化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)講義-2014版課件

1、化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)化學(xué)工程與工藝專業(yè)實(shí)驗(yàn)室編2014年9月前 言當(dāng)前，我們國(guó)家正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，各項(xiàng)建設(shè)需要大量的高質(zhì)量的高校畢業(yè)生?；瘜W(xué)工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一，不但對(duì)人才需求量大，而且對(duì)人才質(zhì)量要求也越來越高。要求化工類人才既要有扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，又要有較強(qiáng)的適應(yīng)性，善于分析問題與解決問題，具有獨(dú)立工作能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和技術(shù)創(chuàng)新能力。要使我們的化學(xué)工程與工藝專業(yè)的畢業(yè)生具備上述素質(zhì)，實(shí)驗(yàn)和技術(shù)開發(fā)能力的培養(yǎng)起著極其重要的作用，化學(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)就是其中重要的一環(huán)?；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)是在化工類專業(yè)學(xué)生學(xué)完化工原理、分離工程、化工熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程和有關(guān)化工工藝等理論課程及受過

2、一系列基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練之后進(jìn)行的?；瘜W(xué)工程與工藝實(shí)驗(yàn)具有綜合性、復(fù)雜性和更切合工程實(shí)際的特點(diǎn)，需要專業(yè)知識(shí)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的綜合應(yīng)用。在化工專業(yè)理論的指導(dǎo)下，該課程著重培養(yǎng)學(xué)生的工程及工藝類較復(fù)雜實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手操作能力、對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的處理及分析能力。通過該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，達(dá)到拓寬實(shí)驗(yàn)知識(shí)、提高實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)研究能力的目的。本教材是為化學(xué)工程與工藝專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科生編寫的實(shí)驗(yàn)教材。各實(shí)驗(yàn)的講義由相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教師編寫。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容的安排上，以綜合及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為主，將一些實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練融于各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)訓(xùn)練與應(yīng)用的聯(lián)系?；I(yè)實(shí)驗(yàn)課程以學(xué)生親自動(dòng)手進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)

3、驗(yàn)，要求每個(gè)同學(xué)都要主動(dòng)地在老師指導(dǎo)下參與實(shí)驗(yàn)的全過程，深入思考，充分體會(huì)化工專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的分析及物理知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，有意識(shí)地訓(xùn)練自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。同時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，提出自己的見解，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果與討論中充分體現(xiàn)出來。由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容和教學(xué)方法也隨之在變，要求我們?cè)谟邢薜慕虒W(xué)資源下，達(dá)到很好的教學(xué)效果，在這一方面還有很多工作要做。希望老師和同學(xué)們能提出有關(guān)的意見和建議，共同改進(jìn)化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作！ 編 者 2014年9月目錄前言1目錄2實(shí)驗(yàn)1 釜式反應(yīng)器的研究3實(shí)驗(yàn) 2反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯12實(shí)驗(yàn)3 水鹽體系相平衡測(cè)定及硫酸鉀制備15實(shí)驗(yàn)4 三

4、元體系液液相平衡測(cè)定39實(shí)驗(yàn) 5 固體催化劑性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)CO2甲烷化反應(yīng)51實(shí)驗(yàn) 6 反滲透膜分離制高純水實(shí)驗(yàn)63 實(shí)驗(yàn)7活度系數(shù)的測(cè)定68實(shí)驗(yàn)8磷礦尾礦酸解實(shí)驗(yàn)72實(shí)驗(yàn) 9 等離子體重整甲烷二氧化碳制合成氣80實(shí)驗(yàn)10脂肪酸分子蒸餾與分離實(shí)驗(yàn) 86實(shí)驗(yàn)11管式反應(yīng)器流動(dòng)特性測(cè)定實(shí)驗(yàn) 94實(shí)驗(yàn)12 二氧化碳P-V-t關(guān)系的測(cè)定101實(shí)驗(yàn)13正丙醇水二元?dú)庖浩胶鈹?shù)據(jù)的測(cè)定109實(shí)驗(yàn)14乙酸丁酯的合成及精制117實(shí)驗(yàn)15乙苯脫氫制苯乙烯實(shí)驗(yàn)123實(shí)驗(yàn)16離子交換處理含銅廢水實(shí)驗(yàn)128實(shí)驗(yàn)17納米二氧化鈦光催化劑的合成及其光催化性能評(píng)價(jià)133實(shí)驗(yàn)1 釜式反應(yīng)器的研究物料在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間分布是連續(xù)

5、流動(dòng)反應(yīng)器的一個(gè)重要性質(zhì)，可定量描述反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)特性。物料在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間不同，其反應(yīng)的程度也不同。通過測(cè)定流動(dòng)反應(yīng)器停留時(shí)間，即可由已知的化學(xué)反應(yīng)速度計(jì)算反應(yīng)器物料的出口濃度、平均轉(zhuǎn)化率，還可以了解反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)混合狀況，確定實(shí)際反應(yīng)器對(duì)理想反應(yīng)器的偏離程度，從而找出改進(jìn)和強(qiáng)化反應(yīng)器的途徑。通過測(cè)定停留時(shí)間分布，求出反應(yīng)器的流動(dòng)模型參數(shù)，為反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及放大提供依據(jù)。單個(gè)反應(yīng)釜使反應(yīng)達(dá)到最大返混，因此降低了反應(yīng)速度。而多個(gè)反應(yīng)釜串聯(lián)操作可以減小反應(yīng)物料的返混，因此增大了反應(yīng)速度。通過單釜和多釜串聯(lián)的反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)了解多釜串聯(lián)影響反應(yīng)速度的規(guī)律，為多釜串聯(lián)的優(yōu)化設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。影響反應(yīng)速

6、率的因素主要是單位反應(yīng)物系中物料混合均勻程度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間等。在由小試到中試到工業(yè)生產(chǎn)的放大過程中，研究放大過程中液相停留時(shí)間分布（RTD）的變化規(guī)律，可以合理、精確地描述實(shí)際反應(yīng)器中物料流動(dòng)及混合特性，得到最佳中試規(guī)模及放大規(guī)律。1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆胀Ａ魰r(shí)間分布的測(cè)定及其數(shù)據(jù)處理方法對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行模擬計(jì)算及其結(jié)果的檢驗(yàn)；熟悉根據(jù)停留時(shí)間分布測(cè)定結(jié)果判定釜式反應(yīng)器混合狀況和改進(jìn)反應(yīng)器的方法；了解單釜反應(yīng)器、串聯(lián)釜式反應(yīng)器對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響規(guī)律，學(xué)會(huì)釜式反應(yīng)器的配置方法。2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)測(cè)定單釜反應(yīng)器和串聯(lián)反應(yīng)釜的停留時(shí)間分布；將停留時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)的處理結(jié)果與全混反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器相

7、比較，分析單釜和串聯(lián)反應(yīng)器的返混情況；根據(jù)停留時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)的處理結(jié)果和蔗糖水解的化學(xué)反應(yīng)速度方程式計(jì)算反應(yīng)器出口濃度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，與全混反應(yīng)器單釜和三釜串聯(lián)的計(jì)算結(jié)果加以比較；在單釜和三釜串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行蔗糖水解實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出口反應(yīng)產(chǎn)物的旋光度，將出口濃度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率與上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較及分析討論。3 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為返混。連續(xù)操作的理想反應(yīng)器有2種，即平推流反應(yīng)器和全混反應(yīng)器。平推流反應(yīng)器完全沒有返混，而全混反應(yīng)器則達(dá)到完全返混。二者分別描述了連續(xù)式反應(yīng)器的兩種極端情況，而實(shí)際反應(yīng)器的返混狀況介于二者之間。但實(shí)際的管式反應(yīng)器的混合狀況更接近于平推

8、流反應(yīng)器，實(shí)際的釜式反應(yīng)器更接近于全混反應(yīng)器。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。然而測(cè)定不同狀態(tài)的反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間分布時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，相同的停留時(shí)間分布可以有不同的返混情況，即返混與停留時(shí)間分布不存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此不能用停留時(shí)間分布的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dá)。停留時(shí)間分布的表示方法有兩種，一種稱為分布函數(shù)F(t)，其物理意義是停留時(shí)間小于t的粒子所占的分率；另種稱為時(shí)間分布密度因數(shù)E(t)，其物理意義是停留時(shí)間為t的粒子的概率。兩個(gè)函數(shù)的關(guān)系為： E(t)=dF(t)/dt 1蔗糖在酸催化下水解轉(zhuǎn)化為果糖和

9、葡萄糖的化學(xué)反應(yīng)是一個(gè)典型的液相催化反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)式如下：C12H22O11(蔗糖)+H2OC6H12O6(果糖)+C6H12O6(葡萄糖)水解反應(yīng)可視為一級(jí)反應(yīng)，其速率方程為： 2積分上式得 3式中CA為t時(shí)蔗糖的濃度；k為反應(yīng)速度常數(shù)。蔗糖及其水解產(chǎn)物都為旋光物質(zhì),其比旋光度分別是;蔗糖為66.65°，葡萄糖為52.5°，果糖為-91.9°。D表示所用光波為鈉黃光，其波長(zhǎng)為589nm；正值表示右旋（使偏振面順時(shí)針偏轉(zhuǎn)），負(fù)值表示左旋（偏振面逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)）。由于果糖的左旋性大于葡萄糖的右旋性，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物的濃度逐漸增大，溶液的右旋性逐漸減少，以至經(jīng)過

10、0°角后轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮?。所以可用溶液的旋光度變化來度量反?yīng)的程度。溶液的旋光度為溶液中各組分旋光度之和。溶液的濃度可分別表示為 CA0F(0) 4 CAF(t) （5）式中0、t、分別表示反應(yīng)時(shí)間為0、t、時(shí)溶液的旋光度，對(duì)于給定的條件，為常數(shù)；CA為溶液的濃度；F為常數(shù)?？蓪?5)式改寫為 CAFtFFtB (6)從上式可以看出，對(duì)于一定初始濃度和PH值的蔗糖溶液來講，隨著水解反應(yīng)的進(jìn)行，通過測(cè)定溶液的旋光度，即可通過（6）式計(jì)算出溶液中的蔗糖濃度，因此可算出相應(yīng)水解產(chǎn)物的濃度。0、t都是可以測(cè)定的，CA0可以從反應(yīng)器各物流的流量和濃度計(jì)算，由此可直接計(jì)算出F。因而可通過測(cè)定的t直接由

11、(6)式算出CA。蔗糖水解是在常壓下進(jìn)行的。蔗糖水溶液以一定的進(jìn)料速度進(jìn)入反應(yīng)器，產(chǎn)物以相同的速度從反應(yīng)器流出，保持反應(yīng)器內(nèi)物料體積恒定后，向反應(yīng)器中加入一定量的示蹤物，分析示蹤物的濃度隨時(shí)間的變化。因?yàn)樽⑷胧聚櫸锼脮r(shí)間極短，數(shù)量又少，所以可認(rèn)為示蹤物的流動(dòng)行為與和它同時(shí)進(jìn)入設(shè)備的反應(yīng)流體流動(dòng)行為相同，即示蹤物在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)與反應(yīng)物料相同。停留時(shí)間介于t和dt間的示蹤物物料量QE(t)dt，將在t和t+dt間流出反應(yīng)器。故QE(t)dtUC(t)dt 7因而 E(t)（U/Q）C(t) 8式中，U為總流量(ml/min)；Q為示蹤物總量（mg）；C(t)為示蹤物出口濃

12、度（g/L)。顯然，若測(cè)知示蹤物濃度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系C(t)，即可得到停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)隨時(shí)間的變化。本實(shí)驗(yàn)以示蹤物KCl來測(cè)定反應(yīng)器停留時(shí)間分布，用電導(dǎo)儀測(cè)定KCl的電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化。KCl電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系為 CKClKCl=KKCl 9式中，CKCl為KCl的濃度；KCl為KCl的摩爾電導(dǎo)；KKCl為KCl的電導(dǎo)率。用電導(dǎo)儀測(cè)定KCl溶液的電導(dǎo)率，并配以自動(dòng)平衡記錄儀記錄電導(dǎo)率的變化，此變化用電訊號(hào)V與時(shí)間t的關(guān)系曲線表示，通過下面的換算即可得到KCl在反應(yīng)器內(nèi)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)。溶液濃度C(t)與電訊號(hào)V(t)的關(guān)系式為C(t)=V(t) 10式中為常數(shù)。將C

13、(t)關(guān)系式代入E(t)關(guān)系式，得 E(t)（U/Q）V(t) 11令 U/Q 12則 E(t)V(t) 13因?yàn)?14其中A為 V(t)-t曲線下的面積（mms）；將E(t)與V(t)關(guān)系代入上式，得 15因?yàn)?16所以 dA/AE(t)dt 17dA/dtV(t) 18根據(jù)V(t)的測(cè)定數(shù)據(jù)即可計(jì)算出反應(yīng)器的平均停留時(shí)間m和無因次散度， 19 20 21以此即可考查反應(yīng)器的返混特性。由實(shí)驗(yàn)得到的V(t)t曲線換算為停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)與時(shí)間t的關(guān)系式，適用于處理以電訊號(hào)表示示蹤物濃度變化時(shí)停留時(shí)間的分布數(shù)據(jù)。4 實(shí)驗(yàn)裝置6圖1 實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖 槽中的反應(yīng)物料通過蠕動(dòng)泵計(jì)量后進(jìn)入

14、反應(yīng)釜，反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)置攪拌器攪拌混合，反應(yīng)溫度由夾套內(nèi)的恒溫水控制。流出反應(yīng)器的物料溫度由溫度計(jì)測(cè)定，示蹤物采用電解質(zhì)KCl,在出口設(shè)置電導(dǎo)電極測(cè)定出口物料的電導(dǎo)率，電導(dǎo)率信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。在蔗糖水解實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過取樣口可隨時(shí)取樣測(cè)定溶液旋光度。由恒溫槽送出的恒溫水控制反應(yīng)器的溫度。反應(yīng)器的攪拌速度由調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，由光電測(cè)速儀測(cè)定或在顯示器上直接讀出。5 實(shí)驗(yàn)步驟5.1 停留時(shí)間分布的測(cè)定測(cè)定停留時(shí)間分布的步驟：將自來水加入水槽，待有流體經(jīng)溢流管溢出時(shí)，將轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)至所需流速。系統(tǒng)穩(wěn)定后，開啟電導(dǎo)儀。當(dāng)計(jì)算機(jī)顯示器顯示的電導(dǎo)率信號(hào)為直線（基線）時(shí)，方可脈沖進(jìn)樣檢測(cè)。某時(shí)刻t0

15、，用針頭在反應(yīng)器入口處極快注入已知示蹤劑KCl溶液，并同時(shí)給計(jì)算機(jī)一個(gè)進(jìn)樣記號(hào)。當(dāng)曲線逐漸平穩(wěn)回到基線位置時(shí)，該次測(cè)定結(jié)束。5.2 蔗糖水解反應(yīng)的測(cè)定表1 蔗糖水解反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件反應(yīng)器體積1(mL)反應(yīng)器體積2(mL)蔗糖溶液流量(mL/h)酸催化劑流量(mL/h)總流量(mL/h)蔗糖溶液濃度(mol/L)750250×3140070021000.9(1.1156)酸催化劑濃度(mol/L)進(jìn)口蔗糖濃度(mol/L)進(jìn)口酸濃度(mol/L)平均停留時(shí)間(min)蔗糖分子量(g/mol)濃鹽酸濃度(mol/L)1.5(1.026)0.60.515342.3011.97(1.188)

16、蔗糖水解反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件暫按表1的條件1進(jìn)行。先配置5L蔗糖溶液和3L酸催化劑溶液，分別倒入酸槽和蔗糖槽。調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫槽至所需溫度，開啟水泵向反應(yīng)器夾套供恒溫水。開啟蠕動(dòng)泵向反應(yīng)器進(jìn)料，按表1調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵流量。開啟旋光儀預(yù)熱10min,等待取樣后立即檢測(cè)。調(diào)節(jié)攪拌速度，準(zhǔn)備好取樣瓶。待反應(yīng)器出口溫度穩(wěn)定達(dá)到所需溫度時(shí)，即開始取樣測(cè)定。每隔2min取樣測(cè)定一次樣品旋光度，當(dāng)連續(xù)3次的樣品旋光度一致時(shí)該次測(cè)定結(jié)束，由最后的樣品旋光度確定水解反應(yīng)率（為什么？）。蠕動(dòng)泵的流量標(biāo)定略。旋光儀的使用方法見附錄。在反應(yīng)器進(jìn)口取樣測(cè)定0，一次水解實(shí)驗(yàn)的最終的出口樣品放入恒溫槽內(nèi)隔夜后測(cè)定旋光度得。6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

17、根據(jù)旋光儀所測(cè)得的出口濃度和進(jìn)口濃度，即可算出實(shí)際的轉(zhuǎn)化率。 xreal1CA/CA0 （22）由停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)雖可以確定反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。因?yàn)橐患?jí)反應(yīng)進(jìn)行的程度僅與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，所以在獲知物料停留時(shí)間后即可確定反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間在t至t+dt之間，物料所占的分率為E(t) dt，若這部分物料的轉(zhuǎn)化率為xA，則它對(duì)反應(yīng)出口轉(zhuǎn)化率的貢獻(xiàn)應(yīng)為xAE(t) dt，將這些轉(zhuǎn)化率的貢獻(xiàn)相加即可得到出口的平均轉(zhuǎn)化率，即 （23）同理，出口平均濃度應(yīng)為 （24）對(duì)一級(jí)反應(yīng)CACA0exp(-kt)，代入上式得 （25）即 （26）所以 （27）在實(shí)驗(yàn)測(cè)定的條件下，21時(shí)的反應(yīng)速度常數(shù)k為2.

18、58×10-3min-1；25時(shí)的反應(yīng)速度常數(shù)k為4.40×10-3min-11。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得停留時(shí)間分布密度后即可由上式計(jì)算出平均轉(zhuǎn)化率，將計(jì)算出的轉(zhuǎn)化率與實(shí)際轉(zhuǎn)化率比較。運(yùn)用停留時(shí)間分布的測(cè)定數(shù)據(jù)還可算出物料在反應(yīng)器內(nèi)的平均停留時(shí)間，將計(jì)算結(jié)果與按反應(yīng)器體積和物料流量計(jì)算出的平均停留時(shí)間對(duì)照。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出無因次散度，由散度的大小即可判斷反應(yīng)器的返混程度或接近全混反應(yīng)器的程度。平推流反應(yīng)器沒有返混，其無因次散度為0；全混反應(yīng)器完全返混，其無因次散度為1。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的無因次散度在01之間。對(duì)于串聯(lián)反應(yīng)器，分別在1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)出口測(cè)得相應(yīng)的停留時(shí)間分布密度和溶

19、液濃度，將反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)照，同時(shí)將結(jié)果與停留時(shí)間相同的兩種理想反應(yīng)器的計(jì)算結(jié)果相對(duì)照。7 預(yù)習(xí)報(bào)告要求理想反應(yīng)器、反應(yīng)器停留時(shí)間分布及其及其數(shù)學(xué)模型，停留時(shí)間分布與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系，反應(yīng)器的串聯(lián)對(duì)返混和化學(xué)反應(yīng)的影響，都是化學(xué)反應(yīng)工程教材中的重要內(nèi)容，對(duì)照實(shí)驗(yàn)教材，預(yù)習(xí)反應(yīng)工程中的有關(guān)內(nèi)容。有關(guān)問題如下：理想反應(yīng)器的概念及其數(shù)學(xué)表達(dá)，以及與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系；停留時(shí)間分布的概念、測(cè)試及其數(shù)據(jù)處理，明確tm、的意義；反應(yīng)器的模擬和串聯(lián)，停留時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)在反應(yīng)器研究中的應(yīng)用；了解電導(dǎo)率和旋光度測(cè)定，及旋光度與濃度關(guān)系； 擬定實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)記錄和處理數(shù)據(jù)的方法； 寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，

20、包括：原理、流程、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄表格，提出不懂的問題。8 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告 撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是為了更好地掌握本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也是為今后撰寫科技論文打下良好基礎(chǔ)。要求如下： 本實(shí)驗(yàn)意義及目的； 簡(jiǎn)述基本原理及簡(jiǎn)介裝置流程，給出操作條件及步驟； 數(shù)據(jù)處理內(nèi)容包括單釜反應(yīng)器和串聯(lián)反應(yīng)釜的停留時(shí)間分布密度，并畫出曲線圖；根據(jù)停留時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)的處理結(jié)果和蔗糖水解的化學(xué)反應(yīng)速度方程式計(jì)算反應(yīng)器出口濃度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率；在單釜和三釜串聯(lián)的實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行蔗糖水解實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出口濃度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析討論：將停留時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)的處理結(jié)果與全混反應(yīng)器和平推流反應(yīng)器相比較，分析單釜和串聯(lián)反應(yīng)器的

21、返混情況； 全混反應(yīng)器單釜和三釜串聯(lián)的蔗糖水解計(jì)算結(jié)果加以比較并加以討論；將在單釜和三釜串聯(lián)的蔗糖水解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，包括出口濃度和反應(yīng)轉(zhuǎn)化率等與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較及分析討論。 其它有關(guān)討論。實(shí)驗(yàn)2 反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 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。 3. 能進(jìn)行全塔物料衡算和塔操作的過程分析。 4. 了解反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別。 5. 學(xué)會(huì)分析塔內(nèi)物料組成。2.實(shí)驗(yàn)原理 反應(yīng)精餾過程不同于一般精餾，它既有物理相變之傳遞現(xiàn)象，又有化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。二者同時(shí)存在，相互影響，使過程更加復(fù)雜。因此，反應(yīng)精餾對(duì)下面兩種情況特別適用：

22、（1）可逆平衡反應(yīng)。一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維護(hù)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)的從系統(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，靠一般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)于醇酸酯化反應(yīng)來說，適于第一種情況。但該反應(yīng)反應(yīng)速度非常緩慢，故一般都用催化反應(yīng)方式。酯化反應(yīng)常用的催化劑是硫酸，反應(yīng)隨酸濃度增高而加快，濃度在0.21.0（wt），它的優(yōu)點(diǎn)是催化作用不受塔內(nèi)溫度限制，全塔和塔釜都能進(jìn)行催化反應(yīng)。此外，離子交換樹脂、重

23、金屬鹽類和絲光沸石分子篩等固體也是可用的催化劑。但使用固體催化劑需要一個(gè)最適宜的反應(yīng)溫度，精餾塔由于存在溫度梯度難以滿足這一條件，故很難實(shí)現(xiàn)過程的最佳化。本實(shí)驗(yàn)是以乙醇和乙酸為原料，在催化劑作用下生成乙酸乙酯的可逆反應(yīng)。反應(yīng)的方程式為： CH3COOH+C2H5OHCH3COOC2H5H2O 實(shí)驗(yàn)中原料的進(jìn)料方式有兩種：一種是直接從塔釜進(jìn)料；另一種是在塔的某處進(jìn)料。從操作方式看前者有間歇和連續(xù)式兩種；而后者則只有連續(xù)式。 塔釜進(jìn)料的間歇操作方式是將原料一次性加入到塔釜內(nèi)，而從塔頂采集產(chǎn)品，此時(shí)塔釜作為反應(yīng)器，塔體只起精餾分離的作用，由于乙酸的沸點(diǎn)較高，不能進(jìn)入塔體，故塔體內(nèi)有3組分，即水、乙醇

24、、乙酸乙酯。 全過程可用物料衡算式和熱量衡算式描述： （1）物料衡算方程 對(duì)第j塊理論板上的i組分進(jìn)行物料衡算： Lj1Xi，j1Vj1Yi，j1FjZj，iRi，jVjYi，jLjXi，jVj，yij Lj-1,xij-1Vj+1，yij+1 Lj,xij （2）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： Kij·XijYij0 每塊板上組成的總和應(yīng)符合下式： （3）反應(yīng)速率方程 RijKjPj （4）熱量衡算方程 Lj-1,hij-1 Vj+1Hj+1FjHrjRjHrjVjHjLjhjQ03.實(shí)驗(yàn)裝置1. 測(cè)溫?zé)犭娮?2. 冷凝器3. 擺錘 4. 電磁鐵5. 餾出液收集瓶

25、6. 塔體7. 取樣口8. 加料口9.塔釜 10.卸料口11.電加熱器12.控溫儀13.數(shù)字式溫度顯示器14. 回流比控制器15. 精餾頭 反應(yīng)精餾塔用玻璃制成。直徑20mm，塔高1500mm，塔內(nèi)填裝3×3mm不銹鋼填料（316L）。塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜為一玻璃容器并有電加熱器加熱。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)撥碼電子儀表組成。 所用的試劑有乙醇、乙酸、濃硫酸、丙酮和蒸餾水。4.實(shí)驗(yàn)步驟 間歇操作將乙醇、乙酸各80g，濃硫酸6滴約0.24g倒入塔釜內(nèi)，開啟釜加熱系統(tǒng)。開啟塔身保溫電源。待塔身有蒸

26、氣上升時(shí)，開啟塔頂冷凝水。當(dāng)塔頂擺錘上有液體出現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行全回流操作。15分鐘后，設(shè)定回流比為3：1，開啟回流比控制電源。30分鐘后，用微量注射器在塔身三個(gè)不同高度取樣，應(yīng)盡量保證同步。分別將0.25L樣品注入色譜分析儀，記錄結(jié)果。注射器用后應(yīng)用蒸餾水、丙酮清洗，以備后用。重復(fù)3、4步操作。關(guān)閉塔釜及塔身加熱電源及冷凝水。對(duì)餾出液及釜?dú)堃哼M(jìn)行稱重和色譜分析（當(dāng)持液全部流至塔釜后才取釜?dú)堃海?，關(guān)閉總電源。5. 數(shù)據(jù)處理： 請(qǐng)對(duì)反應(yīng)精餾結(jié)果進(jìn)行物料衡算，計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和過程收率。6. 思考題1、請(qǐng)簡(jiǎn)述反應(yīng)精餾的特點(diǎn)。2、怎樣提高酯化收率？3、不同回流比對(duì)產(chǎn)物分布有何影響？4、請(qǐng)對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案提出改進(jìn)

27、建議。實(shí)驗(yàn)3 水鹽體系相平衡測(cè)定及硫酸鉀制備1 概述 水鹽體系相圖是以水和各種鹽類組成的體系為對(duì)象研究相組成的表達(dá)方法及其變化規(guī)律。水鹽體系相圖廣泛應(yīng)用于鹽化工、肥料化工、海洋化工、三廢處理等領(lǐng)域。工業(yè)上以鹽礦、鹽湖、地下鹵水、海水為原料生產(chǎn)多種無機(jī)鹽及其它化工產(chǎn)品，都需要水鹽體系相圖的指導(dǎo)。因此，水鹽體系相圖便成為上述領(lǐng)域中的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。 繪制相圖必然要涉及到溶解度數(shù)據(jù)，溶解度數(shù)據(jù)的來源有兩種途徑：理論分析和實(shí)驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于水鹽體系，由于電解質(zhì)溶液理論還不夠成熟，目前只能對(duì)簡(jiǎn)單的二元、三元和特定多元體系進(jìn)行溶解度的預(yù)測(cè)外1，其余都由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。況且，理論預(yù)測(cè)結(jié)果正確與否，最終還得由實(shí)

28、驗(yàn)來驗(yàn)證。水鹽體系溶解度測(cè)定方法有等溫法和多溫法。前者結(jié)果準(zhǔn)確，但麻煩費(fèi)時(shí)；后者過程簡(jiǎn)單，但不夠準(zhǔn)確，易于漏掉小的飽和面。依據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的溶解度數(shù)據(jù)可以繪制相應(yīng)的相圖。對(duì)相圖進(jìn)行分析研究，可以獲得制備相應(yīng)產(chǎn)品的適宜的工藝路線和工藝條件，然后有針對(duì)性的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，從而大大縮短化工產(chǎn)品的研發(fā)周期，節(jié)省研發(fā)費(fèi)用。2 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)通過在25下K+、Na+/C1-、SO4=-H2O體系的相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定、相圖的繪制、工藝路線的分析以及實(shí)驗(yàn)方案的確定，最終制得了K2SO4和NaCl。使實(shí)驗(yàn)者掌握化工產(chǎn)品的開發(fā)過程和基本方法。3 實(shí)驗(yàn)原理3.1水鹽體系相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定方法很多，其中常用的方法的

29、是等溫法和多溫法。等溫法：在某一恒定的溫度下，使一定組成的系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)達(dá)到相平衡，然后直接測(cè)定液相的組成并鑒定與液相呈平衡的固相情況，從而獲得相平衡數(shù)據(jù)。要測(cè)定一個(gè)未知多元體系的相平衡數(shù)據(jù)，應(yīng)按照由二元、三元到多元，由簡(jiǎn)到繁的程序進(jìn)行。該法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但過程比較麻煩和費(fèi)時(shí)。多溫法：通過測(cè)定不同組成的體系在變溫過程中發(fā)生相變時(shí)的溫度，得到組成與相變溫度的關(guān)系曲線，進(jìn)而作圖確定體系的相平衡數(shù)據(jù)。多溫法測(cè)定比較簡(jiǎn)單，只需配好各種組成的系統(tǒng)，進(jìn)行冷卻或加熱，測(cè)定發(fā)生相變的溫度即可。但由于進(jìn)程可能發(fā)生過冷現(xiàn)象，相變溫度不易測(cè)準(zhǔn)。另外，多溫法容易漏掉小的飽和面，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。3.2 相圖標(biāo)

30、繪和分析對(duì)于K+、Na+/C1-、SO4=-H2O體系，其相律特征為： (1)由于獨(dú)立組份數(shù)為C=4，等溫等壓條件下的相律公式為： (2)該種體系為交互四元物系，存在復(fù)分解反應(yīng)，其過程為： (3)鹽對(duì)按復(fù)分解反應(yīng)存在著等當(dāng)量的關(guān)系，即 (4)也可寫成 (5)可見不論怎么寫，參加反應(yīng)的鹽的當(dāng)量數(shù)都是相等的。由于存在復(fù)分解反應(yīng)，一個(gè)鹽對(duì)可按等當(dāng)量的關(guān)系變成另一個(gè)鹽對(duì)。在交互體系中，正方形干基相圖正是考慮了等當(dāng)量關(guān)系而以100mol總干鹽量為基礎(chǔ)繪制的，這種干基mol組成表示方式也稱耶內(nèi)克（Janecke）指數(shù)，用J表示。各物質(zhì)的化學(xué)式必須按等當(dāng)量關(guān)系書寫，通常是將單價(jià)鹽加倍。不論怎么寫，干鹽間mo

31、l百分比保持不變，即干基J值不變。例如，某體系的相平衡組成為：KClNaClNa2SO4H2OTSmolmolmolmol固相18.9487.0613.67100025NaCl+Na2SO4+Na2SO4·3K2SO4可整理為：K2Cl2Na2Cl2Na2SO4H2OTSmolmolmolmol固相9.4743.5313.67100025NaCl+Na2SO4+Na2SO4·3K2SO4在正方形干基相圖中J值為： 離子K2+Na2+Cl2=SO4=H2O數(shù)量，mol9.4757.253.013.671000J值，%14.2085.8079.5020.501500該體系J值的

32、坐標(biāo)正好位于相圖1中的R點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際測(cè)定25和100 相平衡數(shù)據(jù)，容易繪制出K+、Na+/C1-、SO4=-H2O體系的相圖，如圖1所示。相圖圖1 K+、Na+/C1-、SO4=-H2O體系相圖25等溫溶解度線 -100等溫溶解度線 ·工藝分析線段坐標(biāo)以當(dāng)量百分率（J值）進(jìn)行分度，四個(gè)頂點(diǎn)代表四個(gè)純物質(zhì)，四條坐標(biāo)軸線代表相應(yīng)的二元體系，圖中任意一點(diǎn)代表該四元物系的一個(gè)組成點(diǎn)。相圖1顯示，25時(shí)K+、Na+/C1-、SO4=-H2O體系存在6個(gè)結(jié)晶區(qū)間，分別是：AEGFA：Na2SO4·10H2O結(jié)晶區(qū)；FHRGF：Na2SO4結(jié)晶區(qū)；HRJKBH：NaCl結(jié)晶區(qū)；EGRJP

33、ME：Na2SO4·3K2SO4結(jié)晶區(qū)；KJPNCK：KCl結(jié)晶區(qū)；MPNDM：K2SO4的結(jié)晶區(qū)。100 時(shí)，存在5個(gè)結(jié)晶區(qū)，分別是：Na2SO4、Na2SO4·3K2SO4、KCl、K2SO4。依據(jù)相圖分析，可以提出三種生產(chǎn)K2SO4工藝路線：直接法，間接法和閉接法。（1）直接法生產(chǎn)K2SO4把配料組成點(diǎn)配制為a點(diǎn)，其反應(yīng)為Na2SO4+2KCl+W® K2SO4+P式中，W為水，P為含有Na+、SO4=、K+、C1-、H2O的鹽溶液。理論計(jì)算鉀的收率為2629之間。（2）間接法生產(chǎn)K2SO4把配料組成點(diǎn)配制為點(diǎn)“1”處，其反應(yīng)為Na2SO4+2KCl+W1&

34、#174; Na2SO4·3K2SO4+R式中，W1為水，R為含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O鹽溶液，Na2SO4·3K2SO4為鉀芒硝，用點(diǎn)g表示。點(diǎn)g與KCl、H2O配制成物系點(diǎn)b，反應(yīng)式為g+2KCl+W2®K2SO4+P式中，W2為水，P為含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O鹽溶液。P鹽溶液與Na2SO4配制成物系點(diǎn)3，反應(yīng)式為P(溶液)+Na2SO4±W3®Na2SO4·3K2SO4+R其中±W3為增加或減少的水量，R為含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O鹽溶液。間接法工藝過程的鉀收率可達(dá)80左右。

35、（3）閉路法生產(chǎn)K2SO4和回收NaCl工藝此工藝在間接法的基礎(chǔ)上回收R鹽溶中的NaCl和鉀芒硝g。由R點(diǎn)組成經(jīng)人為調(diào)節(jié)到4點(diǎn)，加熱溶液4點(diǎn)至100點(diǎn)處，蒸發(fā)掉部分水份，由于溶液4處于100時(shí)NaCl結(jié)晶區(qū)內(nèi)，故析出NaCl，過濾得NaCl和C100鹽溶液。C100鹽溶液處于25 的鉀芒硝結(jié)晶區(qū)內(nèi)，故當(dāng)冷卻至25 時(shí)，得到鉀芒銷和鹽溶液3。把鉀芒硝和鹽溶液3反復(fù)應(yīng)用，并結(jié)合25和100條件的相圖，理論上鉀的收率可達(dá)100。4 實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)方法4.1 實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)方法直接法、間接法和閉路法的工藝流程分別示于圖2、圖3和圖4。圖2 直接法生產(chǎn)K2SO4工藝流程圖3 間接法生產(chǎn)K2SO4工藝流程

36、圖4 閉路法生產(chǎn)K2SO4和NaCl工藝流程圖中，A1、A2、A3Na2SO4；BNa2Cl2；C1、C2、C3K2Cl2；DK2SO4；G1、G2、G3Na2SO4·3K2SO4； W1、W2、W3、W4H2O；R1、R2、R3、R、P鹽溶液。各離子的J值： P 68.9531.0594.465.541800R14.2085.8079.5020.501500g75.0025.000.001000.00C100 29.0270.9885.4314.5712464.2實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法4.2.1相平衡數(shù)據(jù)測(cè)定方法測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示，制備方法如下：(1)加熱水浴于25

37、77;0.05；(2)按相圖R、P點(diǎn)用臺(tái)秤稱量，干鹽總量不超過20g；(3)先加入少量水于平衡管中，再依次加入KCl、NaCl、Na2SO4、K2SO4，開攪拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，記時(shí)間、溫度、平衡攪動(dòng)23小時(shí)；(4)停止攪動(dòng)，靜止澄清12小時(shí)，分別取清液分析和濕渣固體分析或固體鑒定。4.2.2制備K2SO4的方法制備K2SO4的實(shí)驗(yàn)裝置示于圖6，制備方法如下：(1)加熱水浴25，按相圖用杠桿原理或用R、P、g的溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算物系點(diǎn)1、a、3、b所需各自原料量，干鹽總量不超過50g；(2)按物系點(diǎn)計(jì)算出所需的Na2SO4、KCl、W(H2O)、g(復(fù)鹽)、P(鹽溶液)、R(鹽溶

38、液)的量，用臺(tái)秤稱量；(3)開攪拌器，先加少量水于反應(yīng)器中，然后依據(jù)不同反應(yīng)依次加入KCl、g(復(fù)鹽)、Na2SO4，最后把所余的水全部加入，記溫度、時(shí)間，反應(yīng)34小時(shí)；(4)反應(yīng)結(jié)束后，鹽漿用真空系統(tǒng)過濾，收集固體和液體，并用臺(tái)秤稱量，關(guān)閉反應(yīng)體系和真空體系；(5)用分析天平稱固、液樣品，用重量法測(cè)定固、液體中K+含量，用容量法測(cè)固、液中的Cl-、SO4=含量；(6)根據(jù)分析結(jié)果計(jì)算K2SO4中K+、Cl-、SO4=的含量，鉀芒硝中K+、Cl-、SO4=的含量，K+的收率。4.2.3制備NaCl的方法制備NaCl的方法如下：(1)按相圖，用杠桿原理或用100和點(diǎn)4溶解度數(shù)據(jù)計(jì)算蒸發(fā)的水量；(

39、2)用電爐蒸發(fā)水量，用臺(tái)秤稱量；(3)在100±5條件下過濾，并稱量固體質(zhì)量；(4)用分析天平稱取樣品，用容量法測(cè)定Cl-的含量；(5)計(jì)算NaCl的含量。圖5 測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置圖1精密溫度計(jì)；2攪拌器；3相平衡管；4恒溫水浴 圖6 生產(chǎn)K2SO4實(shí)驗(yàn)裝置圖1溫度計(jì)；2攪拌器；3反應(yīng)器；4恒溫水浴5過程計(jì)算5.1直接工藝流程為了方便起見，交互體系中干基正方形相圖是考慮了等當(dāng)量關(guān)系的100mol總干鹽量為基礎(chǔ)，稱之為耶內(nèi)克指數(shù)J，單位mol/100mol鹽。對(duì)于直接法，其物系點(diǎn)應(yīng)為a點(diǎn)，其反應(yīng)過程為：Na2SO4+KCl+W®K2SO4+P (a) (b) (w) (d

40、) (p)括號(hào)中小寫字母表示各物質(zhì)的mol數(shù)量。由25溶解度數(shù)據(jù)可得P點(diǎn)的耶內(nèi)克指數(shù)為： Na2+ K2+ Cl2= SO4= H2O mol/mol mol/mol mol/mol mol/mol mol/mol 32.50 67.50 94.60 5.40 1940設(shè)總干鹽進(jìn)料量為100mol，由a點(diǎn)反應(yīng)式可列出平衡方程式：總干鹽量a+b=100d+p=100離子平衡方程K2+b=0.675p+dNa2+a=0.325pCl2=b=0.946pSO4=a=0.054p+dH2Ow=19.40p解這些方程可得a=25.6，b=74.4，w =1526，d=21.3，p=78.7，K2+的回收

41、率為：利用杠桿原理直接由相圖計(jì)算，測(cè)得=142mm、=107mm、=35mm、=100mm、=80mm、=20mm。設(shè)總干鹽量a處為100mol，則所需加a、b和所得的d、p分別為： P中1mol干鹽需水量為19.40mol，故w=80´19.40=1552molK+的回收率：5.2間接工藝流程（1）利用離子平衡法計(jì)算由A+B生成G，再由G+B生成K2SO4的過程叫間接法流程；原料ANa2SO4、BK2C12、W1一H2O和進(jìn)料總干鹽量為100mol為基準(zhǔn)。反應(yīng)方程式如下： A+B1+W1®G+R(1)G+B2+W2®D+P(2)式(1)中，GNa2SO4

42、3;3K2SO4，R鹽液，其物系點(diǎn)在點(diǎn)1處。式(2)中，B2K2C12，W2H2O，DK2SO4，P鹽液，其物點(diǎn)在b處。設(shè)a、b1、wl為式(1)中對(duì)應(yīng)干鹽的mol量；g、r為反應(yīng)(1)生成鉀芒硝G、R鹽液中干鹽的mol量；g、b2、w2、p、d為式(2)中對(duì)應(yīng)的干鹽mol量。據(jù)資料3給出對(duì)應(yīng)的25時(shí)，P、R、g點(diǎn)處的J值如下： J值 Na2+ K2+ SO4= Cl2= H2O P 32.5 67.5 5.4 94.6 1940 R 85.2 14.8 20.9 79.1 1480 g 25.0 75 100 0.0 0.0反應(yīng)(1)總干鹽量a + b1 = 100(3)g + r = 10

43、0(4)離子平衡式Na2+a = 0.25g + 0.852r(5)K2+bl = 0.75g + 0.148r(6)Cl2=bl = 0.791r(7)SO4=a = g + 0.209r(8)H2Owl = 14.80r(9)反應(yīng)(2)總干鹽量g + b2 = d + p(10)離子平衡式Na2+0.25g = 0.325p(11)K2+b2 + 0.75g = d + 0.675p(12)Cl2=b2 = 0.946p(13)SO4=g = d + 0.054p(14)H2Ow2 = 19.40p(15)上述9個(gè)未知量，從13個(gè)方程中選9個(gè)獨(dú)立方程求得：a=57.41，b1=42.5g，

44、 w1=796.4，g=46.16，b2=33.59，W2=688.84，d=44.24，p=35.50，單位均為mol，而（2）利用杠桿原理計(jì)算設(shè)1處以100mol（Na2SO4、K2C12）投料，根據(jù)相圖，由杠桿原理：對(duì)于b點(diǎn)處，已知g為44.33mol，根據(jù)相圖，由杠桿原理：或 可求得6分析方法6.1含量測(cè)定方法(1) K+四苯硼酸鈉重量法(2) Cl-銀量法測(cè)定(3) SO4=茜素和容量法測(cè)定(4) Na+減差法確定(5) 固體鑒定晶體光學(xué)法6.2鉀離子含量測(cè)定6.2.1基本原理本法是由鉀離子與四苯硼酸根作用，產(chǎn)生四苯硼酸鉀白色沉淀，經(jīng)過分離、干燥、稱量等步驟，計(jì)算出其含鉀量。KCl+

45、Na(C6H5)4B®K(C6H5)4B+NaCl肥料中常見的雜質(zhì)有銨鹽、鈣、鎂、鋁、鐵、硫酸鹽和磷酸鹽等物質(zhì)，銨鹽與四苯硼酸鈉要產(chǎn)生沉淀，可加入甲醛溶液，消除其干擾，至于其他雜質(zhì)，可加入EDTA，使其成為絡(luò)合物予以隱蔽，在堿性溶液中不致生成氫氧化物，硫酸鹽或磷酸鹽等沉淀與四苯硼酸鉀一起析出。6.2.2試劑（1）濃鹽酸（比重1.19）。（2）四苯硼酸鈉溶液（約2.5，每毫升約含25毫克）。稱取6.25克四苯硼酸鈉，于500毫升錐形瓶中，加入約200毫升蒸餾水使其溶解，加3.5克氫氧化鋁，搖勻10分鐘，用緊密濾紙過濾。開始時(shí)濾液如呈混濁，則須反復(fù)過濾直至澄明。集取全部濾液于250毫升量

46、瓶中，加入0.5毫升氫氧化鈉溶液（20），然后稀釋至標(biāo)線，混和備用。必要時(shí)，使用前重新過濾。（3）EDTA氫氧化鈉溶液：取EDTAl0克及氫氧化鈉8克，溶于100毫升蒸餾水中。（4）四苯硼酸鈉洗液（0.1）：取上述四苯硼酸鈉溶液（2.5）40毫升，加蒸餾水稀釋至1升。（5）甲醛溶液（40）。（6）甲基紅指示劑（0.1乙醇溶液）。6.2.3 操作程序固體試液配置：稱取固體試樣S約4.5-5.5g（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）置于燒杯中，移傾于500毫升量瓶中，加蒸餾水至標(biāo)線，備用。液體試液配置：稱取液體試樣L約5g（準(zhǔn)確到四位小數(shù)）溶于250ml量瓶中，備用。固體試液或液體試液中鉀含量測(cè)定（K2O含量以在2

47、025毫克為宜）：取5毫升上述試液置于100毫升燒杯內(nèi)，加入適量的蒸餾水20毫升（以加入下列各種試劑后溶液總量為50毫升）注1，順序加入1毫升鹽酸(1:9)、5毫升甲醛溶液和5毫升EDTA氫氧化鈉混合溶液注2。在劇烈攪拌下以每秒12滴的速度注3加入較理論所需量多4毫升的四苯硼酸鈉溶液（每1毫升約相當(dāng)于3.33毫克K2O 注4，共計(jì)約10-11ml），靜置30分鐘后注5，用已知重量的細(xì)密燒結(jié)玻璃過濾坩堝過濾，將沉淀用稀四苯硼酸鈉洗液全部洗移入坩堝注6，再用該溶液洗滌5次，每次用5毫升。繼之，用蒸餾水洗滌2次注7，每次2毫升。然后，把坩堝連用沉淀放在120注8烘箱內(nèi)1小時(shí)，取出，放入干燥器內(nèi)冷卻，

48、稱重，重復(fù)操作直至恒重注9。固相中鉀含量百分率按下式計(jì)算：溶液中鉀含量百分率按下式計(jì)算：氧化鉀含量百分率按下式計(jì)算：式中： G 四苯硼酸鉀克數(shù)，g； 0.1341 四苯硼酸鉀KB(C6H5)4換算為氧化鉀(K2O)的系數(shù)；W 所取試樣克數(shù)，g。注 解 1 使溶液最后容量為50毫升，其目的是為了使沉淀在溶液中的溶解度減至最小的限度，同時(shí)，也是為了調(diào)節(jié)溶液的PH值，對(duì)消除銨鹽的干擾和發(fā)揮EDTA的隱蔽效果，創(chuàng)造的條件。2 銨鹽的干擾，可以通過與甲基反應(yīng)生成六亞甲基四胺予以消除：6HCHO + 4NH4C1 + 4NaOH Û (CH2)N2 + 4NaCl + 10H2O這是一個(gè)可逆反應(yīng)

49、，反應(yīng)向右或向左進(jìn)行，須視OH- 濃度決定。氫氧化鈉的濃度在0.05N以上時(shí)，反應(yīng)向右方進(jìn)行，則銨鹽的干擾可以消除；如氫氧化鈉的濃度在0.05N以下時(shí)，反應(yīng)則向左方進(jìn)行。這樣，銨離子遇四苯硼酸鈉，即生成四苯硼銨沉淀NH4(C4H3)4B，溶液中倘有鈣、鎂、鋁、硫酸鹽、磷酸鹽等雜質(zhì)，在堿性溶液中由于EDTA的存在，可予以絡(luò)合隱蔽，不致產(chǎn)生硫酸鹽等沉淀，但是氫氧化鈉的濃度在0.16N以上時(shí)，在鐵和鉀的共存下，則產(chǎn)生氫氧化鐵沉淀。因此，在沉淀四苯硼酸鉀時(shí)，溶液中氫氧化鈉的濃度必須調(diào)整在0.050.16N之間，特別在檢驗(yàn)復(fù)合肥料時(shí)更須注意。3 加入四苯硼酸鈉，可使所產(chǎn)生的沉淀較易過濾。4 此處加入較理

50、論多0.1的四苯硼酸鈉是為保證沉淀完全。5 設(shè)置時(shí)間過短(在10分鐘內(nèi))會(huì)使測(cè)試結(jié)果偏低，過長(zhǎng)亦無必要。6 用四苯硼酸鈉洗滌沉淀，是利用同離子效應(yīng)，以減低四苯硼酸鉀的溶解減少至可忽視的程度。7 用蒸餾水洗滌的目的，旨在去除沉淀上所謂的四苯硼酸鉀。8 注意勿使溫度上升至120，在130以上時(shí)，四苯硼酸鉀要徐徐地分解，到達(dá)265以上時(shí)，則完全分解：K(C6H3)4B + 30B2 ® KBO2 + 24CO2 + 10H2O9 四苯硼酸鉀能溶于丙酮，如鉗堝洗滌有困難時(shí)，可用丙酮溶解。6.3 氯離子含量的測(cè)定6.3.1測(cè)定原理在中性或弱堿性溶液中以鉻酸鉀（K2CrO4）為指示劑，用硝酸銀（Ag