 1圖I1 Y1

1T0 8 7 T

7T0 T0

1 T0 T

換液3反示轉(zhuǎn)-；式程； 流0 T0T； 流

T

T

T

T

6釜節(jié) 節(jié) E5 E6 E7

I0

T

閥 1置T0 T0 T0 1

T

1 21 E1 1

；電驗T0 PI1

0 拌熱PT0 P

止干預(yù)7應(yīng)1截41；反1；1計；;量能熱 計量 熱 預(yù)力流 式預(yù)-濕多-轉(zhuǎn)16.；3；；26 器圖樣-取I9-；2；12521 2 H24 31

-T1床分1N24 32 1儀表把握面板的儀表布置圖力壓床定固換轉(zhuǎn)氣尾口樣取氣尾換轉(zhuǎn)液進力壓床化流換轉(zhuǎn)氣進置裝應(yīng)反能功多量流氣尾量流液進節(jié)調(diào)量流氣進止截氣進關(guān)壓穩(wěn)1床定固床定固段下段下釜應(yīng)反換轉(zhuǎn)溫控段中泵液進速床 化 流 關(guān)段中速調(diào)拌攪熱溫 開司公備設(shè)驗實工化洋北學大津天段上熱預(yù)換轉(zhuǎn)偶電熱溫測溫控釜應(yīng)反段上溫測應(yīng)反熱預(yù)溫測熱預(yù)五、試驗步驟及方法試驗步驟預(yù)備好原料乙醇〔無水乙醇，分析純固定床，向固定床冷卻器中通入冷卻水。翻開裝置總電源將反響器加熱溫度設(shè)定為280℃，預(yù)熱器溫度設(shè)定為150℃。在溫度到達設(shè)定值后，連續(xù)穩(wěn)定10～20分鐘，然后啟動周密微量液體泵開頭參與乙醇。乙醇0.5mL/min。反響進展10分鐘后，正式開頭試驗。放出反響器下收集瓶中的液體，并登記此時濕式流量計的讀數(shù)，然后關(guān)閉吸取瓶上的放液活塞，開頭試驗。每隔10分鐘記錄濕式流量計讀數(shù)，并記錄反響溫度等試驗條件。在一個恒定的乙醇進料速率的條件下反響30分鐘，然后放出吸取瓶中的液體準確稱重，并準時對此液體進展色譜分析。轉(zhuǎn)變反響器溫度29℃，重復(fù)步驟、4的操作；轉(zhuǎn)變反響器溫度30℃，重復(fù)步驟、4的操作；試驗完畢后，關(guān)閉加熱電源，連續(xù)通冷卻水，直至溫度降到200℃以下。系統(tǒng)用惰性氣體吹掃，后關(guān)閉電源。分析方法本試驗承受氣相色譜法。配制適宜濃度的水、無水乙醇、無水乙醚的標準溶液，并對標準溶液進展色譜分析，以確定水、無水乙醇、無水乙醚的相對校正因子，為后續(xù)的反響殘液的定量分析作預(yù)備。由于乙醇、乙醚組分能在色譜中完全出峰，承受面積歸一化法處理數(shù)據(jù)。取乙醇的相對校正因子為1.0000，混合物中組分的真實含量 Xi，各組分相對于乙醇的相對校正因子為 fi，組分色譜分析的面積百分數(shù)為 Ai%。則依據(jù)配制的標準物組成有：X 〔1i 對于色譜分析的結(jié)果有：

fiAifiAi 〔2〕將式〔1〕代入到式〔2〕中，得到：fi

wi fiAi%〔3〕將試驗中數(shù)據(jù)代入到上式中，聯(lián)立求解方程，就可以得到各組分相對校正因子。六、試驗數(shù)據(jù)處理1、乙醇、乙醚相對校正因子的求取標準溶液配制數(shù)據(jù)記錄表物質(zhì)物質(zhì)無水乙醇〔CHOH〕25無水乙醚〔CHCH〕O〕3 2 2質(zhì)量/g質(zhì)量百分含量/%標準溶液的色譜分析分析次數(shù)分析次數(shù)III保存時間/min峰面積/uv.s峰面積百分比/%平均峰面積百分比各峰分別為：2、試驗記錄在試驗中，應(yīng)每隔確定時間記錄反響器和預(yù)熱器加熱溫度、催化劑床層溫度。如有必要，也可以輕輕拉動反響器內(nèi)的測溫熱電偶，測定催化劑床層的溫度分布。試驗中，每次完成一個溫度下的試驗時，應(yīng)記錄試驗前后尾氣流量計的體積，同時稱量反響時間內(nèi)得到的液體產(chǎn)物的重量，并用氣相色譜進展分析。至少分析兩次所得液體產(chǎn)物的組成，并用相對校正因子校正所得的含量，對液體進展物料衡算。試驗原始記錄表〔參考〕時間 預(yù)熱器/℃反響器/℃

反響物乙醇流量/〔ml/min〕時間/min 體積/mL反響溫度/℃乙醇反響溫度/℃乙醇參與量ml產(chǎn)品水含量%質(zhì)量/g乙醇質(zhì)量/g含量%乙醚質(zhì)量/g乙烯含量%含量%質(zhì)量/g對以上試驗，依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進展處理，分別將原料乙醇的轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)物乙醚的收率，乙醚的選擇性對反響溫度作圖表，找出最適宜的反響溫度區(qū)域，并對所得試驗結(jié)果進展爭論。乙醇的轉(zhuǎn)化率=〔原料中乙醇的量-產(chǎn)物中乙醇的量〕/〔原料中乙醇的量〕×100%乙醚的選擇性=〔生成乙醚的量/反響了的乙醇量〕×100%乙醚的收率=乙醇的轉(zhuǎn)化率×乙醚的選擇性試驗十三乙苯脫氫制苯乙烯一、試驗?zāi)康牧私庖砸冶綖樵?，氧化鐵系為催化劑，在固定床單管反響器中制備苯乙烯的過程。學會穩(wěn)定工藝操作條件的方法。二、試驗原理1．本試驗的主副反響主反響：2-CH2-CH3 -CH=CH2+H 117.8KJ/mol2副反響：

-C2H5 +CH 105KJ/mol242 26-C2H5+H +CH -31.5242 262-C2H5+H2￡?

￡￡￡ -CH￡￡3+CH3+24

-54.4KJ/mol在水蒸汽存在的條件下，還可能發(fā)生以下反響：-C2H5+

2HO ￡￡￡ -H3 CO+2 +￡?

+3H2此外還有芳烴脫氫縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串副反響的發(fā)生不僅使反響的選擇性下降，而且極易使催化劑外表結(jié)焦進而活性下降。影響本反響的因素溫度的影響乙苯脫氫反響為吸熱反響，H00，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式lnK P

可知，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫氫反響的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過TP

RT2高副反響增加，使苯乙烯選擇性下降，能耗增大，設(shè)備材質(zhì)要求增加，故應(yīng)把握適宜的反響溫度。本試驗的反響溫度為：540～600℃。壓力的影響PKPKn總

0時，niP總

Kn

增大，從而增加了反響的平衡轉(zhuǎn)化率，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動。本試驗加水蒸汽的目的是降低乙苯的分壓，以提高平衡轉(zhuǎn)化率。較適宜的水蒸汽用量為：水：乙苯=1.5:1〔體積比〕=8:1(摩爾比)?？账俚挠绊懸冶矫摎浞错懴到y(tǒng)中有平衡副反響和連串副反響，隨著接觸時間的增加，副反響也增加，苯乙烯的選擇性可能下降，適宜的空速與催化劑的活性及反響溫度有關(guān)，本試驗乙苯的液空速以0.6h-1為宜。催化劑本試驗承受氧化鐵系催化劑其組成為:FeO CuOKO CeO。2 3 2 3 2三、預(yù)習與思考多少？試驗室是如何來實現(xiàn)的？工業(yè)上又是如何來實現(xiàn)的？對本反響而言是體積增大還是減小？加壓有利還是減壓有利？工業(yè)上是如何來實現(xiàn)加減壓操作的？本試驗承受什么方法？為什么參與水蒸汽可以降低烴分壓？在本試驗中你認為有哪幾種液體產(chǎn)物生成？哪幾種氣體產(chǎn)物生成？如何分析？進展反響物料衡算，需要一些什么數(shù)據(jù)？如何搜集并進展處理？四、試驗裝置及流程556尾氣3111247水8910水12。粗產(chǎn)品1-1乙苯脫氫制苯乙烯工藝試驗流程圖1–乙苯計量管；2、4–加料泵；3–水計量管；5–混合器；6–汽化器；7–反響器；8–電熱夾套；9、11–冷凝器；10–分別器；12–熱電偶五、儀器與藥品藥品：乙苯、高純水儀器：〔500ml〕1個、錐形瓶〔50ml〕8個、采樣管六、試驗步驟與方法反響條件把握:300540～600℃，水:乙苯=1.5:10.5升/0.75/分(50操作步驟了解并生疏試驗裝置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。接通電源，使汽化器、反響器分別逐步升溫至預(yù)定的溫度，同時翻開冷卻水。分別校正蒸餾水和乙苯的流量(0.75/0.5/分)當汽化器溫度到達300℃后，反響器溫度達400℃左右開頭參與已校正好流量的蒸餾水。當500℃左右，參與已校正好流量的乙苯，連續(xù)升溫至540℃使之穩(wěn)定半小時。反響開頭每隔10～20分鐘取一次數(shù)據(jù)，每個溫度至少取兩個數(shù)據(jù)，粗產(chǎn)品從分別器中放入量筒內(nèi)。然后用分液漏斗分去水層，稱出烴層液重量。取少量烴層液樣品，用氣相色譜分析其組成，并計算出各組分的百分含量。反響完畢后，停頓加乙苯。反響溫度維持在500℃左右，連續(xù)通水蒸汽，進展催化劑的清焦再生，約半小時后停頓通水，并降溫。試驗記錄及計算溫度，℃原料流量，溫度，℃原料流量，ml/10～20粗產(chǎn)品，g尾氣時間乙苯水烴層液 水層汽化器 反響器始終 始終反乙苯反乙苯粗產(chǎn)品應(yīng)參與溫量苯甲苯乙苯苯乙烯度g℃含量%重〔g〕含量% 重〔g〕含量% 重〔g〕含量% 重〔g〕計算結(jié)果乙苯的轉(zhuǎn)化率：

RFFF100%苯乙烯的選擇性：苯乙烯的收率：

PSRF100%YS100%七、結(jié)果與爭論對以上的試驗數(shù)據(jù)進展處理，分別將轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率對反響溫度作出圖表，找出最適宜的反響溫度區(qū)域，并對所得試驗結(jié)果進展爭論。(包括曲線圖趨勢的合理性，誤差分析，成敗緣由等)八、符號說明H0298

298K

KJ/mol；K，KP

平衡常數(shù)；n -iiP Pa；總R T -溫度，K； -反響前后摩爾數(shù)變化； -原料的轉(zhuǎn)化率％；S -目的產(chǎn)物的選擇性％；Y -目的產(chǎn)物的收率％；RF -消耗的原料量，g；FF -原料參與量，g；P g。試驗十四內(nèi)循環(huán)無梯度反響器乙醇脫水制乙烯反響動力學爭論一、試驗?zāi)康?、生疏內(nèi)循環(huán)無梯度反響器構(gòu)造、特性和操作；2、把握氣固相催化反響的原理；3、把握反響動力學數(shù)據(jù)的測定方法、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析。二、試驗原理化學反響是一個連續(xù)過程，尤其對氣固相催化反響過程爭論反響速度與過程的關(guān)系尤其重要，通常以動力學方程形式表達它們的關(guān)系，在實際測定中對不同反響和不同催化劑會得到不同的動力學方程式。對于測定和獲得動力學方程要考慮諸多因素影響。故氣固相催化反響過程的速率除被催化劑外表上進展的化學反響及催化劑孔構(gòu)造所打算外，還與反響氣體流淌狀況、傳質(zhì)及傳熱等物理過程親熱相關(guān)，工業(yè)催化劑的反響過程動力學包括物理過程對催化反響速率的影響也將它稱為宏觀動力學。為區(qū)分此動力學，將在催化劑外表上進展的化學動力學稱為本征動力學。由此可見排解各種影響后可獲得本征動力學。獲得氣固相催化反響動力數(shù)據(jù)的試驗方法多以微分反響器、積分反響器、循環(huán)反響器為工具，但微分反響器雖然對數(shù)據(jù)處理較簡潔，可是由于轉(zhuǎn)化率低，要求分析精度高，困難較大，試驗數(shù)據(jù)不易獲得。積分反響器雖然一次通過催化劑床層所到達的轉(zhuǎn)化率較高，但床層溫度不易等溫，數(shù)據(jù)處理繁雜，試驗的工作量較大，假設(shè)在等溫積分反響器將催化劑小至能消退內(nèi)外集中也可測定本征動力學，但不適于測試工業(yè)顆粒的催化劑宏觀動力學；循環(huán)反響器當大量氣體在反響器進出口循環(huán)流淌，少量反響器的氣體被引出反響系統(tǒng)，循環(huán)氣與穎原料氣混合后再通過催化劑床層，當循環(huán)流量與原料氣流量之比足夠大時，反響氣體在催化劑床層進出口處的組成變化甚微，反響器氣體中不存在濃度梯度，可接出口濃度計算反響速度，也就可得到催化劑床層中的反響速度。假設(shè)反響器設(shè)計合理，即可做到催化劑床層中沒有濃度和溫度梯度，所以它具有微分反響器和積分反響器的雙重優(yōu)點，轉(zhuǎn)化率可高，分析數(shù)據(jù)易獲數(shù)據(jù)處理也簡潔。循環(huán)反響器也有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)之區(qū)分。外循環(huán)反響器構(gòu)造簡潔，需要循環(huán)動力，造成自由空間大，對某些反響并不適用，但它的優(yōu)點是除測定宏觀動力學外可以測試小顆粒催化劑的本征動力學。由于它是靠動力泵進展有較大的壓頭，能不降低循環(huán)量又能穿過催化劑。內(nèi)循環(huán)是靠器內(nèi)高速轉(zhuǎn)動的渦輪，確保氣相主體與顆粒外外表間的濃度差與溫度差，能保證消退相間傳遞過程的影響。它的最大優(yōu)點是可以用工業(yè)的催化劑直接測定。Al2O3體產(chǎn)物的分析，可以得到在確定反響溫度條件下的反響動力學方程。該過程的反響方程式為：C2H5OHC2H4+H2O2C2H5OHC2H5OH5C2+H2OAl2O3上乙醇脫水的一級反響速率方程式為：vln 1 vy0 1y 00其中：v—乙醇的加料速度(毫克分子／分)0y—乙醇轉(zhuǎn)化率(％)1由vln0 1y

對v0

y作圖，可得一條等溫直線，其中的截距為α，斜率為。三、試驗裝置和流程1、面板把握圖時鐘時鐘預(yù)熱壓力表反響測溫質(zhì)流進穩(wěn)壓進氣穩(wěn)壓尾氣取樣口攪拌調(diào)速關(guān)開進截止進氣截止預(yù)熱進氣截止尾氣截止預(yù)熱反響測溫關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)柱塞泵 質(zhì)流攪拌內(nèi)循環(huán)無梯度反響試驗裝置1面板把握圖2、流程示意圖；器離分液氣；器離分液氣；凝器冷V；；閥；尼1器阻磁硼；VVP計銣料；鐵泵；量3流7達1罐；放V排；料42加1進濾；11-V；3T-；4計211量TC -流T1濕式-19 8;3應(yīng)－器I 01；T反8PV2-，VT壓量1計I量；子爐7子轉(zhuǎn)6-；9; 器I 鋼T；PV樣54SC取I—-T-3P11861PVVRS23P12流程示意圖3、反響器構(gòu)造圖123 4 5678910111213141516171-壓片,2-催化劑,3-框壓蓋,4-漿葉,5-反響器外筒,6-加熱爐,7-反響器內(nèi)筒,8-法蘭,9-壓蓋,10-軸承,11-冷卻內(nèi)筒,12-軸,13-內(nèi)支撐筒,14-外支撐筒,15-反響磁鋼架,16-底筒,17-磁力泵圖3.設(shè)備構(gòu)造圖 圖3反響器構(gòu)造圖四、試驗步驟1、通入冷卻水，開啟攪拌電源，調(diào)整轉(zhuǎn)速，使轉(zhuǎn)速到達確定值。2、翻開裝置總電源將反響器加熱溫度設(shè)定為280℃，預(yù)熱器溫度設(shè)定為150℃。3、在溫度到達設(shè)定值后，連續(xù)穩(wěn)定10～20分鐘，然后啟動周密微量液體泵開頭參與乙醇。設(shè)定乙醇的加料速度〔如為0.5ml/min〕。4、反響進展10分鐘后，正式開頭試驗。放出反響器下吸取瓶中的液體，并登記此時濕式流量計的讀數(shù)，然后關(guān)閉吸取瓶上的放液活塞，開頭試驗。每隔10分鐘記錄濕式流量計讀數(shù)，并記錄反響溫度等試驗條件。5、在一個恒定的乙醇進料速率的條件下反響30分鐘，然后放出吸取瓶中的液體準確稱重，并準時對此液體進展色譜分析。6、轉(zhuǎn)變乙醇的加料速率，〔如設(shè)定為1.5ml/min〕，重復(fù)步驟3、4的操作。7、在操作的時候要留意通水的狀況，不能斷水。8以確定無水乙醇、無水乙醚的相對校正因子，為后續(xù)的反響殘液的定量分析作預(yù)備。停車操作：1200℃以下時方可停水。2、停頓加料后要通入惰性氣體吹掃。3、將調(diào)速電壓調(diào)至零，關(guān)閉電源，停頓攪拌。4、關(guān)閉總電源。五、原始數(shù)據(jù)1、標準溶液配制數(shù)據(jù)記錄表物質(zhì)物質(zhì)質(zhì)量/g質(zhì)量百分含量/%無水乙醇〔CHOH〕〔CH〕O〕2 53 22、標準溶液的色譜分析分析次數(shù)分析次數(shù)III保存時間/min峰面積/uv.s峰面積百分比/%平均峰面積百分比3進料速率進料速率/ml.min-1時間濕式流量計示數(shù)/L預(yù)熱溫度/℃加熱溫度/℃反響溫度/℃4樣品123

空瓶質(zhì)量/g 樣品與瓶子總重/g 樣品質(zhì)量/g5(共三組，一組對應(yīng)一個表格)分析次數(shù)I分析次數(shù)III峰號工程保存時間/min峰面積/uv.s峰面積百分比/%1212六、數(shù)據(jù)處理 fA

依據(jù)的標準Wi i W為質(zhì)量分數(shù)；f為校正因子；A為對應(yīng)峰面積百分數(shù)。i fA i i ii i溶液質(zhì)量分數(shù)和峰面積百分數(shù)，求得乙醇和乙醚的校正因子，進而用于產(chǎn)物中乙醇、乙醚的定量分析。1、液體產(chǎn)品氣相色譜檢測數(shù)據(jù)記錄及分析結(jié)果進樣速率進樣速率/ml.min-1組分進樣IArea/%進樣IIArea/%平均值A(chǔ)verageArea/%質(zhì)量百分數(shù)/%乙醇乙醚乙醇乙醚乙醚在液相中還有反響生成的水。液相組成計算方法如下：xyzAyBz0Cy/74x/18其中：x、y、z分別為液相產(chǎn)物中水、乙醚、乙醇的質(zhì)量 g；A為液相產(chǎn)物總質(zhì)量 g；B為液相產(chǎn)物產(chǎn)物中乙醚與乙醇的質(zhì)量比；C為氣相產(chǎn)物〔乙烯〕的摩爾數(shù) mol。A、B、C為測定值，從而求得液相的組成；進而求得原料乙醇在對應(yīng)溫度、流量下的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物乙烯收率、選擇性。2、乙醇轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)物乙烯收率、選擇性。進料速率/ml.min-1

進料時間/mim 乙醇轉(zhuǎn)化率/% 乙烯收率/% 乙烯選擇性/%關(guān)聯(lián)反響速率方程式參數(shù)，；繪制反響速率方程式曲線。3、反響速率方程相關(guān)數(shù)據(jù)表進料速率/ml.min-1

v0/mg.min-1

y/% ln 11 y

vln 10 1y七、試驗留意事項1、熱電偶確定要放在所需要測定的位置上，要準確無誤，不能在未插入位置內(nèi)就升溫加熱。這樣會造成溫度無限制的上升。直至將加熱爐絲燒毀。2、長期不用時要放在枯燥通風的地方。假設(shè)再使用時，確定要低電流下烘爐數(shù)小時，以避開保溫材料放出吸附水造成加熱爐絲短路。八、思考題1、乙醇脫水為什么高溫有利于乙烯的生成，較低溫度時有利于乙醚生成。2、一級反響動力學有什么特點。3、內(nèi)循環(huán)無梯度反響器的工作原理及優(yōu)點。4、計算試驗的誤差，分析緣由。一、試驗?zāi)康陌盐找耗し謩e技術(shù)的操作過程。了解兩種不同的液膜傳質(zhì)機理。用液膜分別技術(shù)脫除廢水中的污染物。二、試驗原理液膜分別技術(shù)是近三十年來開發(fā)的技術(shù)，集萃取與反萃取于一個過程中，可以分別濃度比較低的液相體系。液膜分別是將第三種液體展成膜狀以分隔另外兩相液體，由于液膜的選擇性透過，故第一種液體〔料液〕中的某些成分透過液膜進入其次種液體〔承受相料液中組分的分別。所謂液膜，即是分隔兩液相的第三種液體，它與其余被分隔的兩種液體必需完全不互溶或溶解度很小。因此，依據(jù)被處理料液為水溶性或油溶性可分別選擇油或水溶液作為液膜。依據(jù)液膜的外形，可分為乳狀液膜和支撐型液膜，本試驗為乳狀液膜分別醋酸–水溶液。由于處理的是醋酸廢水溶液體系，所以可選用與之不互溶的油性液膜，并選用NaOH水溶液作為承受相。這樣，先將液膜相與承受相〔也稱內(nèi)相〕在確定條件下乳化，使之成為穩(wěn)定的油包水〔W/O〕型乳狀液，然后將此乳狀液分散于含醋酸的水溶液中〔此處稱作為外相。這樣，外相中醋酸以確定的方式透過液膜向內(nèi)相遷移，并與內(nèi)相NaOHNaAc而被保存在內(nèi)相，然后乳液與外相分別，經(jīng)過破乳，得到內(nèi)相中高濃度的NaAc，而液膜則可以重復(fù)使用。(HLB)W/OHLB3-6可在膜相中參與一些膜增加劑〔一般粘度較高的液體。溶質(zhì)透過液膜的遷移過程，可以依據(jù)膜相中是否參與流淌載體而分為促進遷移I型或促進遷移II促進遷移I型傳質(zhì)，是利用液膜本身對溶質(zhì)有確定的溶解度，選擇性地傳遞溶質(zhì)〔23促進遷移II型傳質(zhì)，是在液膜中參與確定的流淌載體〔通常為此溶質(zhì)的萃取劑，選擇性地與溶質(zhì)在界面處形成絡(luò)合物，然后此絡(luò)合物在濃度梯度的作用下向內(nèi)相集中，至內(nèi)相界面處被內(nèi)相試劑解絡(luò)〔反萃式，更大地提高了液膜的選擇性及應(yīng)用范圍〔見以以下圖。CH()膜 相 ()膜 CHHAc HAc2

2促進遷移Ⅰ型傳質(zhì)示意圖 促進遷移Ⅱ型傳質(zhì)示意圖綜合上述兩種傳質(zhì)機理，可以看出，液膜傳質(zhì)過程實際上相當于萃取與反萃取兩步過程同時進行：液膜將料液中的溶質(zhì)萃入膜相，然后集中至內(nèi)相界面處，被內(nèi)相試劑反萃至內(nèi)相〔承受相。因此，萃取過程中的一些操作條件〔如相比等〕在此也同樣影響液膜傳質(zhì)速率。三、預(yù)習與思考液膜分別與液液萃取有什么異同？液膜傳質(zhì)機理有哪幾種形式？主要區(qū)分在何處？促進遷移Ⅱ型傳質(zhì)較促進遷移Ⅰ型傳質(zhì)有哪些優(yōu)勢？液膜分別中乳化劑的作用是什么？其選擇依據(jù)是什么？液膜分別操作主要有哪幾步？各步的作用是什么？如何提高乳狀液膜的穩(wěn)定性？如何提高乳狀液膜傳質(zhì)的分別效果？四、試驗裝置與流程試驗裝置主要包括：可控硅直流調(diào)速攪拌器二套；標準攪拌釜兩只，小的為制乳時用，大的進展傳質(zhì)試驗；砂芯漏斗兩只，用于液膜的破乳。液膜分別的工藝流程如以下圖。內(nèi)相內(nèi)相稀醋酸水溶液NaOH制乳乳液傳質(zhì)澄清乳液破乳澄清NaAc液膜相廢水排放溶液回收膜相重復(fù)使用2-2乳狀液膜分別過程示意圖五、儀器與藥品藥品：煤油、外表活性劑〔8NaOTBP儀器：燒杯〔250ml〕4個、滴定管、取樣管〔5ml〕110支、滴定臺、試管架、吸耳球、容量瓶〔500ml〕2個、臺秤六、試驗步驟及方法試驗步驟本試驗為乳狀液膜法脫除水溶液中的醋酸，首先需制備液膜。液膜組成已于試驗前配好，分別為以下兩種液膜：1〕195%，乳化劑E644，5%〕液膜290%，乳化劑E64，5，TB〔載體，5內(nèi)相用2MNaOHHAc水溶液作為料液進展傳質(zhì)試驗，外相HAc的初始濃度在試驗時測定。具體步驟如下：1#70ml1600rpmNaOH70ml〔約1分鐘加完，在此轉(zhuǎn)速下攪拌15分鐘，待成穩(wěn)定乳狀液后停頓攪拌，待用。②在傳質(zhì)釜中參與待處理的料液450ml400rpm90mlHAc〔25、8、1162025分鐘，并作出外相HAc濃度與時間的關(guān)系曲線。待外相中全部HAc均進入內(nèi)相后，停頓攪拌。放出釜中液體，洗凈待用。③在傳質(zhì)釜中參與450ml料液，在攪拌下〔與②同樣轉(zhuǎn)速〕參與小釜中剩余的乳狀液〔應(yīng)計量，重復(fù)步驟2。④比較②，③的試驗結(jié)果，說明在不同處理比〔料液〕/乳液V〕并分析其緣由。⑤用液膜2膜相，重復(fù)上述步驟①-④。留意，兩次傳質(zhì)的乳液量應(yīng)分別與②、③步的用量一樣。⑥分析比較不同液膜組成的傳質(zhì)速率，并分析其緣由。⑦收集經(jīng)沉降澄清后的上層乳液，承受砂芯漏斗抽濾破乳，破乳得到的膜相返回至制乳工序，NaAc進一步精制回收。分析方法：本試驗承受酸堿滴定法測定外相中的HAc濃度，以酚酞作為指示劑顯示滴定終點。七、試驗數(shù)據(jù)處理HAc濃度CHAc

C VCHAc

NaOH NaOHVHAc式中：C -標準NaOH溶液的濃度〔M〕NaOHV NaOH溶液滴定ml〔ml)NaOHV -外相料液取樣量〔ml〕HAcC醋酸脫除率＝0

Ct100%C0式中：CHAc0，t，分別代表初始及瞬時值。膜分別技術(shù)是近幾十年快速進展起來的一類型分別技術(shù)。膜分別法是用自然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質(zhì)與溶劑進展分別、分級、提純和富集的方法。膜分別法可用于液相和氣相。對于液相分別可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系。膜分別包括反滲透、超過濾、電滲析、微孔過濾等。膜分別過程具有無相態(tài)變化、設(shè)備簡潔、分別效率高、占地面積小、操作便利、能耗少、適應(yīng)性強等優(yōu)點。目前，在海水淡化、食品加工工業(yè)的濃縮分別、工業(yè)超純水制備、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。超過濾是膜分別技術(shù)的一個重要分支，通過試驗把握這項技術(shù)具有重要的意義。一、試驗?zāi)康?、了解和生疏超過濾膜分別的工藝過程；2、了解膜分別技術(shù)的特點；3、培育學生的試驗操作技能。二、分別機理通常，以壓力差為推動力的液相膜分別方法有反滲透(RO)、納濾(NF)、超濾(UF)和微濾(MF)等方法。圖1為各種滲透膜對不同物質(zhì)的截留示意圖。對于超濾〔UF〕而言，一種被廣泛用來形象地分析超濾膜分別機理的說法是“篩分”理論。該理論認為，膜外表具有很多微孔，這些實際存在的孔徑不同的孔眼象篩子一樣，截留住了分子直徑大于孔徑的溶質(zhì)和顆粒，從而到達分別的目的。最簡潔的超濾器的工作原理，如圖2所示，在確定的壓力作用下，當含有高分子〔A〕和低分子〔B〕溶質(zhì)的混合液流過被支撐的超濾膜外表時，溶劑〔如水〕和低分子溶質(zhì)〔如無機鹽類〕將透過超濾膜，作為透過液被收集起來，高分子溶質(zhì)〔如有機膠體〕則被超濾膜截留而作為濃縮液被回收。應(yīng)當指出的是，假設(shè)超濾完全用“篩分”的概念來解釋，則會格外模糊。在有些狀況下，似乎孔徑大小是物料分別的唯一支配因素，但對有些狀況，超濾膜材料外表的化學特性起到打算性的截留作用。如有些膜的孔徑既比溶劑分子大，又比溶質(zhì)分子小，本不應(yīng)具有截留功能，但令人意外的是，它仍具有明顯的分別效果。由此可知，比較全面一些的解釋是：在超濾膜分別過程中，膜的孔徑大小和膜外表的化學性質(zhì)等，將分別起著不同的截留作用。因此，不能簡潔地分析超濾現(xiàn)象，孔構(gòu)造是重要因素，但不是唯一因素，另一重要因素是膜外表的化學性質(zhì)。圖1各種滲透膜對不同物質(zhì)的截留示意圖 圖2超過濾工作原理示意圖三、試驗設(shè)備、流程1、試驗設(shè)備：中空纖維超濾膜裝置。〔1〕33中空纖維超濾膜組件〔2〕膜組件技術(shù)指標。本裝置為雙組件構(gòu)造，外壓式流程。組件技術(shù)指標：截留分子量：6000；膜材料：聚砜中空纖維膜，有機玻璃膜外殼，管路及管件為ABS塑料；流量范圍：10-50L/h<0.2MPa5-30℃；0.5m2Ф50×480m；p：1-1=96×50×2023m；泵：離心泵〔嚴禁空轉(zhuǎn)源：AC220V，50Hz；預(yù)過濾器濾芯：材質(zhì)為聚砜，精度5-10μ，假設(shè)阻力增大，可以反吹。24C1儲槽中的清洗水或C2水切換閥F20F51F62F11F10至視窗流入C4F12F9F13取樣或F14C2C3中的保護液經(jīng)F8和F21F5F6放保護液時，翻開F7C5四、試驗物料及分析方法1、試驗物料保護液：1%甲醛水溶液。聚乙二醇水溶液：液量35〔貯槽使用容積，濃度30mg/。1.1g1000ml800ml35L，并攪拌均勻。2、分析方法分析試劑及物品聚乙二醇：MW20230，500g；冰乙酸：化學純，500ml；次硝酸鉍：化學純，500g；醋酸鈉：化學純，500g。燒杯：100ml,5個；棕色容量瓶：100ml,2個；工業(yè)濾紙；蒸餾水。4中空纖維超濾膜分別流程圖C1－清洗水儲槽，C2－溶液儲槽，C3－保護液高位槽，C4－透過液儲槽，C5－保護液受液罐，和C1和C1－組件12F8－保護液閥，F(xiàn)9、F1212F10、F1112F13－取樣或排放閥，F(xiàn)14－未透過液循環(huán)閥，F(xiàn)15－串聯(lián)閥，F(xiàn)16、F17－回流閥，F(xiàn)18－過濾器前閥，F(xiàn)19－過濾器排放閥，F(xiàn)20－水切換閥，F(xiàn)21－保護液切換閥，P-壓力表。所需儀器：722容量瓶：50mL,21100mL,6，1000mL,1移液管：0.5、1、2、3mL15mL,325mL,3量液管：10mL,2100mL,1500mL,1發(fā)色劑配制①A0.800g50mL10mL，全溶，蒸餾水稀釋至刻度。②B20.000g50mL③Dragendoff試劑〔簡稱DF試劑：量取AB液各5ml置與100ml40ml,蒸餾水稀釋至刻度。有效期半年〔AB50mL1000mL400mL,。0.2mol/L590ml0.2mol/L410mL1000ml容量瓶中，配制成pH4.8分析操作6041.000g1000ml〔已配好0.51.01.52.02.53.0mL100mL容量瓶內(nèi)配成濃度為5、10、15、20、25、30mL/L25ml50mLDF5mL，蒸餾水稀釋至刻度，放置4小時，于波長510nm1cm比色池，在722光光度計上測定光密度，蒸餾水為空白。以聚乙二醇濃度為橫坐標，光密度為縱坐標作圖，繪制出標準曲線。25ml50mL5mLDF5ml30～2五、試驗步驟方案一：固定壓力〔0.04MPa〕3〔20、25、30L/h〕1、排超濾組件中的保護液為防止中空纖維膜被微生物浸蝕而損傷，不工作期間，在超濾組件內(nèi)參與保護液。在試驗前，須將保護液放凈。開啟閥F7、F5、F6、F12、F9、F15，保護液由F7、C5處流出，用燒杯接盛，之后倒入裝甲醛的容量瓶中。保護液停頓流淌后即認為保護液排完。2、清洗超濾組件關(guān)閉F7，翻開F4、過濾器閥F18F20。將水泵電源線插入插座，按下水泵開啟按扭，開泵，用蒸餾水清洗膜組件，開泵前確認F3關(guān)閉，F(xiàn)4翻開。沖洗時，水流量30－35L/h。F155F612F610.04MPa203、排水先關(guān)泵，關(guān)閉F4，翻開閥F7、F15，將閥F12、F91、2件中的水排完后中空纖維收縮，F(xiàn)7中無水排出時認為水已排凈。用燒杯接水，不要流入原料貯槽中。排完水后除過濾器閥F18、流量計后水切換閥F20保持翻開狀態(tài)外，關(guān)閉其它全部閥門。將桶中水倒掉。4、分別測樣100ml，放置，待測光密度和濃度。②翻開閥F、F5F1、F1。用膜組件1分別物料。開泵〔開泵前確認F3F4關(guān)閉，10L/h。調(diào)整F12閥，將壓力表10.04Mpa，幾分鐘后，窗口中有透過液消滅，這時準確記錄時間。在C41F131100ml25ml25ml50ml③每隔206次樣，每次都要重測量透過液和未透過液流量，重取樣測定光密度。每次所取樣都要標記清楚〔如原料液0，1，1，1；原料液2，2，2。④轉(zhuǎn)變流量〔分別為1、1、2、2、30L/，重復(fù)步驟①、②、③〔1壓力為0.04Mp；⑤停泵，關(guān)閉F3，翻開F4。⑥放掉膜組件及管路中的原料液。翻開閥F7、F6、F15，將膜組件中的原料液排入原料貯槽中。5、清洗膜組件待膜組件中的原料液流完后，關(guān)閉F7。翻開F9，開泵，開泵前確認F3F45F15F12、F91、20.02Mpa,視窗中有透過液消滅，連續(xù)清洗15分鐘，清洗液不要流入原料貯槽中。翻開閥F7、F15，排盡膜組件及管路中的水。關(guān)閉閥F7、流量計后水切換閥F20。6、加保護液將試驗前放出來的保護液參與保護液貯槽C3中。翻開閥F8，保護液切換閥F21〔確認水切換閥F20已關(guān)閉，膜組件中參與保護液，中空纖維膨脹，待膜組件中保護液加滿后，關(guān)閉全部閥門。7、測標準溶液的光密度，繪標準曲線，測試樣的光密度，從標準曲線上查試樣濃度。8、將儀器清洗干凈，放在指定位置，切斷分光