化工專業(yè)實驗教材

化工專業(yè)實驗教材實驗一雙驅(qū)動攪拌器測定氣液傳質(zhì)系數(shù)A實驗?zāi)康臍庖簜髻|(zhì)系數(shù)是設(shè)計計算吸收塔的重要數(shù)據(jù)。工業(yè)上應(yīng)用氣液傳質(zhì)設(shè)備的場合非常多，而且處理物系又各不相同，加上傳質(zhì)系數(shù)很難完全用理論方法計算得到，因此最可靠的方法就是借用實驗手段得到。測定氣液傳質(zhì)系數(shù)的實驗設(shè)備多種多樣，而且都具有各自的優(yōu)缺點。本實驗所采用的雙驅(qū)動攪拌吸收器不但可以測定傳質(zhì)系數(shù)，而且可以研究氣液傳質(zhì)機理。本實驗的目的是通過了解雙驅(qū)動攪拌吸收器的特點，明瞭該設(shè)備的使用場合以及測定氣液傳質(zhì)系數(shù)的方法，進而對氣液傳質(zhì)過程有進一步的了解。B實驗原理氣液傳質(zhì)過程中由于物系不同，其傳質(zhì)機理可能也不相同，被吸收組分從氣相傳遞到液相的整個過程決定于發(fā)生在氣液界面兩側(cè)的擴散過程以及在液相中的化學(xué)反應(yīng)過程，化學(xué)反應(yīng)又影響組分在液相中的傳遞?；瘜W(xué)反應(yīng)的條件、結(jié)果各不相同，影響組分在液相中傳遞的程度也不同，通?；瘜W(xué)反應(yīng)是促進了被吸收組分在液相中的傳遞?；蛘邔⑦@個過程的傳質(zhì)阻力分成氣膜阻力與液膜阻力，就需要了解整個傳質(zhì)過程中哪一個是傳質(zhì)的主要阻力，進而采取一定的措施，或者提高某一相的運動速度，或者采用更有效的吸收劑，從而提高傳質(zhì)的速率。氣膜阻力為主的系統(tǒng)、液膜阻力為主的系統(tǒng)或者氣膜阻力與液膜阻力相近的系統(tǒng)在實際操作中都會存在，在開發(fā)吸收過程中要了解某系統(tǒng)的吸收傳質(zhì)機理必須在實驗設(shè)備上進行研究。雙驅(qū)動攪拌吸收器的主要特點是氣相與液相攪拌是分別控制的，攪拌速度可以分別調(diào)節(jié)，所以適應(yīng)面較寬?？梢苑謩e改變氣、液相轉(zhuǎn)速測定吸收速率來判斷其傳質(zhì)機理，也可以通過改變液相或氣相的濃度來測定氣膜一側(cè)的傳質(zhì)速率或液膜一側(cè)的傳質(zhì)速率。測定某條件下的氣液傳質(zhì)系數(shù)必需采取切實可行的方法測出單位時間單位面積的傳質(zhì)量，并通過操作條件及氣液平衡關(guān)系求出傳質(zhì)推動力，由此來求得氣液傳質(zhì)系數(shù)。傳質(zhì)量的計算可以通過測定被吸收組分進攪拌吸收器的量與出吸收器的量之差求得，或是通過測定攪拌吸收器里的吸收液中被吸收組分的起始濃度與最終濃度之差值來確定。本實驗以熱碳酸鉀吸收二氧化碳作為系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個伴有化學(xué)反應(yīng)的吸收過程：

KCO3+CO?+HO. 2KHCO3CO2從氣相主體擴散到氣液界面，在液相界面與k2co3進行化學(xué)反應(yīng)并擴散到液相主體中去，由于CO2在K2CO3的溶液中的反應(yīng)為快速反應(yīng)，使原來液膜控制的過程有所改善。若氣膜阻力可以忽略時，吸收速率的公式可寫成：N=&KC-C) ⑵(3)(4)N=&KHP-P*)=KP-P*)(3)(4)CO2 GCO2AAL AAL式中NCO.-單位時間單位面積傳遞的CO2量n-增大因子；Kl-液相傳質(zhì)系數(shù)；KG―氣相傳質(zhì)系數(shù)；CA―氣相中C°2分壓的平衡濃度；Cal-液相中的C02濃度;HCO2-C°2的溶解度系數(shù)；PAf分壓，為總壓與吸收液面上飽和水蒸氣壓之差;P*-吸收液上C0的平衡分壓；K-KCO吸收C0的氣液傳質(zhì)系數(shù)。AL 2 2 3 2實驗中以鋼瓶裝C02作氣源，經(jīng)過穩(wěn)壓，控制氣體流量、增濕后進入雙驅(qū)動攪拌吸收器，氣體為連續(xù)流動，吸收液固定在吸收器內(nèi)，操作一定的時間后取得各項數(shù)據(jù)，可計算出K值，此為一個平均值。C02在整個吸收過程的傳質(zhì)量可用K2CO3中的KHCO3增加量來確定，即可用酸解法來得到，從每毫升吸收液在吸收前后所持有C02量的差可以確定C02總吸收量(操作方法見實驗步驟中的分析方法)。吸收在60°C下操作，使用1.2M的K2CO3吸收液，它的平衡分壓可用下式計算:P*CO2=P*CO2=1.98x108xC0.4exP——ITJ式中P云-CO2平衡分壓［MPa］；C-K2CO3的濃度［mol/L］；T-吸收溫度［K］；f-轉(zhuǎn)化度［無因次f= 一］；2Cco=+Chco3-60C時熱鉀堿上水蒸汽分壓較大，應(yīng)從總壓中扣除水蒸汽分壓后才是界面上CO2的分壓。60C堿液上水蒸汽分壓可按下式計算：PW=0.01751(1-0.3xf) (6) 式中Pw-水蒸汽分壓[MPa]吸收液的起始轉(zhuǎn)化度和終了轉(zhuǎn)化度均可用酸解法求取(見分析方法)。為了考察其他物系不同操作條件對吸收速率的影響，可以分別改變氣相的攪拌速度與液相的攪拌速度，測得傳質(zhì)系數(shù)后進行綜合比較，確定系統(tǒng)的傳質(zhì)的情況。C預(yù)習(xí)與思考本實驗需要記錄哪些數(shù)據(jù)？如何求取"2、Pa、P*l。本實驗測定過程中的誤差來源是什么？本實驗用純CO2有什么目的？實驗前為何要用CO2排代實驗裝置中的空氣？氣體進入吸收器前為何要用水飽和器？氣體穩(wěn)壓管的作用是什么？實驗時測定大氣壓有何用處？酸解出的CO為何要同時測定溫度？2D實驗裝置與流程圖1雙驅(qū)動攪拌器實驗流程示意圖1-氣體穩(wěn)壓管；2、12-氣體溫度計；3、14-皂膜流量計；4-氣體調(diào)節(jié)閥；5、15-壓差計；6-氣體增濕器；7-雙驅(qū)動攪拌吸收器；8-吸收液取樣閥；9、10-直流電機；11-彈簧夾；13-吸收劑瓶氣體從鋼瓶經(jīng)減壓閥送出，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后由氣體調(diào)節(jié)閥4調(diào)節(jié)適當(dāng)流量，用皂膜流量計計量后進入水飽和器6,飽和器放置在超級恒溫槽內(nèi)，雙驅(qū)動攪拌吸收器7的吸收溫度也由恒溫槽控制，增濕的氣體從吸收器中部進入，與吸收液接觸后從上部出口引出，出口氣體經(jīng)另一皂膜流量計后放空。雙驅(qū)動攪拌吸收器是一個氣液接觸界面已知的設(shè)備，氣相攪拌軸與液相攪拌軸都與各自的磁鋼相連接，攪拌漿的轉(zhuǎn)速分別通過可控硅直流調(diào)速器調(diào)節(jié)。吸收器中液面的位置應(yīng)控制在液相攪拌漿上漿的下緣1mm左右，以保證漿葉轉(zhuǎn)動時正好刮在液面上，以達到更新表面的目的。吸收液從吸收劑瓶一次準(zhǔn)確加入。E實驗步驟及方法（1）實驗操作步驟：細(xì)檢查實驗設(shè)備的狀況，排掉管路內(nèi)的積水，關(guān)閉放空閥。吸收劑瓶內(nèi)放入約350ml，濃度為1.2mol/L的K2C°3吸收液，并取樣分析吸收C0、前，溶液中CO2的初始含量（f）。關(guān)閉氣體調(diào)節(jié)閥，開啟總電源，打開CO2鋼瓶總閥，然后，緩慢開啟鋼瓶減壓閥，觀察穩(wěn)定管內(nèi)的鼓泡情況。鼓泡穩(wěn)定后，再開啟氣體調(diào)節(jié)閥并通過皂膜流量計調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臍怏w流量，向吸收器內(nèi)連續(xù)通入CO2，以置換器內(nèi)的空氣。開啟恒溫槽，設(shè)定吸收溫度為60r，并開啟恒溫槽循環(huán)水將吸收器升溫至指定溫度，用CO2排代約30min，方可進行實驗；開啟雙驅(qū)動的攪拌器的上下攪拌，操作屏儀表顯示，如氣體進出口溫度，調(diào)節(jié)上攪拌的轉(zhuǎn)速在300prm左右，下攪拌的轉(zhuǎn)速在150prm左右；開吸收劑瓶下的彈簧夾，向攪拌吸收器內(nèi)加入吸收液，待吸收液的液面升至與液相攪拌槳的上葉片的下緣相切時停止加料，關(guān)閉加料管。同時按下秒表，開始計時。每隔一定時間，利用秒表和進、出口的皂膜流量計，同時測定進出、口氣體的流量（ml/s），記錄時間和測得的進出、口氣體的流量（ml/s）。兩個流量的差值，即為該瞬間的吸收速率。常操作1至1.5小時后，準(zhǔn)確記下吸收操作的總時間（「min），停止上、下攪拌，立即打開吸收器的液相取樣閥，將吸收液收集在250ml量筒中，測取并記錄液體總體積（7）。然后，取樣分析吸收，測定溶液中CO2的含量（Cf）。分析時，記錄量氣管上端的溫度，對CO2體積校正。關(guān)閉CO2減壓閥及CO2鋼瓶出口閥，將攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)到“0”，關(guān)閉超級恒溫槽電源，關(guān)閉設(shè)備電源，打開放空管路。

（2）酸解法分析吸收液中CO2含量。1） 原理：熱鉀堿與H2SO4的反應(yīng)放出CO2,用量氣管測量CO2體積，即可求出溶液的轉(zhuǎn)化度。反應(yīng)式為： K2CO3+H2SO4=K2SO4+CO2個+H2O （7）2KHCO3+H2SO4=K2SO4+CO2個+2H2O （8）2） 儀器與試劑：儀器裝置，參考實驗“熱鉀堿溶液吸收CO2的吸收速率系數(shù)的測定”。1ml移液管1支，5ml移液管1支。3mol/l濃度的H2SO4。3） 分析操作及計量：準(zhǔn)確吸取吸收液1ml置于反應(yīng)瓶的內(nèi)瓶中，用5ml移液管移5ml3molH2SO4置于反應(yīng)瓶的外瓶內(nèi)，提高水準(zhǔn)瓶，使液面升至量氣管的上刻度處，塞緊瓶塞，使其不漏氣后，調(diào)整水準(zhǔn)瓶的高度，使水準(zhǔn)瓶的液面與量氣管內(nèi)液面相平，記下量氣管的讀咎。搖動反應(yīng)瓶使H2SO4與堿液充分混合，反應(yīng)完全（無氣泡發(fā)生），再記下量氣管的讀數(shù)匕。可計算出吸收液中CO2含量。吸收液中CO2含量。溶液中：VCO（ml/ml堿液）=?-匕）.中式中：“-每ml吸收液含CO2的ml量血M2732.（P-Ph2）；T101.3 '中-校正系數(shù)，(9)(10)式中P-大氣壓，（KPa）；T-酸解時器內(nèi)CO2溫度，（K）；Pho-t°C時的飽和水蒸氣壓，（KPa）；P =0.1333expl18.3036-3816.44；'（T-46.13）］，（KPa）； （11）H2OC溶液轉(zhuǎn)化度可按下式計算：f= -1 （12）C0ff-吸收液的轉(zhuǎn)化度?？捎脕碛嬎阄找荷螩O2的平衡分壓與水的飽和蒸汽壓。C、C0-吸收后和吸收前1ml吸收液酸解后放出的CO2校正后體積數(shù)（ml）。F實驗數(shù)據(jù)處理從記錄的實驗原始數(shù)據(jù)中逐項計算出單位時間單位面積的CO2傳遞量，換算成摩爾數(shù)，以及從初始及終了吸收液的轉(zhuǎn)化度算出吸收的推動力，求取平均推動力來計算氣液傳質(zhì)系數(shù)，單位為^mol;S-M2-MpQ。對在不同的液相轉(zhuǎn)速下取得的K值進行綜合比較，并得出結(jié)論。實驗二 連續(xù)流動反應(yīng)器中的返混測定A實驗?zāi)康谋緦嶒炌ㄟ^單釜與三釜反應(yīng)器中停留時間分布的測定，將數(shù)據(jù)計算結(jié)果用多釜串聯(lián)模型來定量返混程度，從而認(rèn)識限制返混的措施。本實驗?zāi)康臑檎莆胀Ａ魰r間分布的測定方法。了解停留時間分布與多釜串聯(lián)模型的關(guān)系。了解模型參數(shù)n的物理意義及計算方法。B實驗原理在連續(xù)流動的反應(yīng)器內(nèi)，不同停留時間的物料之間的混和稱為返混。返混程度的大小，一般很難直接測定，通常是利用物料停留時間分布的測定來研究。然而測定不同狀態(tài)的反應(yīng)器內(nèi)停留時間分布時，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時間分布不存在——對應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時間分布的實驗測定數(shù)據(jù)直接表示返混程度，而要借助于反應(yīng)器數(shù)學(xué)模型來間接表達。物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間完全是一個隨機過程，須用概率分布方法來定量描述。所用的概率分布函數(shù)為停留時間分布密度函數(shù)fG)和停留時間分布函數(shù)F?)。停留時間分布密度函數(shù)fO的物理意義是：同時進入的N個流體粒子中，停留時間介于t到t+dt間的流體粒子所占的分率dNN為f(t)dt。停留時間分布函數(shù)F°的物理意義是：流過系統(tǒng)的物料中停留時間小于t的物料的分率。停留時間分布的測定方法有脈沖法，階躍法等，常用的是脈沖法。當(dāng)系統(tǒng)達到穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量Q的示蹤物料，同時開始在出口流體中檢測示蹤物料的濃度變化。由停留時間分布密度函數(shù)的物理含義，可知f(由停留時間分布密度函數(shù)的物理含義，可知f()dt=V-C()dt：QQ=MVC(晶

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「()VC(t) C()所以 \vc(t)7tTCtldt0 0(1)(2)(3)由此可見fG)與示蹤劑濃度cG)成正比。因此，本實驗中用水作為連續(xù)流動的物料，以飽和KCl作示蹤劑，在反應(yīng)器出口處檢測溶液電導(dǎo)值。在一定范圍內(nèi)，KCl濃度與電導(dǎo)值成正比，則可用電導(dǎo)值來表達物料的停留時間變化關(guān)系，即fG）xL（t），這里L(fēng)（t）=L-L，L為t時刻的電導(dǎo)值，L為無示蹤劑時電導(dǎo)值。t8t 8停留時間分布密度函數(shù)fG）在概率論中有二個特征值，平均停留時間（數(shù)學(xué)期望）t和—.t的表達式為:PtC(t)dt—.t的表達式為:t=jctf(t)dt=0—-^-―o J°C(t)dt0采用離散形式表達，并取相同時間間隔At,則:⑸(6)-_iCt)\￡_￡t?l()⑸(6)—EC()At—￡L()b2的表達式為：b2=J8(t-t*f(t)dt=J812f(t)it-t2也用離散形式表達，并取相同At，則：Et2C(t)(_\Et2L(t)_b2= —(tZ2= —t2t EC(t) EL(t)若用無因次對比時間。來表示，即。=t：t，無因次方差b2=b；.?'，2。在測定了一個系統(tǒng)的停留時間分布后，如何來評介其返混程度，則需要用反應(yīng)器模型來描述，這里我們采用的是多釜串聯(lián)模型。所謂多釜串聯(lián)模型是將一個實際反應(yīng)器中的返混情況作為與若干個全混釜串聯(lián)時的返混程度等效。這里的若干個全混釜個數(shù)n是虛擬值，并不代表反應(yīng)器個數(shù)，n稱為模型參數(shù)。多釜串聯(lián)模型假定每個反應(yīng)器為全混釜，反應(yīng)器之間無返混，每個全混釜體積相同，則可以推導(dǎo)得到多釜串聯(lián)反應(yīng)器的停留時間分布函數(shù)關(guān)系，并得到無因次方差b&與模型參數(shù)n存在關(guān)系為 n=二 （8）b20當(dāng)n=1，bo=1，為全混釜特征；當(dāng)nT8，bor0，為平推流特征；

這里n是模型參數(shù)，是個虛擬釜數(shù)，并不限于整數(shù)。C預(yù)習(xí)與思考為什么說返混與停留時間分布不是一一對應(yīng)的？為什么我們又可以通過測定停留時間分布來研究返混呢？測定停留時間分布的方法有哪些？本實驗采用哪種方法？何謂返混？返混的起因是什么？限制返混的措施有哪些？何謂示蹤劑？有何要求？本實驗用什么作示蹤劑？模型參數(shù)與實驗中反應(yīng)釜的個數(shù)有何不同？為什么？D實驗裝置與流程實驗裝置如圖2所示，由單釜與三釜串聯(lián)二個系統(tǒng)組成。三釜串聯(lián)反應(yīng)器中每個釜的體積為1L，單釜反應(yīng)器體積為3L，用可控硅直流調(diào)速裝置調(diào)速。實驗時，水分別從二個轉(zhuǎn)子流量計流入二個系統(tǒng)，穩(wěn)定后在二個系統(tǒng)的入口處分別快速注入示蹤劑，由每個反應(yīng)釜出口處電導(dǎo)電極檢測示蹤劑濃度變化，并由記錄儀自動錄下來。E實驗步驟及方法通水，開啟水開關(guān)，讓水注滿反應(yīng)釜，調(diào)節(jié)進水流量為20乙功，保持流量穩(wěn)定。通電，開啟電源開關(guān)。開記錄儀，記下走紙速度;圖2圖2連續(xù)流動反應(yīng)器返混實驗裝置圖開電導(dǎo)儀并調(diào)整好，以備測量；1-全混釜(3L)；2、3、4-全混釜(1L)；5-轉(zhuǎn)子流量計；6-電機;測量；7-電導(dǎo)率儀；8-電導(dǎo)電極；9-記錄儀；10-四筆記錄儀或微機開動攪拌裝置，轉(zhuǎn)速應(yīng)大于300rmin。待系統(tǒng)穩(wěn)定后，用注射器迅速注入示蹤劑，在記錄紙上作起始標(biāo)記。當(dāng)記錄儀上顯示的濃度在2min內(nèi)覺察不到變化時，即認(rèn)為終點己到。關(guān)閉儀器，電源，水源，排清釜中料液，實驗結(jié)束。F實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)實驗結(jié)果，我們可以得到單釜與三釜的停留時間分布曲線，這里的物理量-電導(dǎo)值L對應(yīng)了示蹤劑濃度的變化；走紙的長度方向?qū)?yīng)了測定的時間，可以由記錄儀走紙速度換算出來。然后用離散化方法，在曲線上相同時間間隔取點，一般可取20個數(shù)據(jù)點左右，再由公式（5），（7）分別計算出各自的f和。；，及無因次方差"=葉i2。通過多釜串聯(lián)模型，利用公式（8）求出相應(yīng)的模型參數(shù)n，隨后根據(jù)n的數(shù)值大小，就可確定單釜和三釜系統(tǒng)的兩種返混程度大小。若采用微機數(shù)據(jù)采集與分析處理系統(tǒng)，則可直接由電導(dǎo)率儀輸出信號至計算機，由計算機負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與分析，在顯示器上畫出停留時間分布動態(tài)曲線圖，并在實驗結(jié)束后自動計算平均停留時間、方差和模型參數(shù)。停留時間分布曲線圖與相應(yīng)數(shù)據(jù)均可方便地保存或打印輸出，減少了手工計算的工作量。G結(jié)果與討論....._..........—..... .（1） 計算出單釜與三釜系統(tǒng)的平均停留時間t，并與理論值比較，分析偏差原因；（2） 計算模型參數(shù)n，討論二種系統(tǒng)的返混程度大?。唬?） 討論一下如何限制返混或加大返混程度。H主要符號說明C0-t時刻反應(yīng)器內(nèi)示蹤劑濃度；f。-停留時間分布密度；F（t）-停留時間分布函數(shù)；L,L/’lG）-液體的電導(dǎo)值；n-模型參數(shù)；t-時間；v-液體體積流量；— 一 、...-..t-數(shù)學(xué)期望，或平均停留時間；^2，^^-方差；9-無因次時間。實驗三催化反應(yīng)精餾法制甲縮醛反應(yīng)精餾法是集反應(yīng)與分離為一體的一種特殊精餾技術(shù)，該技術(shù)將反應(yīng)過程的工藝特點與分離設(shè)備的工程特性有機結(jié)合在一起，既能利用精餾的分離作用提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，抑制串聯(lián)副反應(yīng)的發(fā)生，又能利用放熱反應(yīng)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。A實驗?zāi)康模?） 了解反應(yīng)精餾工藝過程的特點，增強工藝與工程相結(jié)合的觀念。（2） 掌握反應(yīng)精餾裝置的操作控制方法，學(xué)會通過觀察反應(yīng)精餾塔內(nèi)的溫度分布，判斷濃度的變化趨勢，采取正確調(diào)控手段。學(xué)會用正交設(shè)計的方法，設(shè)計合理的實驗方案，進行工藝條件的優(yōu)選。獲得反應(yīng)精餾法制備甲縮醛的最優(yōu)工藝條件，明確主要影響因素。B實驗原理本實驗以甲醛與甲醇縮合生產(chǎn)甲縮醛的反應(yīng)為對象進行反應(yīng)精餾工藝的研究。合成甲縮醛的反應(yīng)為：2CHOH+CHO=CHO+HO (1)3 2 3 82 2該反應(yīng)是在酸催化條件下進行的可逆放熱反應(yīng)，受平衡轉(zhuǎn)化率的限制，若采用傳統(tǒng)的先反應(yīng)后分離的方法，即使以高濃度的甲醛水溶液(38—40%)為原料，甲醛的轉(zhuǎn)化率也只能達到60%左右，大量未反應(yīng)的稀甲醛不僅給后續(xù)的分離造成困難，而且稀甲醛濃縮時產(chǎn)生的甲酸對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重。而采用反應(yīng)精餾的方法則可有效地克服平衡轉(zhuǎn)化率這一熱力學(xué)障礙，因為該反應(yīng)物系中各組分相對揮發(fā)度的大小次序為：a甲縮醛〉a甲醇〉a甲醛〉a水，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)中分離出去，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，若原料配比控制合理，甚至可達到接近平衡轉(zhuǎn)化率。此外，采用反應(yīng)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。反應(yīng)和分離在同一設(shè)備中進行，可節(jié)省設(shè)備費用和操作費用。反應(yīng)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。本實驗采用連續(xù)操作的反應(yīng)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)選出最佳的工藝條件。實驗中，各因素水平變化的范圍是：甲醛溶液濃度(重量濃度)12%—38%，甲醛：甲醇(摩爾比)為1:8—1:2，催化劑濃度1%—3%，回流比5—15。由于實驗涉及多因子多水平的優(yōu)選，故采用正交實驗設(shè)計的方法組織實驗，通過數(shù)據(jù)處理，方差分析，確定主要因素和優(yōu)化條件。C預(yù)習(xí)與思考采用反應(yīng)精餾工藝制備甲縮醛，從哪些方面體現(xiàn)了工藝與工程相結(jié)合所帶來的優(yōu)勢？

是不是所有的可逆反應(yīng)都可以采用反應(yīng)精餾工藝來提高平衡轉(zhuǎn)化率？為什么？在反應(yīng)精餾塔中，塔內(nèi)各段的溫度分布主要由哪些因素決定？反應(yīng)精餾塔操作中，甲醛和甲醇加料位置的確定根據(jù)什么原則？為什么催化劑硫酸要與甲醛而不是甲醇一同加入？實驗中，甲醛原料的進料體積流量如何確定？圖3催化精餾實驗裝置1-電熱碗；2圖3催化精餾實驗裝置1-電熱碗；2-塔釜；3-溫度計；4-進料口;5-填料；6-溫度計；7-時間繼電器；8-電磁鐵；9-冷凝器；10-回流擺體；11-計量杯；12-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;若不考慮甲醛濃度、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實驗計劃表。D實驗裝置及流程實驗裝置如圖3所示。反應(yīng)精餾塔由玻璃制成。塔徑為25mm，塔高約2400mm，共分為三段，由下至上分別為提餾段、反應(yīng)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。塔頂采用電磁擺針式回流比控制裝置。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)計量泵由反應(yīng)段的頂部加入，甲醇由反應(yīng)段底部加入。用氣相色譜分析塔頂和塔釜產(chǎn)物的組成。E實驗步驟原料準(zhǔn)備：在甲醛水溶液中加入1%、2%、3%的濃硫酸作為催化劑。CP級或工業(yè)甲醇。操作準(zhǔn)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。向塔釜加入400ml，約10%的甲醇水溶液。調(diào)節(jié)計量泵，分別標(biāo)定原料甲醛和甲醇的進料流量，甲醇的體積流量控制在4—5ml/min。實驗操作：預(yù)先將硫酸催化劑按規(guī)定的濃度配入甲醛原料中，調(diào)節(jié)計量泵，分別標(biāo)定甲醛和甲醇的進料流量；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(接通進料管線，關(guān)閉塔頂、塔釜采出管線上的考克，并關(guān)閉回流比分配器開關(guān))，向塔釜中加入400ml的10%左右的甲醇水溶液(釜容量的20%左右)；先開啟塔頂冷卻水，再開啟塔釜加熱器，加熱量逐步增加，不宜過猛。當(dāng)塔頂有冷凝液后全回流操作20min；開始進料，甲醛由反應(yīng)段的上端加入，甲醇由反應(yīng)段的下端加入，同時將回流比控制在預(yù)定值。觀察并記錄塔內(nèi)各點的溫度變化，現(xiàn)場測定塔頂出料速度，調(diào)節(jié)塔釜加熱量，使塔頂出料量達到預(yù)定值。待溫度穩(wěn)定后，每隔10min取樣分析1次塔頂組成，共取樣2—3次，取其平均值作為實驗結(jié)果；按要求改變實驗條件，重復(fù)步驟4；實驗完成后，關(guān)閉加料釜開關(guān)，將回流比調(diào)至1:1，繼續(xù)塔頂采出，直至塔頂溫度上升至60r左右，關(guān)閉回流分配器開關(guān)。停止加熱，先關(guān)閉塔釜加熱器開關(guān)，待塔頂不再有回流液時，關(guān)閉冷卻水。注意事項設(shè)定時間分配器時，為減小擺針晃動的影響，要求采出時間巳3秒；每次停止加料后應(yīng)將塔內(nèi)甲縮醛排盡，以免影響下一次實驗，將回流比調(diào)為1：1，繼續(xù)塔頂采出，直至塔頂溫度為60r，關(guān)閉回流分配器開關(guān)；實驗結(jié)束后，將蠕動泵管卡松開，卸下膠管，同時將管內(nèi)原料倒回瓶中，以免膠管變形或破裂，使蠕動泵頭腐蝕。F實驗數(shù)據(jù)處理列出實驗原始記錄表，計算甲縮醛產(chǎn)品的收率。甲縮醛收率計算式： =°x%+叱x七x—X100%Fxx Mf 0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。以甲縮醛產(chǎn)品的收率為實驗指標(biāo)，列出正交實驗結(jié)果表，運用方差分析確定最佳工藝條件。

G實驗結(jié)果討論反應(yīng)精餾塔內(nèi)的溫度分布有什么特點？隨原料甲醛濃度和催化劑濃度的變化，反應(yīng)段溫度如何變化？這個變化說明了什么？根據(jù)塔頂產(chǎn)品純度與回流比的關(guān)系，塔內(nèi)溫度分布的特點，討論反應(yīng)精餾與普通精餾有何異同。本實驗在制定正交實驗計劃表時沒有考慮各因素間的交互影響，您認(rèn)為是否合理？若不合理，應(yīng)該考慮哪些因子間的交互作用？要提高甲縮醛產(chǎn)品的收率可采取哪些措施？H主要符號說明xd一塔頂餾出液中甲縮醛的質(zhì)量分率；xw一塔釜出料中甲縮醛的質(zhì)量分率；xf—進料中甲醛的質(zhì)量分率，g/min；g/min；W—塔釜出料的質(zhì)量流率，g/min；M「M0—甲醛，甲縮醛的分子量；n一甲縮醛的收率。實驗四乙苯脫氫制苯乙烯A實驗?zāi)康牧私庖砸冶綖樵希趸F系為催化劑，在固定床單管反應(yīng)器中制備苯乙烯的過程;學(xué)會穩(wěn)定工藝操作條件的方法。B實驗原理1.本實驗的主副反應(yīng)主反應(yīng)：CH2-CH3-CH2-CH3--ch=ch2 口2+H2117.8KJ/mol副反應(yīng)：疽__+C2H4105KJ/mol-C2H5+H2一匚疽__+C2H4105KJ/mol-C2H5+H2一匚］+C2H6-31.5KJ/mol-C2H5+h2-2￡?-CH3￡￡口3+C2H4-54.4KJ/mol在水蒸汽存在的條件下，還可能發(fā)生下列反應(yīng):2H2O￡?-CH2H2O￡?-CH3+CO2+3H2此外還有芳烴脫氫縮合及苯乙烯聚合生成焦油和焦等。這些連串副反應(yīng)的發(fā)生不僅使反應(yīng)的選擇性下降，而且極易使催化劑表面結(jié)焦進而活性下降。（1）影響本反應(yīng)的因素1） 溫度的影響乙苯脫氫反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，W0>0，從平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系式f竺土］=竺0I或JRT2P可知，提高溫度可增大平衡常數(shù)，從而提高脫氫反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。但是溫度過高副反應(yīng)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)控制適宜的反應(yīng)溫度。本實驗的反應(yīng)溫度為：540?600°C。2） 壓力的影響-，一，……，，一 fP）制,乙苯脫氫為體積增加的反應(yīng)，從平衡常數(shù)與壓力的關(guān)系式《戶=Kn1^^^I可知，當(dāng)心>0時，降低總壓P總可使K〃增大，從而增加了反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率，故降低壓力有利于平衡向脫氫方向移動。本實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）。3） 空速的影響乙苯脫氫反應(yīng)系統(tǒng)中有平衡副反應(yīng)和連串副反應(yīng)，隨著接觸時間的增加，副反應(yīng)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應(yīng)溫度有關(guān)，本實驗乙苯的液空速以0.6h-3為宜。(2)催化劑：本實驗采用氧化鐵系催化劑其組成為:Fe2。3-CuO-K2O3-CeO。C預(yù)習(xí)與思考乙苯脫氫生成苯乙烯反應(yīng)是吸熱還是放熱反應(yīng)？如何判斷？如果是吸熱反應(yīng)，則反應(yīng)溫度為多少？實驗室是如何來實現(xiàn)的？工業(yè)上又是如何來實現(xiàn)的？對本反應(yīng)而言是體積增大還是減??？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？本實驗采用什么方法？為什么加入水蒸汽可以降低烴分壓？在本實驗中你認(rèn)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？進行反應(yīng)物料衡算，需要一些什么數(shù)據(jù)？如何搜集并進行處理?D實驗裝置及流程圖4乙苯脫氫制苯乙烯工藝實驗流程圖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-反應(yīng)器；8-電熱夾套；9、11-冷凝器；10-分離器；12-熱電偶E實驗步驟與方法(1)反應(yīng)條件控制：汽化溫度300r，脫氫反應(yīng)溫度540?600°C,水：乙苯=1.5:1(體積比)，相當(dāng)于乙苯加料0.5毫升/分，蒸餾水0.75毫升/分(50毫升催化劑)(2)操作步驟了解并熟悉實驗裝置及流程，搞清物料走向及加料、出料方法。2） 校正蒸餾水和乙苯計量泵的流量，開啟總電源，然后按下汽化器及反應(yīng)器加熱電源按鈕；3）設(shè)定汽化器（預(yù)熱）溫度為300°C，反應(yīng)器溫度為500^； 4）打開冷卻水閥門;5） 將乙苯倒入到乙苯計量管中，蒸餾水加入到水計量管中；6） 當(dāng)汽化器溫度達到300C，反應(yīng)溫度達到400C以上時，打開蒸餾水加料泵；當(dāng)反應(yīng)器溫度到達500C時，啟動乙苯加料泵；7） 當(dāng)反應(yīng)溫度到達540C，穩(wěn)定半小時，然后開始取樣，每隔15分鐘取一組數(shù)據(jù)，每個溫度點測兩次，共測4個反應(yīng)溫度點（540C、560C、580C、600C）（具體操作）取某個溫度點的數(shù)據(jù)時，先將接受器內(nèi)的料排空，關(guān)閉放料閥的同時計時、并記下乙苯和蒸餾水計量管的液位值、并打開排液閥收集反應(yīng)產(chǎn)物；15分鐘結(jié)束后，再分別讀取乙苯、水計量管末刻度，同時將接受器中的料放出，倒入量筒中。8） 通過稱重的方法獲得烴層液的重量，烴層液的重量=總重一空量筒重一量筒中水的刻度x水的密度；然后將上層烴液倒入取樣瓶中，進行氣相色譜分析；關(guān)閉排液閥，將反應(yīng)溫度升到其他預(yù)定值比如560C，重復(fù)上述步驟以測取新的實驗數(shù)據(jù)。9） 實驗結(jié)束后，先關(guān)閉乙苯加料泵，反應(yīng)溫度維持500C左右，繼續(xù)通水蒸汽以進行催化劑的清焦再生，約半小時后關(guān)閉蒸餾水泵，然后關(guān)閉汽化器和反應(yīng)器的加熱電源，最后關(guān)閉總電源，關(guān)冷卻水閥門。結(jié)束實驗。（3）實驗記錄及計算1）原始記錄時間溫度，C原料流量，ml/10?20分粗產(chǎn)品，g尾汽化器反應(yīng)器乙苯水烴層液水層始終恰終2）粗產(chǎn)品分析結(jié)果? 粗產(chǎn)品應(yīng)苯溫度°C. 加-入量g苯甲苯乙苯苯乙烯含量％重(g)含量％重(g)含量％重(g)含量％重(g)3）計算結(jié)果乙苯的轉(zhuǎn)化率： a=曾x100%FF苯乙烯的選擇性： S=土x100%RF苯乙烯的收率： Y=a-Sx100%F結(jié)果與討論對以上的實驗數(shù)據(jù)進行處理，分別將轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率對反應(yīng)溫度作出圖表，找出最適宜的反應(yīng)溫度區(qū)域，并對所得實驗結(jié)果進行討論。（包括曲線圖趨勢的合理性，誤差分析，成敗原因等）G符號說明△H觸-298K下標(biāo)準(zhǔn)熱焓，KJ/mol；K，七-平衡常數(shù)；氣-i組分的摩爾數(shù);P總-壓力，Pa；R-氣體常數(shù)；T-溫度，K；Ay-反應(yīng)前后摩爾數(shù)變化；a-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-原料加入量，g；P-目的產(chǎn)物的量，g。實驗五恒沸精餾A實驗?zāi)康暮惴芯s是一種特殊的分離方法。它是通過加入適當(dāng)?shù)姆蛛x媒質(zhì)來改變被分離組分之間的汽液平衡關(guān)系，從而使分離由難變易。主要適用于含恒沸物組成且用普通精餾無法得到純品的物系。通常，加入的分離媒質(zhì)（亦稱夾帶劑）能與被分離系統(tǒng)中的一種或幾種物質(zhì)形成最低恒沸物，使夾帶劑以恒沸物的形式從塔頂蒸出，而塔釜得到純物質(zhì)。這種方法就稱作恒沸精餾。本實驗的目的，旨在使學(xué)生通過制備無水乙醇，從而加強并鞏固對恒沸精餾過程的理解；熟悉實驗精餾塔的構(gòu)造，掌握精餾操作方法；B實驗原理在常壓下，用常規(guī)精餾方法分離乙醇-水溶液，最高只能得到濃度為95.57%（wt%）的乙醇。這是乙醇與水形成恒沸物的緣故，其恒沸點78.15°C,與乙醇沸點78.30°C十分接近，形成的是均相最低恒沸物。而濃度95%左右的乙醇常稱工業(yè)乙醇。由工業(yè)乙醇制備無水乙醇，可采用恒沸精餾的方法。實驗室中恒沸精餾過程的研究，包括以下幾個內(nèi)容：（1）夾帶劑的選擇恒沸精餾成敗的關(guān)鍵在于夾帶劑的選取，一個理想的夾帶劑應(yīng)該滿足：1） 必須至少與原溶液中一個組分、形成最低恒沸物，希望此恒沸物比原溶液中的任一組分的沸點或原來的恒沸點低10C以上。2） 在形成的恒沸物中，夾帶劑的含量應(yīng)盡可能少，以減少夾帶劑的用量，節(jié)省能耗。3） 回收容易，一方面希望形成的最低恒沸物是非均相恒沸物，可以減少分離恒沸物所需要的萃取操作等，另一方面，在溶劑回收塔中，應(yīng)該與其它物料有相當(dāng)大的揮發(fā)度差異。4） 應(yīng)具有較小的汽化潛熱，以節(jié)省能耗。5） 價廉、來源廣，無毒熱穩(wěn)定性好與腐蝕性小等。就工業(yè)乙醇制備無水乙醇，適用的夾帶劑有苯、正己烷環(huán)己烷，乙酸乙酯等。它們都能與水-乙醇形成多種恒沸物，而且其中的三元恒沸物在室溫下又可以分為兩相，一相富含夾帶劑，另一相中富含水，前者可以循環(huán)使用，后者又很容易分離出來，這樣使得整個分離過程大為簡化。下表給出了幾種常用的恒沸劑及其形成三元恒沸物的有關(guān)數(shù)據(jù)。表1.常壓下夾帶劑與水、乙醇形成三元恒沸物的數(shù)據(jù)組分各純組分沸點恒沸恒沸組成wt%123123溫度C123乙7180.64.818774.醇7< 苯8.30015.5.41乙乙酸7177.70.28.982.醇7<乙酯8.300134.06

乙醇7三氯78.310061.155.504.03.592.5<甲烷乙正己7168.56.011385.醇7<烷8.30070.9.002本實驗采用正己烷為恒沸劑制備無水乙醇。當(dāng)正己烷被加入乙醇-水系統(tǒng)以后可以形成四種恒沸物，一是乙醇-水-正己烷三者形成一個三元恒沸物，二是它們兩兩之間又可形成三個二元恒沸物。它們的恒沸物性質(zhì)如下表所示。表2.乙醇-水-正己烷三元系統(tǒng)恒沸物性質(zhì)物系恒沸點。C恒沸組成wt%在恒沸點分相液的相態(tài)乙醇水正己烷乙醇-水78.17495.574.43均相水-正己烷61.555.694.40非均相乙醇-正己烷58.6821.0278.98均相乙醇-水-正己烷56.0011.983.0085.02非均相(2)決定精餾區(qū)具有恒沸物系統(tǒng)的精餾進程與普通精餾不同，表現(xiàn)在精餾產(chǎn)物不僅與塔的分離能力有關(guān)，而且與進塔總組成落在哪個濃度區(qū)域有關(guān)。因為精餾塔中的溫度沿塔向上是逐板降低，不會出現(xiàn)極值點。只要塔的分離能力(回流比，塔板數(shù))足夠大，塔頂產(chǎn)物可為溫度曲線的最低點，塔底產(chǎn)物可為溫度曲線上的最高點。因此，當(dāng)溫度曲線在全濃度范圍內(nèi)出現(xiàn)極值點時，該點將成為精餾路線通過的障礙。于是，精餾產(chǎn)物按混合液的總組成分區(qū)，稱為精餾區(qū)。當(dāng)添加一定數(shù)量的正己烷于工業(yè)乙醇中蒸餾時，整個精餾過程可以用圖1加以說明。圖上A、B、W分別表示乙醇、正己烷和水的純物質(zhì)，C、D、E點分別代表三個二元恒沸物，T點為A-B-W三元恒沸物。曲線BNW為三元混合物在25^時的溶解度曲線。曲線以下為兩相共存區(qū)，以上為均相區(qū)，該曲線受溫度的影響而上下移動。圖中的三元恒沸物組成點T室溫下是處在兩相區(qū)內(nèi)。

以T點為中心，連接三種純物質(zhì)A、B、W和三個二元恒沸組成點C、D、E，則該三角形相圖被分成六個小三角形。當(dāng)塔頂混相回流(即回流液組成與塔頂上升蒸汽組成相同)時，如果原料液的組成落在某個小三角形內(nèi),那么間歇精餾的結(jié)果只能得到這個小三角形三個頂點所代表的物質(zhì)。為此要想得到無水乙醇，就應(yīng)保證原料液的總組成落在包含頂點A的小三角形內(nèi)。但由于乙醇-水的二元恒沸點與乙醇沸點相差極小，僅0.15°C，很難將兩者分開，而己醇一正己烷的恒沸點與乙醇的沸點相差19.62C,很容易將它們分開，所以只能將原料液的總組成配制在三角形的ATD內(nèi)。圖中F代表乙圖5 恒沸精餾原理圖圖5 恒沸精餾原理圖著FB線而變化，并將與~AT線相交于G點。這時，夾帶劑的加入量稱作理論恒沸劑用量，它是達到分離目的所需最少的夾帶劑用量。如果塔有足夠的分離能力，則間歇精餾時三元恒沸物從塔頂餾出(56C),釜液組成就沿著TA線向A點移動。但實際操作時，往往總將夾帶劑過量，以保證塔釜脫水完全。這樣，當(dāng)塔頂三元恒沸物T出完以后，是出沸點略高于它的二元恒沸物，最后塔釜得到無水乙醇，這就是間歇操作特有的效果。倘若將塔頂三元恒沸物(圖中T點，56C)冷凝后分成兩相。一相為油相富含正己烷，一相為水相，利用分層器將油相回流，這樣正已烷的用量可以低于理論夾帶劑的用量。分相回流也是實際生產(chǎn)中普遍采用的方法。它的突出優(yōu)點是夾帶劑用量少，夾帶劑提純的費用低。夾帶劑的加入方式：夾帶劑一般可隨原料一起加入精餾塔中，若夾帶劑的揮發(fā)度比較低，則應(yīng)在加料板的上部加入，若夾帶劑的揮發(fā)度比較高，則應(yīng)在加料板的下部加入。目的是保證全塔各板上均有足夠的夾帶劑濃度。恒沸精餾操作方式：恒沸精餾既可用于連續(xù)操作，又可用于間歇操作。夾帶劑用量的確定：夾帶劑理論用量的計算可利用三角形相圖按物料平衡式求解之。若原溶液的組成為F點，加入夾帶劑B以后，物系的總組成將沿F線向著B點方向移動。當(dāng)物系的總組成移到G點時，恰好能將水以三元恒沸物的形式帶出，以單位原料液F為基準(zhǔn)，對水作物料衡算，得DXD水=FXf水 D=FXf水/XD水夾帶劑B的理論用量為 B=D-X,DB式中；F---進料量；D一塔頂三元恒沸物量；B――夾帶劑理論用量；X--i組Fi分的原料組成；XDi.一塔頂恒沸物中i組成。C預(yù)習(xí)與思考恒沸精餾適用于什么物系？恒沸精餾對夾帶剖的選擇有哪些要求？夾帶劑的加料方式有哪些？目的是什么？恒沸精餾產(chǎn)物與哪些因素有關(guān)？用正己烷作為夾帶劑制備無水乙醇，那么在相圖上可分成幾個區(qū)？如何分？本實驗擬在哪個區(qū)操作？為什么？如何計算夾帶劑的加入量？需要采集哪些數(shù)據(jù)，才能作全塔的物料衡算？采用分相回流的操作方式，夾帶劑用量可否減少？提高乙醇產(chǎn)品的收率，應(yīng)采取什么措施？實驗精餾塔有哪幾部分組成？說明動手按裝的先后次序，理由是什么？設(shè)計原始數(shù)據(jù)記錄表。D實驗裝置與流程實驗所用的精餾柱為內(nèi)徑420mm的玻璃塔，塔內(nèi)分別裝有不銹鋼三角形填料，壓延孔環(huán)填料，填料層高1米。塔身采用真空夾套以便保溫。塔釜為1000ml的三口燒瓶，其中位于中間的一個口與塔身相連，側(cè)面的一口為測溫口，用于測量塔釜液相溫度，另一口作為取樣口。塔釜配有350w電熱碗，加熱并控制釜溫。經(jīng)加熱沸騰后的蒸汽通過填料層

到達塔頂，塔頂采用一特殊的冷凝頭，以滿足不同操作方式的需要。既可實現(xiàn)連續(xù)精餾操作，又可進行間歇精餾操作。塔頂冷凝液流入分相器后，分為兩相，上層為油相富含正已烷，下層富含水，油相通過溢流口，用考克控制回流量。實驗流程見圖6。E實驗步驟及方法稱取100克95%(wt)乙醇(以色譜分析數(shù)據(jù)為準(zhǔn))，按夾帶劑的理論用量算出正己烷的加入量。將配制好的原料加入塔釜中，開啟塔釜加熱電源及塔頂冷卻水。當(dāng)塔頂有冷凝液時，便要注圖6恒溫精餾裝置圖圖6恒溫精餾裝置圖每隔10分鐘記錄一次塔頂塔釜溫度，每隔20分鐘，取塔釜液相樣品分析，當(dāng)塔釜溫度升到80r時，若釜液純度達99.5%以上即可停止實驗。取出分相器中的富水層，稱重并進行分析，然后再取富含正己烷的油相分析其組成。(稱出塔釜產(chǎn)品的質(zhì)量)。切斷電源，關(guān)閉冷卻水，結(jié)束實驗。(實驗中各點的組成均采用氣相色譜分析法分析。)F實驗數(shù)據(jù)處理作間歇操作的全塔物料衡算，推算出塔頂三元恒沸物的組成;根據(jù)下表的數(shù)據(jù)，畫出25°C下，乙醇-水-正己烷三元系溶解度曲線，標(biāo)明恒沸物組成點，畫出加料線。計算本實驗過程的收率。注：圖6中：1-加熱鍋；2-進料口;3-填料；4-保溫管；5-溫度計；6-冷凝器；7-油水分離器；8-溫度計表3.水-乙醇-正己烷25°C液-液平衡數(shù)據(jù)水相％(mol)油相％(mol)水乙醇正己烷水乙醇正己烷69.42330.1110.4660.4741.29798.23040.22756.1573.6160.9216.48292.59726.64364.6128.7451.33612.54086.12419.80365.67814.5172.53920.51576.94613.28461.75922.9573.95930.33965.70212.87958.44428.6764.94035.80859.25311.73256.25832.0105.90838.98355.10911.27155.09133.6396.52940.84952.622G結(jié)果與討論將算出的三元恒沸物組成與文獻值比較，求出其相對誤差，并分析實驗過程產(chǎn)生誤差的原因。根據(jù)繪制相圖，對精餾過程作間要說明;討論本實驗過程對乙醇收率的影響。實驗六液膜分離法脫除廢水中的污染物A實驗?zāi)康恼莆找耗し蛛x技術(shù)的操作過程；了解兩種不同的液膜傳質(zhì)機理；用液膜分離技術(shù)脫除廢水中的污染物。B實驗原理液膜分離技術(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，可以分離濃度比較低的液相體系。此技術(shù)已在濕法冶金提取稀土金屬、石油化工、生物制品，三廢處理等領(lǐng)域得到應(yīng)用。液膜分離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第二種液體（接受相）然后將三相各自分開，實現(xiàn)料液中組分的分離。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須完全不互溶或溶解度很小。因此，根據(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。根據(jù)液膜的形狀，可分為乳狀液膜和支撐型液膜，本實驗為乳狀液膜分離醋酸-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水溶液作為接受相。這樣，先將液膜相與接受相（也稱內(nèi)相）在一定條件下乳化，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，外相中醋酸以一定的方式透過液膜向內(nèi)相遷移，并與內(nèi)相NaOH反應(yīng)生成NaAc而被保留在內(nèi)相，然后乳液與外相分離，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。為了制備穩(wěn)定的乳狀液膜，需要在膜中加入乳化劑，乳化劑的選擇可以根據(jù)親水親油平衡值（HLB）來決定，一般對于W/O型乳狀液，選擇HLB值為3-6的乳化劑。有時，為了提高液膜強度，也可在膜相中加入一些膜增強劑（一般粘度較高的液體）。溶質(zhì)透過液膜的遷移過程，可以根據(jù)膜相中是否加入流動載體而分為促進遷移I型或促進遷移II型傳質(zhì)。促進遷移I型傳質(zhì)，是利用液膜本身對溶質(zhì)有一定的溶解度，選擇性地傳遞溶質(zhì)（見圖1）。促進遷移II型傳質(zhì)，是在液膜中加入一定的流動載體（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)相擴散，至內(nèi)相界面處被內(nèi)相試劑解絡(luò)（反萃），解離出溶質(zhì)載體，溶質(zhì)進入內(nèi)相而載體則擴散至外相界面處再與溶質(zhì)絡(luò)合。這種形式，更大地提高了液膜的選擇性及應(yīng)用范圍（見圖2）。

料液(外相)液膜內(nèi)相HAc——HAc+NaOHt料液(外相)液膜內(nèi)相HAc—NaAc+HO2內(nèi)相圖2.促進遷移II型傳質(zhì)示意圖HAc+NaOH內(nèi)相圖2.促進遷移II型傳質(zhì)示意圖HAc+NaOHtNaAc+HO2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(dāng)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，然后擴散至內(nèi)相界面處，被內(nèi)相試劑反萃至內(nèi)相(接受相)。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。C預(yù)習(xí)與思考液膜分離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)別在何處?促進遷移I型傳質(zhì)較促進遷移I型傳質(zhì)有哪些優(yōu)勢?液膜分離中乳化劑的作用是什么？其選擇依據(jù)是什么？液膜分離操作主要有哪幾步？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)的分離效果?D實驗裝置與流程實驗裝置主要包括：可控硅直流調(diào)速攪拌器二套；標(biāo)準(zhǔn)攪拌釜兩只，小的為制乳時用，大的進行傳質(zhì)實驗；砂芯漏斗兩只，用于液膜的破乳。圖3.乳狀液膜分離過程示意圖圖3.乳狀液膜分離過程示意圖E實驗步驟及方法（1） 實驗步驟本實驗為乳狀液膜法脫除水溶液中的醋酸，首先需制備液膜。液膜組成已于實驗前配好，分別為以下兩種液膜：1） 液膜1#，組成：煤油95%，乳化劑E644，5%2） 液膜2#，組成：煤油90%，乳化劑E644，5%，TBP（載體），5%。內(nèi)相用2M的NaOH水溶液。采用HAc水溶液作為料液進行傳質(zhì)試驗，外相HAc的初始濃度在實驗時測定。具體步驟如下：在制乳攪拌釜中先加入液膜1#70ml，然后在1600rpm的轉(zhuǎn)速下滴加內(nèi)相NaOH水溶液70ml（約1分鐘加完），在此轉(zhuǎn)速下攪拌15分鐘，待成穩(wěn)定乳狀液后停止攪拌，待用。在傳質(zhì)釜中加入待處理的料液450ml，在約400rpm的攪拌速度下加入上述乳液90ml，進行傳質(zhì)實驗，在一定時間下取少量料液進行分析，測定外相^。濃度隨時間的變化（取樣時間為2、5、8、12、16、20、25分鐘），并作出外相HAc濃度與時間的關(guān)系曲線。待外相中所有HAc均進入內(nèi)相后，停止攪拌。放出釜中液體，洗凈待用。在傳質(zhì)釜中加入450ml料液，在攪拌下（與②同樣轉(zhuǎn)速）加入小釜中剩余的乳狀液（應(yīng)計量），重復(fù)步驟2。比較②，③的實驗結(jié)果，說明在不同處理比（料液（V）/乳液（V））下傳質(zhì)速率的差別，并分析其原因。用液膜2#膜相，重復(fù)上述步驟①-④。注意，兩次傳質(zhì)的乳液量應(yīng)分別與②、③步的用量相同。分析比較不同液膜組成的傳質(zhì)速率，并分析其原因。收集經(jīng)沉降澄清后的上層乳液，采用砂芯漏斗抽濾破乳，破乳得到的膜相返回至制乳工序，內(nèi)相NaAc進一步精制回收。（2） 分析方法：本實驗采用酸堿滴定法測定外相中的HAc濃度，以酚歐作為指示劑顯示滴定終點。F實驗數(shù)據(jù)處理⑴外相中HAc濃度ChacC= _VNaOHHAc VHAc

式中：CNaOH-標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液的濃度(M)；VNaOH-標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定ml數(shù)；VHAc-外相料液取樣量(ml)；(2)醋酸脫除率門=CoCtx100%0式中：C代表外相HAc濃度，下標(biāo)0,t,分別代表初始及瞬時值。實驗七二元系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的測定在化學(xué)工業(yè)中，蒸餾、吸收過程的工藝和設(shè)備設(shè)計都需要準(zhǔn)確的汽液平衡數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)對提供最佳化的操作條件，減少能源消耗和降低成本等，都具有重要的意義。盡管有許多體系的平衡數(shù)據(jù)可以從資料中找到，但這往往是在特定溫度和壓力下的數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展，以及新產(chǎn)品，新工藝的開發(fā)，許多物系的平衡數(shù)據(jù)還未經(jīng)前人測定過，這都需要通過實驗測定以滿足工程計算的需要。此外，在溶液理論研究中提出了各種各樣描述溶液內(nèi)部分子間相互作用的模型，準(zhǔn)確的平衡數(shù)據(jù)還是對這些模型的可靠性進行檢驗的重要依據(jù)。A實驗?zāi)康牧私夂驼莆沼秒p循環(huán)汽液平衡器測定二元汽液平衡數(shù)據(jù)的方法；了解締合系統(tǒng)汽-液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法，從實驗測得的T-P-X-Y數(shù)據(jù)計算各組分的活度系數(shù)；(3)學(xué)會二元汽液平衡相圖的繪制。蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線B實驗原理蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線以循環(huán)法測定汽液平衡數(shù)據(jù)的平衡器類型很多，但基本原理一致，如圖1所示，當(dāng)體系達到平衡時，a、b容器中的組成不隨時間而變化，這時從a和b兩容器中取樣分析，可得到一組汽液平衡實驗數(shù)據(jù)。C預(yù)習(xí)與思考圖1圖1循環(huán)法測定汽液平衡

數(shù)據(jù)的基本原理示意圖理想氣體看待？本實驗中氣液兩相達到平衡的判據(jù)是什么？設(shè)計用0.1NNaOH標(biāo)準(zhǔn)液測定汽液兩相組成的分析步驟、并推導(dǎo)平衡組成計算式。如何計算醋酸-水二元系的活度系數(shù)？為什么要對平衡溫度作壓力校正？本實驗裝置如何防止汽液平衡釜閃蒸、精餾現(xiàn)象發(fā)生？如何防止暴沸現(xiàn)象發(fā)生？D實驗裝置本實驗采用改進的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。改進的Ellis蒸餾器測定汽液平衡數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，操作也較簡便，但僅適用于液相和氣相冷凝液都是均相的系統(tǒng)。溫度測量用分度為0.1°C的水銀溫度計。在本實驗裝置的平衡釜加熱部分的下方，有一個磁力攪拌器，電加熱時用以攪拌液體。在平衡釜蛇管處的外層與汽相溫度計插入部分的外層設(shè)有上下兩部分電熱絲保溫。另還有一個電子控制裝置，用以調(diào)節(jié)加熱電壓及上下兩組電熱絲保溫的加熱電壓。分析測試汽液相組成時，用化學(xué)滴定法。每一實驗組配有2個取樣瓶，2個1ML的針筒及配套的針頭，配有1個堿式滴定管及1架分析天平。實驗室中有大氣壓力測定儀。E實驗步驟及方法：加料：從加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。加熱：接通加熱電源，調(diào)節(jié)加熱電壓約在150?200V左右，開啟磁力攪拌器，調(diào)節(jié)合適的攪拌速度。緩慢升溫加熱至釜液沸騰時，分別接通上、下保溫電源，其電壓調(diào)節(jié)在(10?15)V左右。溫控：溶液沸騰，汽相冷凝液出現(xiàn)，直到冷凝回流。起初，平衡溫度計讀數(shù)不斷

651143131412圖2改進的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器蒸餾釜；2-加熱夾套內(nèi)插電熱絲；3-蛇管；651143131412圖2改進的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器蒸餾釜；2-加熱夾套內(nèi)插電熱絲；3-蛇管；4-液體取樣口；5-進料口;6-測定平衡溫度的溫度計；7-測定