化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)全解

1、實(shí)驗(yàn)一二元?dú)庖浩胶鈹?shù)據(jù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解和掌握用雙循環(huán)汽液平衡器測(cè)定二元系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的方法。 2通過實(shí)驗(yàn)了解平衡釜的構(gòu)造，掌握汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定方法和技能。3 掌握二元系統(tǒng)平衡相圖的繪制。二. 設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)（一）平衡釜（如圖一所示）（二）物系（乙醇一正丙醇）1. 純度：分析純乙醇沸點(diǎn)：78.3 C ;正丙醇沸點(diǎn)：97.2 C .2. 折光指數(shù)與溶液濃度的關(guān)系見表1。表1 溫度一折光指數(shù)一液相組成之間的關(guān)系00.050520.099850.19740.29500.39770.49700.599025 C1.38271.38151.37971.37701.37501.37301.37

2、051.368030 C1.38091.37961.37841.37591.37551.37121.36901.366835 C1.37901.37751.37621.37401.37191.36921.36701.3650（續(xù)表1）0.64450.71010.79830.84420.90640.95091.00025 C1.36071.36581.36401.36281.36181.36061.358930 C1.36571.36401.36201.36071.35931.35841.357435 C1.36341.36201.36001.35901.35731.36531.3551對(duì)30&

3、#176;C下質(zhì)量分率與阿貝折光儀讀數(shù)之間關(guān)系也可按下列回歸式計(jì)算W= 58.844116 42.61325 X m其中W為乙醇的質(zhì)量分率；n d為折光儀讀數(shù)（折光指數(shù)）. 由質(zhì)量分率求摩爾分率（Xa）:乙醇分子量M a= 46;正丙醇分子量M b= 60（WAMa）(Wa1(Wa)(Ma)M B三. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基本情況實(shí)驗(yàn)設(shè)備流程示意圖：見圖一所示.四. 實(shí)驗(yàn)方法及步驟1. 將與阿貝折光儀配套的超級(jí)恒溫水浴（用戶自備）調(diào)整運(yùn)行到所需的溫度， 并記下這個(gè)溫度（例如30C）.2. 測(cè)溫管內(nèi)倒入甘油，將標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)插入套管中。3. 配制一定濃度（體積濃度10%左右）的乙醇一正丙醇混合液（總?cè)萘?0毫

4、 升）,然后倒入平衡釜中。4. 打開冷凝器冷卻水，接通電源緩慢加熱，冷凝回流液控制在每秒2-3滴。穩(wěn)定回流20分鐘，以建立平衡狀態(tài)。5. 達(dá)到平衡時(shí)停止加熱，用微量注射器分別取兩相樣品用阿貝折光儀分析其 組成。6. 從釜中取出6毫升液體后，在補(bǔ)充6毫升的乙醇溶液，重新建立平衡。7. 所加溶液視上一次的平衡溫度定，以免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布不均。8. 檢查數(shù)據(jù)合理后，停止加料并將將加熱電壓調(diào)為零。停止加熱后10分鐘, 關(guān)閉冷卻水，一切復(fù)原。五使用本實(shí)驗(yàn)設(shè)備應(yīng)注意事項(xiàng)1. 本實(shí)驗(yàn)過程中要特別注意安全，實(shí)驗(yàn)所用物系是易燃物品，操作過程中避 免灑落以免發(fā)生危險(xiǎn)。2. 本實(shí)驗(yàn)設(shè)備加熱功率由電位器來調(diào)解，固在加熱

5、時(shí)應(yīng)注意加熱千萬別過快 以免發(fā)生爆沸（過冷沸騰）,使液體從平衡釜沖出，若遇此現(xiàn)象應(yīng)立即斷電。3. 開車時(shí)先開冷卻水，再向平衡釜供熱；停車時(shí)則反之。4 .測(cè)濃度用折光儀.讀取折光指數(shù)，一定要同時(shí)記其測(cè)量溫度,?并按給定的折 光指數(shù)一質(zhì)量百分濃度一測(cè)量溫度關(guān)系（見表1）測(cè)定有關(guān)數(shù)據(jù)，（折光儀和恒溫 水浴由用戶自購(gòu)，使用方法見其說明書）。六.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算過程及結(jié)果（1）以第二組為例：氣相折光指數(shù) 九=1.3759，液相折光指數(shù)n°= 1.3779 平衡溫度92.4 C氣相乙醇的質(zhì)量分率W= 58.844116 42.61325 X九=58.844116 42.61325 X 1.3759

6、=0.212氣相乙醇的摩爾分率(0.212(°212 46).(1-0.212)46)60= 0.260液相乙醇的質(zhì)量分率W= 58.844116 42.61325 X %=58.844116 42.61325 X 1.3779 =0.127液相乙醇的摩爾分率("J（0J2746）（1-0.127)60= 0.1 5 9根據(jù)以上數(shù)據(jù)可以繪出（t-x-y ）平衡曲線（見圖三）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表見表2表2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表序號(hào)123456平衡溫度C97.39390.388.0886.4185.11液相折光指數(shù)1.38091.37791.37521.37291.37181.3692氣相折光指數(shù)

7、1.38091.37591.37291.37021.36871.3659液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0000.1270.2420.3400.3870.498氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0000.2130.3400.4550.5190.639液相摩爾分?jǐn)?shù)0.0000.1600.2940.4020.4520.564氣相摩爾分?jǐn)?shù)0.0000.2600.4020.5220.5850.697序號(hào)78910111213平衡溫度c84.182.782.581.981.280.778.3液相折光指數(shù)1.36711.3661.36411.36381.36191.36111.3574氣相折光指數(shù)1.36491.36291.36211.3

8、6141.361.361.3574液相質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5880.6340.7150.7280.8090.8431.001氣相質(zhì)里分?jǐn)?shù)0.6810.7670.8010.8300.8900.8901.001液相摩爾分?jǐn)?shù)0.6500.6940.7660.7770.8460.8751.001氣相摩爾分?jǐn)?shù)0.7360.8110.8400.8650.9130.9141.001圖二、t-x-y 圖loo1.000圖三、x-y曲線圖n0.90010.800Z0.700/0.600Z/y0.5000.4000 300/0 200/0.100£0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.

9、6000.7000.8000.9001.000實(shí)驗(yàn)二多釜串聯(lián)返混性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)在連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)進(jìn)行的程度除了與反應(yīng)系統(tǒng) 本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與反應(yīng)物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)短有密切關(guān)系。 停留時(shí)間越長(zhǎng)，則反應(yīng)越完全。停留時(shí)間通常是指從流體進(jìn)入反應(yīng)器時(shí)開始， 到其離開反應(yīng)器為止的這一段時(shí)間。顯然對(duì)流動(dòng)反應(yīng)器而言，停留時(shí)間不象 間歇反應(yīng)器那樣是同一個(gè)值，而是存在著一個(gè)停留時(shí)間分布。造成這一現(xiàn)象 的主要原因是流體在反應(yīng)器內(nèi)流速分布的不均勻，流體的擴(kuò)散，以及反應(yīng)器 內(nèi)的死區(qū)等。停留時(shí)間分布的測(cè)定不僅廣泛應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)工程及化工分離過程，而且應(yīng)用于涉及流動(dòng)過程的其它領(lǐng)域。 它也是反應(yīng)

10、器設(shè)計(jì)和實(shí)際操作所必不可少的 理論依據(jù)。(一) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)了解停留時(shí)間分布測(cè)定的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。2掌握停留時(shí)間分布的統(tǒng)計(jì)特征值的計(jì)算方法。3學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器的串聯(lián)模型來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。(二) 實(shí)驗(yàn)原理停留時(shí)間分布測(cè)定所采用的方法主要是示蹤響應(yīng)法。它的基本思路是：在 反應(yīng)器入口以一定的方式加入示蹤劑， 然后通過測(cè)量反應(yīng)器出口處示蹤劑濃度 的變化，間接地描述反應(yīng)器內(nèi)流體的停留時(shí)間。常用的示蹤劑加入方式有脈沖 輸入、階躍輸入和周期輸入等。本實(shí)驗(yàn)選用的是脈沖輸入法。脈沖輸入法是在極短的時(shí)間內(nèi)，將示蹤劑從系統(tǒng)的入口處注入注流體，在不影 響主流體原有流動(dòng)特性的情況下隨之進(jìn)入反應(yīng)器。與此

11、同時(shí)，在反應(yīng)器出口檢 測(cè)示蹤劑濃度c(t)隨時(shí)間的變化。整個(gè)過程可以用圖1形象地描述。CO(t)圖1脈沖法測(cè)停留時(shí)闔分布由概率論知識(shí)可知，概率分布密度函數(shù) E(t )就是系統(tǒng)的停留時(shí)間分布密度函數(shù)。因此，E(t)dt就代表了流體粒子在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間介于t到t+dt之間的概率。在反應(yīng)器出口處測(cè)得的示蹤劑濃度 c(t)與時(shí)間t的關(guān)系曲線叫響應(yīng)曲線。由 響應(yīng)曲線就可以計(jì)算出E (t)與時(shí)間t的關(guān)系，并繪出E (t)t關(guān)系曲線。 計(jì)算方法是對(duì)反應(yīng)器作示蹤劑的物料衡算，即Qc(t)dt=mE(t)dt(1)式中Q表示主流體的流量，m為示蹤劑的加入量。示蹤劑的加入量可以用下式 計(jì)算在Q值不變的情況下，由

12、(1)式和(2)式求出：E( 1)= J(3)0-c(t)dt關(guān)于停留時(shí)間分布的另一個(gè)統(tǒng)計(jì)函數(shù)是停留時(shí)間分布函數(shù) F(t),即F( t ) = °： E(t)dt(4)用停留時(shí)間分布密度函數(shù)E (t)和停留時(shí)間分布函數(shù)F (t )來描述系統(tǒng)的停留時(shí)間，給出了很好的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。但是為了比較不同停留時(shí)間分 布之間的差異，還需要引入另外兩個(gè)統(tǒng)計(jì)特征值，即數(shù)學(xué)期望和方差。數(shù)學(xué)期望對(duì)停留時(shí)間分布而言就是平均停留時(shí)間t,即-n'tE(t)dt:0 tE(t)dt(5)'E(t)dt 0方差是和理想反應(yīng)器模型關(guān)系密切的參數(shù)。它的定義是：2 ：】2 2G2 二 0 t2E(t)dt

13、 -t2(6)對(duì)活塞流反應(yīng)器ct2 = 0 ;而對(duì)全混流反應(yīng)器 門2二己；對(duì)介于上述兩種理 想反應(yīng)器之間的非理想反應(yīng)器可以用多釜串聯(lián)模型描述。多釜串聯(lián)模型中的模型參數(shù)N可以由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得到的ct2來計(jì)算。N=當(dāng)N為整數(shù)時(shí)，代表該非理想流動(dòng)反應(yīng)器可以用 N個(gè)等體積的全混流反應(yīng) 器的串聯(lián)來建立模型。當(dāng)N為非整數(shù)時(shí)，可以用四舍五入的方法近似處理，也 可以用不等體積的全混流反應(yīng)器串聯(lián)模型。、技術(shù)指標(biāo)及流程示意圖1-水箱； 2-水泵； 3-轉(zhuǎn)子流量計(jì)； 4，5-KCL 的進(jìn)樣口罐；6,7-進(jìn)水閥； 8-攪拌電機(jī)； 9-釜式反應(yīng)器； 10-溢流口； ,.11-電導(dǎo)電極；多釜式反應(yīng)器 直徑110mm高12

14、0mm有機(jī)玻璃制成，3個(gè)。單釜式反應(yīng)器 直徑160mm高120mm有機(jī)玻璃制成，1個(gè)。攪拌馬達(dá)25W轉(zhuǎn)數(shù)90- 1400轉(zhuǎn)/分，無級(jí)變速調(diào)節(jié)液體( 水) 流量 10-100 升/時(shí)。四、操作步驟1 、準(zhǔn)備工作( 1 )配好飽和 KCL 液體待用。(2) 連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。(3) 檢查電極導(dǎo)線連接是否正確。2、操作(1) 打開總電源開關(guān)，開啟入水閥門，向水槽內(nèi)注水，啟動(dòng)水泵，慢慢打開 進(jìn)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門 (注意 !初次通水必須排凈管路中的所有氣泡，特別是死 角處 )。調(diào)節(jié)水流量維持在 20-30 升/時(shí)之間某值，直至各釜充滿水，并能正常 地從最后一級(jí)流出。(2) 分

15、別開啟釜 1、釜 2、釜 3、釜 4 攪拌馬達(dá)開關(guān)，后再調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的旋鈕，使四釜攪拌程度在 200 轉(zhuǎn)-250轉(zhuǎn)。開啟電導(dǎo)儀總開關(guān)，按電導(dǎo)率儀使用 說明書分別調(diào)節(jié)“調(diào)零” 、調(diào)溫度和電極常數(shù)等。調(diào)整完畢，備用。(電導(dǎo)儀的使用方法見該儀器使用說明書 )(3) 開啟計(jì)算機(jī)電源，按計(jì)算機(jī)提示要求操作。(4) 按下開始實(shí)驗(yàn)鍵后， 看顯示圖上有顯示點(diǎn)后將 KCL 液體用注射器注入 反應(yīng)器中。實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間可以根據(jù)圖形變換而定，及圖象由最高點(diǎn)恢復(fù)到與出 始點(diǎn)向近 20 秒后即可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。(5) 待測(cè)試結(jié)束，按下“結(jié)束”按鈕后，按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕保存數(shù)據(jù) 文件。3、停車(1) 實(shí)驗(yàn)完畢，將三個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)水

16、發(fā)全開，連續(xù)進(jìn)清水沖洗管路。反復(fù)三、 四次(2) 關(guān)閉各水閥門。電源開關(guān)，打開釜底排水閥，將水排空。(3) 退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)三釜/管式反應(yīng)器返混測(cè)定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)會(huì)用理想反應(yīng)器的模型來描述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的流動(dòng)特性。 2掌握釜/管式反應(yīng)器的返混特點(diǎn)和測(cè)定方法。1、設(shè)備的主要技術(shù)數(shù)據(jù)單釜式反應(yīng)器 直徑160mm高120mm有機(jī)玻璃制成，1個(gè)。管式反應(yīng)器直徑50mm高400mm有機(jī)玻璃制成，內(nèi)裝直徑1mn玻璃球2個(gè)攪拌馬達(dá)25W轉(zhuǎn)數(shù)90- 1400轉(zhuǎn)/分，無級(jí)變速調(diào)節(jié)液體(水)流量16-160 升/時(shí)。離心泵WB50/37三、實(shí)驗(yàn)原理在連續(xù)流動(dòng)的反應(yīng)器內(nèi)，不同停留時(shí)間的物料之間的混合稱

17、為返混。 返混程 度的大小，一般很難直接測(cè)定，通常是利用物料停留時(shí)間分布的測(cè)定來研究。停留時(shí)間分布的測(cè)定方法有脈沖法、 階躍法等，常用的是脈沖法。當(dāng)系統(tǒng)達(dá) 到穩(wěn)定后，在系統(tǒng)的入口處瞬間注入一定量的示蹤物料，同時(shí)開始在出口流體中檢測(cè)示蹤物料的濃度變化。由停留時(shí)間分布密度函數(shù)的物理含義，可知E(t) =c (t)0c( t)dt由此可知E(t)與示蹤劑濃度c(t)成正比。因此，本實(shí)驗(yàn)中用水作為連續(xù)流動(dòng)的 物料，以飽和KCI作示蹤劑，在反應(yīng)器出口處檢測(cè)溶液電導(dǎo)值。在一定范圍內(nèi)， KCI濃度與電導(dǎo)值成正比，則可用電導(dǎo)值來表達(dá)物料的停留時(shí)間變化。停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)在概率論中有兩個(gè)特征值，平均停

18、留時(shí)間(數(shù)學(xué)期望)t和方差二t2。t的表達(dá)式為:Ct2的表達(dá)式為:若采用無因次時(shí)間t=cOtc(t)dt00c(t)dt(1)(2)二 2t2c ( t ) d 0O0t(t)2可得無因次平均停留時(shí)間 .2 二和無因次方差二12_t2(3)在測(cè)定了一個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間分布后，如何評(píng)價(jià)其返混程度，則需要反應(yīng)器 模型來描述。這里我們采用的是軸向混合模型。軸向混合模型是一種適合于返混程度較小的非理想流動(dòng)的流動(dòng)模型，它是在平推流的基礎(chǔ)上再迭加一個(gè)軸向混合的校正。即：:c:tDa；：2cTZ2(4)如寫成無因次形式,c利用c= 丁,c0DauL21 c;c)7rPe :z2:z(5)式中Pe=uLDa,稱

19、為Peclet準(zhǔn)數(shù)，其物理意義是軸向?qū)α髁鲃?dòng)與軸向擴(kuò)散流動(dòng)的相對(duì)大小，反映了返混程度當(dāng)Pe > 0時(shí)，對(duì)流傳遞速率較之?dāng)U散傳遞速率要慢得多，此屬于全混流情況。反之，當(dāng)Pe時(shí)，即Da = 0，這就變?yōu)榛钊髑闆r。由此可見，Pe越大，返混程度越小。Pe也就是軸向擴(kuò)散模型的模型參數(shù)2Pe與方差二之間的關(guān)系:2Pe二(lbPe)Pe2(6)因次只要測(cè)得系統(tǒng)的停留時(shí)間分布 E (t)，則可求出該分布的方差，利用式(6) 即可求出模型參數(shù)Peo四、實(shí)驗(yàn)裝置1-水箱；2-水泵；3-轉(zhuǎn)子流量計(jì)；4-的進(jìn)樣口罐；5,6,7-進(jìn)水閥；8-攪拌電機(jī)；9-溢流口； 10-釜式反應(yīng)器；11-電導(dǎo)電極；12,13-

20、溢流口； 14-放水口； 15-固定 床；16-流化床；五、實(shí)驗(yàn)方法1、準(zhǔn)備工作(1) 配好飽和KCL液體待用。(2) 連接好入水管線，打開自來水閥門，使管路充滿水。注；管式反應(yīng)器因管中裝有填充物，加水時(shí)須小水量，并切趕盡填充物間的氣泡，不然會(huì)影響實(shí)驗(yàn)。(3) 檢查電極導(dǎo)線連接是否正確。2、操作(1) 打開總電源開關(guān)，啟動(dòng)水泵，慢慢打開進(jìn)水轉(zhuǎn)子流量計(jì)的閥門 (注意 !初 次通水必須排凈管路中的所有氣泡，特別是死角處 )。調(diào)節(jié)水流量維持在 20-30 升/時(shí)之間某值， 直至釜式反映器與管式反應(yīng)器中充滿水， 并能正常地從溢流口 處流出。(2) 開啟釜式反應(yīng)器攪拌馬達(dá)開關(guān)， 后再調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速的旋鈕，

21、 使四釜攪拌 程度在 200轉(zhuǎn)-250 轉(zhuǎn)。開啟電導(dǎo)儀總開關(guān)，按電導(dǎo)率儀使用說明書分別調(diào)節(jié) “調(diào) 零”、調(diào)溫度和電極常數(shù)等。調(diào)整完畢，備用。 (電導(dǎo)儀的使用方法見該儀器使 用說明書 )(3) 開啟計(jì)算機(jī)電源，按計(jì)算機(jī)提示要求操作。(4) 按下開始實(shí)驗(yàn)鍵后，看顯示圖上有顯示點(diǎn)后將 KCL 液體用注射器注入 反應(yīng)器中。實(shí)驗(yàn)所需時(shí)間可以根據(jù)圖形變換而定，及圖象由最高點(diǎn)恢復(fù)到與出 始點(diǎn)向近 20 秒后即可結(jié)束實(shí)驗(yàn)。(5) 待測(cè)試結(jié)束，按下“結(jié)束”按鈕后，按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕保存數(shù)據(jù)文 件。3、停車(1) 實(shí)驗(yàn)完畢，將三個(gè)反應(yīng)器的進(jìn)水發(fā)全開，連續(xù)進(jìn)清水沖洗管路。反復(fù)三、四 次。(2) 關(guān)閉各水閥門。電源

22、開關(guān)，打開釜底排水閥，將水排空。(3) 退出實(shí)驗(yàn)程序，關(guān)閉計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)四乙醇?xì)庀嗝撍埔蚁┓磻?yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)描述了化學(xué)反應(yīng)速度與各種因素（如濃度、溫度、壓力、催化劑 等）之間的定量關(guān)系。動(dòng)力學(xué)在反應(yīng)過程開發(fā)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)過程中起著重要的作 用。它也是反應(yīng)工程學(xué)科的重要組成部分。在實(shí)驗(yàn)室中，乙醇脫水是制備純凈乙烯的最簡(jiǎn)單方法。常用的催化劑有：濃硫酸 液相反應(yīng)，反應(yīng)溫度約170C。三氧化二鋁 氣-固相反應(yīng)，反應(yīng)溫度約360C。分子篩催化劑氣-固相反應(yīng)，反應(yīng)溫度約為300C。（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 鞏固所學(xué)有關(guān)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)。2. 掌握獲得反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的手段和方法。3. 學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，

23、并能根據(jù)動(dòng)力學(xué)方程求出相關(guān)的動(dòng)力學(xué)參數(shù) 值。4. 熟悉內(nèi)循環(huán)式無梯度反應(yīng)器的特點(diǎn)及其它有關(guān)設(shè)備的使用方法，提高實(shí)驗(yàn)技能。（二）實(shí)驗(yàn)原理乙醇脫水屬于平行反應(yīng)。既可以進(jìn)行分子內(nèi)脫水生成乙烯，又可以進(jìn)行分于 間脫水生成乙醚。一般而言，較高的溫度有利于生成乙烯，而較低的溫度有利于 生成乙醚。因此，對(duì)于乙醇脫水這樣一個(gè)復(fù)合反應(yīng)，隨著反應(yīng)條件的變化，脫水 過程的機(jī)理也會(huì)有所不同。借鑒前人在這方面所做的工作，將乙醇在催化劑作用 下的脫水過程描述成:圖1無梯度反應(yīng)器示意圖2C2H 50H > C2H5OC2H5 C2H5OH > C2H4 h2o氣固反應(yīng)過程的實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器可分為積分反 應(yīng)器、微分反

24、應(yīng)器以及無梯度反應(yīng)器。其中，尤以 內(nèi)循環(huán)無梯度反應(yīng)器最為常見，這種反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊 湊，容易達(dá)到足夠的循環(huán)量和維持等溫條件， 因而 得到了較快的發(fā)展。圖示為實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器，是一種催化劑定而不動(dòng)的內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器，采用渦輪攪拌器，造成反應(yīng)氣體在反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)流動(dòng)。 如反 應(yīng)器進(jìn)口引入流量為Vo的原料氣，濃度為Cao，出口流量為V，濃度為Cat的反 應(yīng)氣。當(dāng)反應(yīng)為等摩爾反應(yīng)時(shí) V° = V;當(dāng)反應(yīng)為變摩爾反應(yīng)時(shí)，V可由具體反應(yīng) 式的物料衡算式推導(dǎo)，也可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。設(shè)反應(yīng)器進(jìn)口處原料氣與循環(huán)氣剛混 合時(shí)，濃度為CAi，循環(huán)氣流量為Vc,則有：V0CA0 VcCAf = V0 Vc CAi令循環(huán)比R

25、c=Vc/V o，得到cA01RccAf當(dāng)Rc很大時(shí)，CAi、CAf，此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)濃度處處相等，達(dá)到了濃度無梯度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，當(dāng)Rc>25后，反應(yīng)器性能便相當(dāng)于一個(gè)理想混合反應(yīng)器，它的反V0 cA0 cAfW應(yīng)速率可以簡(jiǎn)單求得：V0 cA0 - cAf rA 二Vr以單位質(zhì)量催化劑計(jì)算的反應(yīng)速率因而，只要測(cè)得原料氣流量與反應(yīng)氣體進(jìn)出口濃度， 便可得到某一條件下的 宏觀反應(yīng)速率值。進(jìn)一步按一定的設(shè)計(jì)方法規(guī)劃實(shí)驗(yàn)條件，改變溫度和濃度進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)和曲線擬合，便可獲得宏觀動(dòng)力學(xué)方程。（三）裝置、流程及試劑1. 裝置本實(shí)驗(yàn)裝置由三部分構(gòu)成。第一部分是計(jì)量進(jìn)料泵、氮?dú)怃撈拷M成

26、的進(jìn)料系統(tǒng)。第二部分是反應(yīng)系統(tǒng)。它是由一臺(tái)內(nèi)循環(huán)式無梯度反應(yīng)器、溫度控制器和顯 示儀表組成。第三部分是取樣和分析系統(tǒng)。包括取樣口和產(chǎn)品收提器。整套實(shí)驗(yàn)裝置安裝在一起，操作方便。2. 流程PI02指針壓力表0FIPI0201轉(zhuǎn)子流量計(jì)指針壓力表質(zhì)量流量計(jì)TIC01預(yù)熱器反應(yīng)器丄TIC冷凝器皂膜流量計(jì)RIC-01-過濾器 FC01"取樣口進(jìn)料泵氣液分離器|儲(chǔ)料罐圖2實(shí)驗(yàn)流程圖3.試劑和摧化劑：無水乙醉，優(yōu)級(jí)純；催化劑:Al 2O3（四）實(shí)驗(yàn)步驟開始實(shí)驗(yàn)前，需熟悉流程中所有設(shè)備、儀器、儀表的性能及使用方法，然后 才可按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1. 打開He氣鋼瓶調(diào)整色譜儀的柱前壓力至 0.05M

27、Pa。確認(rèn)色譜檢測(cè)器有載 氣通過后啟動(dòng)色譜儀。調(diào)整柱溫到 90C，檢測(cè)室到140C，待溫度穩(wěn)定后，打開 熱導(dǎo)池-微電流放大器的開關(guān)，并調(diào)整橋電流至 150mA。2. 打開稀釋氣體（氮?dú)猓p壓閥，調(diào)節(jié)壓力至適當(dāng)值（0.2-0.5 MPa），調(diào)節(jié) 稀釋氣體質(zhì)量流量計(jì)到某一值，向反應(yīng)器內(nèi)通入氣體；在打開攪拌電機(jī)的開關(guān)， 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速到某一值（50-100r/min，電機(jī)調(diào)速過程一定要平穩(wěn)進(jìn)行， 切不可驟然增 加，否則實(shí)驗(yàn)設(shè)備會(huì)劇烈震動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備）。3. 打開反應(yīng)器溫度控制器的電源開關(guān)使反應(yīng)器加熱升溫。同時(shí)向反應(yīng)器的 冷卻水夾套中通入冷卻水，待預(yù)熱爐及反應(yīng)爐溫度達(dá)到設(shè)定值后可以進(jìn)行反應(yīng)。4. 打開

28、計(jì)量進(jìn)料泵，以小流量（11/h）向反應(yīng)器內(nèi)通入原料乙醇。計(jì)量泵流 量計(jì)算：讀數(shù)/155. 待所有條件穩(wěn)定后，用取樣針在取樣口處取樣分析，并記錄色譜處理器 打印出的峰面積值。6. 在300400C之間選擇三到四個(gè)溫度，測(cè)出不同條件下的數(shù)據(jù)。7關(guān)閉反應(yīng)爐、預(yù)熱爐溫度，計(jì)量泵，繼續(xù)同入0.5h氮?dú)夂箨P(guān)電機(jī)實(shí)驗(yàn)選用Q柱，氣相色譜的工藝參數(shù)為：柱溫氣化檢測(cè)器熱絲載氣壓力90 r140C140C150C0.1MPa(五)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)將有用的數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄下來表1實(shí)驗(yàn)記錄及結(jié)果序號(hào)反應(yīng)溫度(C)乙醇進(jìn)料量(mL/h )產(chǎn)物組成(mol %)乙醇濃度乙醇轉(zhuǎn)化率乙烯收率反應(yīng)速率反應(yīng)速率常數(shù)乙烯水

29、乙醇乙醚1 產(chǎn)物組成的計(jì)算產(chǎn)物中各組分的摩爾分率可以按下式求出： !( n _Xj =AUfj/ 遲 A_fi/ lim丿式中，Xi尾氣中組分i的摩爾分率Ai組分i的色譜峰峰面積值fi 組分i在熱導(dǎo)池檢測(cè)器上的矯正因子，具體參數(shù)見下表n尾氣中所含的組分?jǐn)?shù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果求出乙烯的生成速率。然后按一級(jí)反應(yīng)求出生成乙烯這一反應(yīng) 步驟的速率常數(shù)和活化能計(jì)算說明:乙烯的生成速率2.08 X乙烯的峰面積X氮?dú)獾牧髁縢2.38氮?dú)獾姆迕娣e催化劑用量（g）（m01 / ）反應(yīng)器內(nèi)乙醇的濃度：CA PA（mol/L）RT式中pA為乙醇的分壓；反應(yīng)的總壓力由數(shù)字壓力表讀出?？梢詫⒎磻?yīng)器內(nèi)的混 合氣視為理想氣體。生成

30、乙烯反應(yīng)步驟地速率常數(shù)k可通過下式求出:表2熱導(dǎo)池檢測(cè)器上的fi （載氣H2）出峰順序i組分ifi1乙烯2.082水3.033乙醇1.6064乙醚0.91實(shí)驗(yàn)五氣固催化反應(yīng)常壓固定床（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解測(cè)定氣一固催化反應(yīng)速度的實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理。2. 了解測(cè)定氣一固催化反應(yīng)擴(kuò)散系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)處理3. 了解氣一固催化反應(yīng)的工藝過程和操作及工藝參數(shù)對(duì)反應(yīng)的影響并優(yōu)化 參數(shù)。（二）實(shí)驗(yàn)原理聚氯乙烯（Poly Vinyl Chloride,簡(jiǎn)稱PVC）是五大通用合成樹脂之一，是一種合成的熱塑性樹脂，具有電絕緣性、阻燃燒性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)、 建筑、電子、電器、生活日用品等各個(gè)領(lǐng)域。在

31、我國(guó)，電石乙炔法較長(zhǎng)一段時(shí)間 內(nèi)仍將是PVC原材料生產(chǎn)的主要路線甚至有一直延續(xù)但是嚴(yán)重的環(huán)境污染已經(jīng) 成為制約電石法的生存與發(fā)展的瓶頸，2004年用于電石法生產(chǎn)PVC樹脂的耗汞量 達(dá)到 43000t。-HgCI 2/CHC 二 CH + HCI 2H2C 二 CHCI本實(shí)驗(yàn)采用非汞催化劑來制備氯乙烯，從源頭消除汞的污染，本實(shí)驗(yàn)乙炔 和氯化氫比例采用1: 1.21: 1.5。（三）流程、儀器和試劑1. 實(shí)驗(yàn)流程2. 儀器(1 )溫度控制系統(tǒng)：AI708宇電溫度控制顯示儀(2) 溫度測(cè)量與顯示系統(tǒng)：數(shù)字顯示溫度測(cè)定儀、K型熱電偶(3) 氣體配制系統(tǒng)：氣體質(zhì)量流量計(jì)。3試劑乙炔、氯化氫、氮?dú)?鋼瓶?jī)?chǔ)

32、存)(四) 實(shí)驗(yàn)步驟1. 熟悉實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)裝置通電，質(zhì)量流量計(jì)預(yù)熱；2. 將氮?dú)怃撈繙p壓閥調(diào)至O.IMPa,將進(jìn)氣減壓閥調(diào)至O.IMPa,將進(jìn)氣質(zhì)量 流量計(jì)調(diào)節(jié)至50 mL/min，系統(tǒng)通入氮?dú)?，用皂膜流量?jì)校正流量；3. 打開反應(yīng)爐開關(guān)，將反應(yīng)器溫度控制在 250E反應(yīng)爐溫度270C；4. 待反應(yīng)溫度升到設(shè)定值后，調(diào)節(jié)氯化氫鋼瓶減壓閥至0.1MPa,將進(jìn)氣質(zhì) 量流量計(jì)調(diào)節(jié)至設(shè)定值 75 mL/min ;5. 氯化氫通入15min后，通入乙炔開始反應(yīng)；6. 反應(yīng)后每15 min,從取樣口取樣進(jìn)行分析；7. 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉加熱爐開關(guān)，先關(guān)閉氯化氫進(jìn)氣，10 min后再關(guān)閉乙炔進(jìn)氣。實(shí)驗(yàn)選用GD

33、X-03柱，氣相色譜的工藝參數(shù)為：表1相關(guān)氣體的出峰順序及校正因子出峰順序物質(zhì)名稱校正因子1乙炔12氯乙烯1.547柱溫氣化檢測(cè)器載氣壓力載氣流量空氣流量氫氣流量（五）數(shù)據(jù)處理0.4MPa40ml/min0.4MPa0.4MPa根據(jù)測(cè)定的數(shù)據(jù)按下述公式計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率:乙炔轉(zhuǎn)化率xch二Fc2H3ci 1-547 11心00%FC2H 2 1FC2H3CI1.547由于質(zhì)量流量計(jì)是用氮?dú)鈽?biāo)定的，因此要乘一轉(zhuǎn)換系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中乙炔和氯 化氫流量需要轉(zhuǎn)換，乙炔的轉(zhuǎn)換系數(shù)為 0.581，乙炔密度1.1620（克/升 0C）,氯化氫的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.000,氯化氫密度1.6270 （克/升 0C）。Fc2H

34、2 =0.587空氣質(zhì)量流量計(jì)讀數(shù)Fc2H3CI =1.000空氣質(zhì)量流量計(jì)讀數(shù)x1.16201X1.6270（六）思考題1. 為何要控制實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定一段時(shí)間后方能測(cè)數(shù)據(jù)?2. 尾氣為什么要處理，如何處理？3. 采用流化床測(cè)定數(shù)據(jù)，應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置流程？與固定床有哪些不 同？推測(cè)試驗(yàn)結(jié)果如何？實(shí)驗(yàn)六 蛋白質(zhì)的離子交換層析實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解離子交換層析分離蛋白質(zhì)的基本原理。2掌握離子交換層析分離操作的基本步驟及方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1. 離子交換層析蛋白質(zhì)的基本原理離子交換層析(Ion Exchange Chromatography，簡(jiǎn)稱為IEC)是以離子交 換劑為固定相， 依據(jù)流動(dòng)相中的組分離

35、子與交換劑上的平衡離子進(jìn)行可逆交換時(shí) 的結(jié)合力大小的差別而進(jìn)行分離的一種層析分離方法。 離子交換層析中， 基質(zhì)是 由帶有電荷的樹脂或纖維素組成，帶負(fù)電荷能吸附正電荷的稱之陽離子交換樹 脂，而帶有正電荷能吸附負(fù)電荷的稱之陰離子交換樹脂。蛋白質(zhì)( protein )是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，它是與生命及與各種形式的生命活 動(dòng)緊密聯(lián)系在一起的生物大分子物質(zhì)。蛋白質(zhì)的種類很多，性質(zhì)、功能各異，但 都是由 20 多種氨基酸按不同比例組合而成的。雖然蛋白質(zhì)是大分子有機(jī)物，但 由于蛋白質(zhì)中含有氨基、 羧基等親水基團(tuán)， 蛋白質(zhì)長(zhǎng)鏈中的親水基團(tuán)向外而疏水 基團(tuán)向內(nèi)， 可以形成特定的三維結(jié)構(gòu)， 所以大部分蛋白質(zhì)仍能較好的

36、溶解在水溶 液中。在一定的離子強(qiáng)度范圍內(nèi)， 溶液中的小分子離子在靜電作用下吸附包裹在 蛋白質(zhì)表面親水基團(tuán)外側(cè)， 形成雙電層結(jié)構(gòu)， 一定程度上有助于穩(wěn)定蛋白結(jié)構(gòu)及 其水溶性。但蛋白質(zhì)在不同的pH條件下，其帶電狀況不同。當(dāng)pH較低時(shí)，蛋白 質(zhì)表面正電荷多于負(fù)電荷，總體電性為正；當(dāng)pH較高時(shí)，蛋白質(zhì)表面正電荷少于負(fù)電荷， 總體電性為負(fù)； 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)表面正電荷量與負(fù)電荷量相當(dāng)時(shí)， 蛋白質(zhì)總 體顯示電中性， 雙點(diǎn)層結(jié)構(gòu)解體， 蛋白質(zhì)親水性降到最低， 將表現(xiàn)出明顯的疏水 性，發(fā)生疏水性團(tuán)聚和沉淀，此時(shí)的 pH值即為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。不同蛋白質(zhì)結(jié) 構(gòu)不同， 等電點(diǎn)亦不同， 但大部分已知蛋白多屬于陰離子蛋白， 在

37、中性溶液中顯 示出電負(fù)性。離子交換層析可以用于蛋白質(zhì)的分離純化： 陰離子交換基質(zhì)能吸附帶有負(fù)電 荷的蛋白質(zhì)，陽離子交換基質(zhì)能結(jié)合帶有正電荷的蛋白質(zhì)。一般而言，pH越低,蛋白質(zhì)凈正電荷數(shù)越多， pH 越高，蛋白質(zhì)凈負(fù)電荷數(shù)越多；蛋白質(zhì)分子個(gè)頭越 小，凈電荷數(shù)越多，離子交換吸附作用越強(qiáng)，越難被洗脫；溶液中小分子離子含量越多，蛋白質(zhì)可吸附量越少，但若小分子離子含量過低，蛋白質(zhì)雙電層結(jié)構(gòu)不 易形成，其水溶性會(huì)降低。因此，可以通過提高洗脫液中的鹽濃度或改變 pH值 等措施，將吸附在柱子上的蛋白質(zhì)洗脫下來。2. 離子交換層析分離蛋白質(zhì)的過程與步驟本實(shí)驗(yàn)將采用強(qiáng)堿性大孔樹脂吸附分離牛血清白蛋白（BSA,實(shí)驗(yàn)

38、裝置結(jié)構(gòu) 如圖所示。離子交換層析操作一般分為五步：血 _丿試劑瓶 恒硫泵 層析柱收族瓶（1）平衡：用操作條件下的背景緩沖液平 衡層析柱，使介質(zhì)柱中溶液環(huán)境體系各處均一, 與吸附上樣樣品的背景溶液條件相同；（2）上樣：將待分離原料連續(xù)穩(wěn)定的注入 層析柱中進(jìn)行吸附分離，未被吸附的物料將從 層析柱下端排出；隨上樣時(shí)間的增加，層析介 質(zhì)的吸附量將逐漸增大并趨于飽和，出口濃度也將不斷增加直至與上樣濃度相 同。待吸附上樣物料未被吸附而從出口排出，稱為穿透。（3）沖洗：用背景緩沖液沖洗層析系統(tǒng)，排出管路及層析柱床空隙中未吸穿透、沖洗、洗脫附的物料；若在該溶液環(huán)境條件下 原料與吸附介質(zhì)間的吸附作用力 較弱，則

39、沖洗操作會(huì)造成部分解 吸。（4）洗脫：用特定pH值的含 鹽緩沖液沖洗層析柱，解吸柱內(nèi)的 蛋白質(zhì)；（5）再生：用再生溶液沖洗層析柱，徹底清除未解吸的吸附物料，再生還原層析介質(zhì)，以備后用3. 物料恒算若收集上樣和沖洗過程的穿透液，根據(jù)物料守恒，應(yīng)有：上樣量=穿透量+吸附量若上樣濃度為G,上樣體積為V。，層析洗脫死體積為Vs,介質(zhì)質(zhì)量為m單 位質(zhì)量介質(zhì)的吸附量為qm,穿透液體積為穿透液平均濃度為G,則有：C°Vo = CtVtmQn進(jìn)而，可計(jì)算出介質(zhì)最終的吸附密度：(1)C0V0 -CtVt q m m吸附回收率Ri為CoV。- CMCV0100%(2)不同洗脫溶液的解吸附效果不同，若洗脫

40、過程穿透液的平均濃度為 G,體積 為Vx,則此時(shí)的洗脫回收率 R為：CxVxC0V0 - CtVt100%(3)層析分離操作的總收率R為:CxVxC0V0100%(4)4. 蛋白含量的測(cè)定在無其他雜質(zhì)干擾的情況下，蛋白質(zhì)含量可采用紫外光吸收法進(jìn)行定量， 絕 大部分蛋白質(zhì)對(duì)280nm紫外光有明顯的吸收，通過測(cè)定樣品的吸光度與標(biāo)準(zhǔn)曲線 比對(duì)，即可確定樣品中的蛋白含量。三、實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)裝置包括恒流泵、層析柱、上樣瓶、收集瓶及連接管路組成。操作狀態(tài) 下，樣品瓶中的樣品沿連接管路被恒流泵輸送到層析柱，由層析柱上端進(jìn)入介質(zhì)床層，再由層析柱下端流出至收集瓶。實(shí)驗(yàn)操作過程中應(yīng)當(dāng)防止氣泡進(jìn)入層析柱，切換上樣樣品

41、時(shí)需停泵，盡量避免氣泡進(jìn)入管路，否則，氣體易滯留于介質(zhì)床層中，影響液-固間物質(zhì)傳遞。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 層析柱準(zhǔn)備首先，稱取2g強(qiáng)堿性大孔樹脂，裝入層析柱；然后，連接好管線，開泵向 層析柱內(nèi)輸入去離子水，排出輸入管線中的氣體；調(diào)節(jié)層析柱上端轉(zhuǎn)接頭排出介 質(zhì)柱床中的氣體，使轉(zhuǎn)接頭下緣緊貼介質(zhì)床層上沿，旋緊密封旋鈕，固定轉(zhuǎn)接頭； 最后，依次用1mol/L的NaCI溶液和去離子水沖洗層析柱10分鐘，停泵待用2. 流量標(biāo)定調(diào)節(jié)恒流泵以一定轉(zhuǎn)速操作，用一預(yù)先稱重的錐形瓶收集層析柱出口流出的 去離子水，收集過程計(jì)時(shí)5分鐘，收集結(jié)束后再次稱量錐形瓶重量， 通過前后差 重與收集時(shí)間計(jì)算泵的流量。重復(fù)測(cè)定兩次，取

42、平均值，即得恒流泵在該轉(zhuǎn)速下 的平均輸送流量。通過上述方法，調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，使得輸出流量Q=2mL/mi n。3. 動(dòng)態(tài)吸附含量及回收率測(cè)定【上樣樣品溶液】濃度為1mg/mL 2mg/mL 3mg/mL的BSA溶液【沖洗液】去離子水【洗脫液】O.1mol/L、0.3mol/L 、0.5mol/L、0.75mol/L 的 NaCI 溶液【再生液】1mol/L的NaCl溶液【上樣時(shí)間】5min、10min、15min、20min【操作流量】Q=2mL/min用去離子水平衡層析柱10分鐘；上樣10分鐘，沖洗10分鐘，收集上樣和 沖洗過程的穿透液；用洗脫液洗脫 15分鐘，收集洗脫過程的穿透液；再生層析

43、柱10分鐘。按照上述操作步驟，換不同濃度的上樣樣品、不同的上樣時(shí)間、不同解吸液 進(jìn)行測(cè)試，通過紫外吸收測(cè)定穿透液中的蛋白含量，計(jì)算動(dòng)態(tài)吸附量和回收率， 并進(jìn)行分析比較。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總表可參 見下表：實(shí)驗(yàn)編號(hào)上樣濃度上樣時(shí)間洗脫液濃度qmR1R>F311mg/mL10mi n0.5mol/L22mg/mL10mi n0.5mol/L33mg/mL10mi n0.5mol/L42mg/mL5min0.5mol/L六、思考與討論1. 上樣時(shí)間對(duì)吸附分離效果有何影響?2. 上樣濃度對(duì)吸附分離效果有何影響?3. 洗脫液鹽含量對(duì)分離效果有

44、何影響?實(shí)驗(yàn)七 反應(yīng)精餾實(shí)驗(yàn)反應(yīng)精餾是精餾技術(shù)中的一個(gè)特殊領(lǐng)域。 在操作過程中， 化學(xué)反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn) 行，故能顯著提高總體轉(zhuǎn)化率，降低能耗。此法在酯化、醚化、酯交換、水解等 化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解反應(yīng)精餾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復(fù)雜過程。2、掌握反應(yīng)精餾的操作，能進(jìn)行全塔物料衡算和塔操作的過程分析。3、了解反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別，學(xué)會(huì)分析塔內(nèi)物料組成。二、實(shí)驗(yàn)原理： 反應(yīng)精餾過程不同于一般精溜， 它既有精餾的物理相變之傳遞現(xiàn)象， 又有物 質(zhì)變性的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。兩者同時(shí)存在，相互影響，使過程更加復(fù)雜。因此反 應(yīng)精餾對(duì)下列兩種情況特別適

45、用：(1)可逆平衡反應(yīng)。一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維持在平衡轉(zhuǎn)化的水平； 但是，若生成物中有低沸點(diǎn)或高沸 點(diǎn)物質(zhì)存在， 則精餾過程可使其連續(xù)地從系統(tǒng)中排出， 結(jié)果超過平衡轉(zhuǎn)化率， 大 大提高了效率。 (2)異構(gòu)體混合物分離。通常因它們的沸點(diǎn)接近，靠精餾方法 不易分離提純， 若異構(gòu)體中某組分能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并能生成沸點(diǎn)不同的物質(zhì)， 這 時(shí)可在過程中得以分離。對(duì)醇酸酯化反應(yīng)來說，適于第一種情況。但該反應(yīng)若無催化劑存在，單獨(dú)采 用反應(yīng)精餾操作也達(dá)不到高效分離的目的， 這是因?yàn)榉磻?yīng)速度非常緩饅， 故一般 都用催化反應(yīng)方式。酸是有效的催化劑，常用硫酸。反應(yīng)隨酸濃度增高而加快， 濃度在 0.2

46、一 1.0(WT) 。此外，還可用離子交換樹脂，重金屬鹽類和絲光沸石 分子篩等固體催化劑。 反應(yīng)精餾的催化劑用硫酸， 是由于其催化作用不受塔內(nèi)溫 度限制，在全塔內(nèi)都能進(jìn)行催化反應(yīng)， 而應(yīng)用固體催化劑則由于存在一個(gè)最適宜 的溫度，精餾塔本身難以達(dá)到此條件，故很難實(shí)現(xiàn)最佳化操作。本實(shí)驗(yàn)是以醋酸和乙醇為原料，在酸催化劑作用下生成醋敢乙酯的可逆反 應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3C00H + C2H5OHCH3COOC2H5 + H2O實(shí)驗(yàn)的進(jìn)料有兩種方式：一是直接從塔釜進(jìn)料；另一種是在塔的某處進(jìn)料。前者有間歇和連續(xù)式操作； 后者只有連續(xù)式。 本實(shí)驗(yàn)用后一種方式進(jìn)料， 即在塔 上部某處加帶有酸催化劑的醋

47、酸， 塔下部某處加乙醇。 釜沸騰狀態(tài)下塔內(nèi)輕組分 逐漸向上移動(dòng)，重組分向下移動(dòng)。具體地說，醋酸從上段向下段移動(dòng)，與向塔上 段移動(dòng)的乙醇接觸，在不同填料高度上均發(fā)生反應(yīng)，生成酯和水。塔內(nèi)此時(shí)有 4 組元。由于醋酸在氣相中有締合作用， 除醋酸外， 其它三個(gè)組分形成三元或二元 共沸物。水酯，水醇共沸物沸點(diǎn)較低，醇和酯能不斷地從塔頂排出。若控制 反應(yīng)原料比例， 可使某組分全部轉(zhuǎn)化。 因此，可認(rèn)為反應(yīng)精餾的分離塔也是反應(yīng) 器。全過程可用物料衡算式和熱量衡算式描述。1物料平衡方程全塔物料總平衡如圖 1 所示。圖一反應(yīng)精餾過程的氣液流動(dòng)示意對(duì)第j塊理論板上的i組進(jìn)行物料衡算如下：LzXi,jWj+Yi,j*

48、+Fj Zj,i+R,j =VjY,j +LjXi（ 1）2 空 j 乞 n ， i =1,2,3,42. 氣液平衡方程對(duì)平衡級(jí)上某組分i有如下平衡關(guān)系:(2)每塊板上組成的總和應(yīng)符合下式:(3)nn- Yi , j =1 ；- X i , j = 1i 1i d3. 反應(yīng)速率方程Ri,廠Kj詣Xi,j£ Qi , j *Xi , j j¥so5(4)式（4）指原料中各組分的濃度相等條件下才成立，否則予以修正 熱量衡算方程對(duì)平衡級(jí)上進(jìn)行熱量衡算，最終得到下式：Lj4hj4 -VjHj -Ljhj Vj dHj! FjHj -Qj Rj H 廠 0、實(shí)驗(yàn)裝置:實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所

49、示涼控器回比制XVL轉(zhuǎn)子流量計(jì)轉(zhuǎn)子流計(jì)- - 罰詐劭乳|:'-1翼囂詐泊盟盟蟲|:!1辿I-;-'瓷簽簽覚W計(jì)農(nóng)壬二菸聖I:-聖聖熱 加加熱釜辭圖2 反應(yīng)精餾實(shí)驗(yàn)裝置流程圖反應(yīng)精餾塔用玻璃制成。直徑 29mm,塔高1400 mm,塔內(nèi)填裝© 3x 3 mm 不銹鋼9環(huán)型填料；塔釜玻璃雙循環(huán)自動(dòng)出料塔釜，容積500m1,塔外壁鍍有金 屬保溫膜，通電使塔身加熱保溫。塔釜用 500W電加熱棒進(jìn)行加熱，采用電壓控 制器控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動(dòng)式回流比控制器操作。此控制系統(tǒng) 由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計(jì)數(shù)器等儀表組成。進(jìn)料采用高位槽經(jīng)轉(zhuǎn)子 流量計(jì)進(jìn)入塔內(nèi)，可選

50、擇不同的進(jìn)料口。四、實(shí)驗(yàn)步驟：操作前在釜內(nèi)加入200克接近穩(wěn)定操作組成的釜液，并分析其組成。檢查進(jìn) 料系統(tǒng)各管線是否連接正常。無誤后將醋酸、乙醇注入原料量管內(nèi)（醋酸內(nèi)含0.3%硫酸）， 打開進(jìn)料流量計(jì)閥門，向釜內(nèi)加料。打開加熱開關(guān)，注意不要使電流過大，以免設(shè)備突然受熱而損壞。待釜液沸 騰，開啟塔身保溫電路，調(diào)節(jié)保溫電流（注意：不能過大），開塔頭冷卻水。當(dāng)塔 頭有液體出現(xiàn)，待全回流1015分鐘后開始進(jìn)料，實(shí)驗(yàn)按規(guī)定條件進(jìn)行。一般 可把回流比給定在3:1。酸醇分子比定在1:1.3,進(jìn)料科速度為0.5mo1（乙醇）/h。進(jìn)料后仔細(xì)觀察塔底和塔頂溫度。 調(diào)節(jié)塔頂與塔釜出料速度。記錄所有數(shù)據(jù)，及 時(shí)調(diào)節(jié)

51、進(jìn)出料，使處于平衡狀態(tài)。穩(wěn)定操作2小時(shí)，其中每隔30分鐘用小樣品瓶取塔頂與塔釜流出液，稱重并分析組成。在穩(wěn)定操作下用微量注射器在塔身不 同高度取樣口內(nèi)取液樣，直接注入色譜儀內(nèi)，取得塔內(nèi)組分濃變分布曲線。如果時(shí)間允許，可改變回流比或改變加料分子比，重復(fù)操作，取樣分析，并進(jìn)行 對(duì)比。實(shí)驗(yàn)完成旨關(guān)閉加料，停止加熱，讓持液全部流至塔釜，取出釜液稱重，停止通 冷卻水。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)，按下列要求寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c實(shí)驗(yàn)流程步驟；2、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)處理；3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的建議?？筛鶕?jù)下式計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。轉(zhuǎn)化率二（醋酸加料量+原釜內(nèi)醋酸量）

52、一（餾出物醋酸量+釜?dú)堃捍姿崃浚? （醋酸加料量+原釜內(nèi)醋酸量）進(jìn)行醋酸和乙醇的全塔物料衡，計(jì)算塔內(nèi)濃度分布、反應(yīng)收率、轉(zhuǎn)化率等。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理組分質(zhì)量校正因子f水0.549乙醇1乙酸乙酯1.109乙酸1.225進(jìn)樣量：0.5 plWi% = fiAi % /E fiAi%乙酸質(zhì)量： 80.04g 乙醇質(zhì)量： 80.02g峰保留時(shí)間/mi nAi%Wi%230mm10.8238.9220.047621.29037.2130.371634.027 :53.8650.5808 :670mm10.4606.7610.0359120.90330.6260.296533.10762.6130.6723 1110