工艺实验讲义(打印)

1、1实验实验 1 反应精馏法制乙酸乙酯反应精馏法制乙酸乙酯反应精馏是精馏技术中的一个特殊领域。在操作过程中，化学反应与分离同时进行，故能显著提高总体转化率，降低能耗。此法在酯化、醚化、酯交换、水解等化工生产中得到应用，而且越来越显示其优越性。一、实验目的：1、了解反应精馏是既服从质量作用定律又服从相平衡规律的复杂过程。2、掌握反应精馏的操作。3、能进行全塔物料衡算和塔操作的过程分析。4、了解反应精馏与常规精馏的区别。5、学会分析塔内物料组成。二、实验原理：反应精馏过程不同于一般精馏，它既有精馏的物理相变之传递现象，又有物质变性的化学反应现象。两者同时存在，互相影响，使过程更加复杂。因此，反应精馏

2、对下列两种情况特别适用。 （1）可逆平衡反应。一般情况下，反应受到平衡影响，转化率只能维持在平衡转化的水平；但是，若生成物中有低沸点或高沸点物质存在，则精馏过程可使其连续地从系统中排出，结果超过平衡转化率，大大提高了效率。（2）异构体混合物分离。通常因它们沸点相近，靠精馏方法不易分离提纯，若异构体中某组分能发生化学反应并能生成沸点不同的物质，这时可在过程中得以分离。对醇酸酯化反应来说，属于第一种情况。但该反应若无催化剂存在，单独采用反应精馏操作也达不到高效分离的目的，这是因为反应速度非常缓慢，故一般都用催化反应方式。酸是有效的催化剂，通常用硫酸。反应随酸浓度增高而加快，浓度在 0.2-1.0%

3、（wt） 。此外，还可以用离子交换树脂，重金属盐类和丝光沸石分子筛等固体催化剂。反应精馏的催化剂用硫酸，是由于其催化作用不受塔内温度限制，在全塔内都能进行催化反应，而应用固体催化剂则由于存在一个最适宜的温度，精馏塔本身难以达到此条件，故很难实现最佳化操作。本实验以醋酸和乙醇为原料，在酸催化剂作用下生成醋酸乙酯的可逆反应。反应的化学方程式为 CH3COOH+C2H5OH CH3COOC2H5+H2O实验进料有两种方式：一是直接从塔釜进料；另外一种是在塔的某处进料。前者有间歇和连续式操作；后者只有连续式。本实验采用前一种方式进料。釜沸腾状态下塔内轻组分逐渐向上移动，重组分向下移动。具体地说，醋酸从

4、上段向下移动，与向上段移动的乙醇接触，在不同填料高度上均发生反应，生成酯和水。塔内此时有四组元。由于醋酸在气相中有缔合作用，除醋酸外，其它三个组分形成三元或二元共沸物。水-酯，水-醇共沸物沸点较低，醇和酯能不断地从塔顶排出。若控制反2应原料比例，可使某组分全部转化。因此，可认为反应精馏的分离塔也是反应器。全过程可用物料衡算和热量衡算式描述。三、实验装置1-冷凝器 2-塔头 3-温度计 4-摆锤 5-电磁铁 6-收集量管 7-反应精馏塔体 8-压差计 9-出料管 10-出料管 11-反应塔釜 12-电热包 13-加料泵 图 1 反应精馏实验装置图四、实验步骤：(1) 用量筒取 100 ml 乙醇

5、倒入蒸馏釜内.(2) 取 100 ml 用已配制好的含硫酸 0.3% (重量百分数) 的冰醋酸，将它倒入釜内.打开冷却水。(3) 开启加热釜系统，开始用手动档，注意不要使电流过大，以免设备突然受热而损坏。待釜液沸腾，开启塔身保温电源，调节保温电流（注意：不能过大） ，(4) 蒸汽上升到塔顶时，全回流二十分钟后启动回流,控制回流比为 4:1,并开始收集出料,分析.反应温度控制在 80900C。(6) 停止试验,等不再有液体流回塔釜时,取塔顶流出物和塔釜内残留物称重,并分析其值。分析:用带有热导池检侧器的气相色谱仪去分析原料和产物，色谱操作条件：色谱柱：GDX-104 填充柱（1m3）温度：柱温：

6、120；汽化室：140；检测室：160；载气：高纯氢气；载气压力：0.2Mpa；桥流：100mA；3相对校正因子：水 0.74 、乙醇 1.0 、乙酸乙酯 1.15、醋酸 1.27。用面积归一法计算。五、实验数据处理：自行设计实验数据记录表格。根据实验测得数据，计算转化率和收率. 转化率=（醋酸加料量）-（馏出物醋酸量）/（醋酸加料量）六、思考题：1、怎样提高酯化收率？2、不同回流比对产物分布影响如何？3、进料摩尔比应保持多少为最佳？4实验实验 2 离子交换法制备纯水离子交换法制备纯水一、实验目的1、了解和熟悉离子交换制取纯水的工艺流程；2、了解离子交换技术的特点；二、实验原理离子交换技术在水

7、处理领域中有广泛的应用。如水质软化、水质除盐、高纯水制取、工业废水处理、重金属及贵重金属回收等。此法也是医药、化工等工业用水处理的普遍方法。本装置采用复床法制取纯水，此法出水纯度虽然不如混合床，但再生方法简单易行，所以还被广泛采用。在大型水处理中，阳床后面加一个脱气塔，将二氧化碳除去，可以减轻阴床树脂负担，延长阴树脂使用周期，从而可以节约再生剂的用量。水中各种无机盐类电离生成的阴、阳离子，经过氢型离子交换层时，水中的阳离子被氢离子所取代，经过氢氧型离子交换层时，水中的阴离子被氢氧离子所取代，进入水中的氢离子与氢氧离子组成水分子（H2O） 。从而取得去除水中无机盐类的效果。三、实验装置P-压力表

8、 K-调节阀 F1-30-阀门 1-水净化器 2-阳离子交换柱 3-阴离子交换柱 4-转子流量计 5-酸储槽 6-碱储槽 7-配液槽 8-水泵 9-阳树脂 10-阴树脂 11-支承层 12-纯水储槽 13-酸计量转子流量计 14-碱计量转子流量计5图 1 离子交换工艺流程图四、实验步骤下面实验是以自来水为水源，阴、阳离子交换柱串联操作进行除盐、逆流再生为例，操作过程如下：在贮水罐 7 内放入蒸馏水。酸贮罐 5 内放入 HCL 再生液，碱贮罐 6 内放入 NaOH 再生液。 （注：再生液需用蒸馏水配制） 。再生液配制：量取 540 毫升浓盐酸（含量 36-37%） ，加入酸贮槽 5 中，然后加水

9、至 5 升，搅匀，即得含量约为 4%HCL 再生液。称取 200 克 NaOH（含量 96.0%）放入 1000ml 的烧杯中，加入 800ml 纯水溶解，搅拌至全溶后，放入碱贮槽 6 中，加纯水至 5 升，搅拌均匀，即得含量约为 4%NaOH 再生液。（1）交换操作：开启阳离子交换柱进水阀门 F2、F6 和出水阀门F3、F5、F26，打开转子流量计 4，然后轻轻打开自来水进水阀门 F1，控制交换柱内流量为一定值，然后开启阴离子交换柱进水阀门 F19 和出水阀门 F16、F18，关闭阳离子交换柱出水阀门 F26， （其余各阀门均处于关闭状态） ，交换 5-10 分钟后，测定交换柱出水电导率。稳

10、定后，可开启阀门 F23，同时关闭出水阀门 F16、F18，将出水收集于水储槽 12 中。重新调整好流量至一定值，稳定后将出水电导率记录于表格中。然后可改变流量将测量结果记录于表格中。制水过程中，随时取样测定离子交换柱出水电导率，用试纸检测 PH 值，监测交换柱是否穿透。（2）返洗：当交换柱穿透后，关闭进水阀门，及各出水阀门，进行反洗操作。阳离子交换柱：用自来水反洗时，反洗水经水净化器 1 净化，转子流量计计量，经阀门 F4、F3、从柱底进入，在上部流出后经阀门 F7、F26 排放（也可经阀门 F27排放） ，在此操作过程中，阀门 F1、F2、F3、F4、F7、F26、F30 均应打开，其余各

11、阀门关闭。阴离子交换柱：用自来水反洗时，反洗水经水净化器 1 净化，转子流量计计量，经阀门 F4、F5、F16、F17 从柱底进入，在上部流出后经阀门 F20 排放（也可经阀门 F29 排放） ，在此操作过程中，阀门 F1、F2、F4、F5、F17、F16、F20 均应打开，其余各阀门关闭。（3）再生： 阳离子交换柱：酸由酸储槽 5 经阀门 F8 转子流量计 13 计量后，经阀门 F10 从柱底进入，在上部流出后经阀门 F27 排放，在此操作过程中，阀门F8、F10、F27、F30 均应打开，其余各阀门关闭。注意：再生时，应通过打开阀门F9、F30，将管路中气体排出，否则不能正常进液。阴离子交

12、换柱：碱由碱储槽 6 经阀门 F21 转子流量计 14 计量后，经阀门 F28从柱底进入，在上部流出后可经阀门 F29 排放，在此操作过程中，阀门6F21、F28、F29 均应打开，其余各阀门关闭。注意：再生时，应通过打开阀门 F22，将管路中气体排出，否则不能正常进液。（4）淋洗：淋洗前，将水槽 7 中水放净，并加入蒸馏水备用。阳离子交换柱：淋洗水由水槽经阀门 F13、增压泵 8 增压，经调节阀 K，转子流量计 4 计量，经阀门 F4、F3、从柱底进入，在上部流出后经阀门 F7、F26 排放（也可经阀门 F27 排放） ，在此操作过程中，阀门 F13、K、F3、F4、F7、F26、F30 均

13、应打开，其余各阀门关闭。淋洗至中性时，改为正洗操作，此时关闭F3、F4、F7、F26，开启阀门 K、F6、F11。阴离子交换柱：淋洗水由水槽经阀门 F13、增压泵 8 增压，经调节阀 K，转子流量计 4 计量，经阀门 F4、F5、F16、F17 从柱底进入，在上部流出后经阀门 F20 排放（也可经阀门 F29 排放） ，在此操作过程中，阀门 F13、K、F4、F5、F17、F16、F20均应打开，其余各阀门关闭。淋洗至中性时，改为正洗操作，此时关闭F17、F16、F20，开启阀门 F19、F23。交换柱淋洗好后，将所有阀门关闭，下次开机可直接进行交换操作。五、数据处理：文献资料：根据大量实测数

14、据经统计分析整理得出不同水型总含盐量（C）（mg/l）与电导率（） （s/cm）和水温（t） （）之间存在下列关系式：-价型水： C=0.5736e (0.0002281-0.03322t) 1.07132t重碳酸盐型水： C=0.8382e (0.0001828-0.03200t) 1.08092t根据实验所测数据计算原水含盐量及脱盐率。 7实验实验 3 3 超过滤膜分离超过滤膜分离一、实验目的。1了解和熟悉超过滤膜分离的工艺过程。2了解膜分离技术的特点。3培养学生的实验操作技能。二、实验原理。图 1 为单根中空纤维过滤聚乙二醇的放大示意图C1-清洗水储槽 C2-溶液储槽 C3-高位罐 C4

15、-储液筒 F1、F2- C2、C1-排液阀 F3、F4- C2、C1 出口阀F7、F8-组件 1、组件 2 入口阀 F9-排液阀 F10-保护液阀 F11、F14-组件 1 和 2 出口调节阀 F17-组件串联阀 F15-浓缩液取样阀 F16-浓缩液循环阀 P-压力表 L-玻璃转子 图 2 超过滤膜分离流程图8原液由泵从料液入口打入，在高压的作用下，透过液从中空纤维的中心流出，浓缩液从出口回到储料罐，再循环利用。图 3 中空纤维超滤膜组件 三、实验步骤1、实验药品聚乙二醇：MW20000，500g；冰乙酸：化学纯，500ml；次硝酸铋：化学纯，500g；碘化钾：化学纯，500g；醋酸钠：化学纯

16、，500g；蒸馏水；棕色容量瓶：100ml，二个；容量瓶：500ml，一个，1000ml，一个，100ml，十个；移液管：50ml，一支；量液管：10ml，一支；量筒：10ml，二支；工业滤纸若干。2、发色剂配制(1)A 液：准确称取 1.600g 次硝酸铋置于 100ml 容量瓶中，加冰乙酸 20ml，全溶，蒸馏水稀释至刻度。(2)B 液：准确称取 40.000g 碘化钾置于 100ml 棕色容量瓶中，蒸馏水稀释至刻度。(3)Dragendoff 试剂：量取 A 液、B 液各 5ml 置于 100ml 棕色容量瓶中，加冰乙酸 40ml，蒸馏水稀释至刻度。有效期为半年。(4)醋酸缓冲液的配制：

17、量取 0.2mol/L 醋酸钠溶液 590ml 及 0.2mol/L 冰乙酸溶液 410ml 置于 1000ml 容量瓶中，配制成 PH4.8 醋酸缓冲液。3、绘制标准曲线：准确称取在 60下干燥 4 小时的聚乙二醇 1.000g 溶于 1000ml 容量瓶中，分别吸取聚乙二醇溶液 1.0，3.0，5.0，7.0，9.0ml 稀释于 100ml 容量瓶内配成浓度为10，30，50，70，90mg/L 的聚乙二醇标准溶液。再各取 50ml 加入 100ml 容量瓶中，分别加入 Dragendoff 试剂及醋酸缓冲液各 10ml，蒸馏水稀释至刻度，放置 15 分钟，于波长 510nm 下，用 1c

18、m 比色池，在 722 型分光光度计上测定光密度，蒸馏水为空白。以聚乙二醇浓度为横坐标，光密度为纵坐标作图，绘制出标准曲线。4、实验步骤（1）722 型分光光度计通电预热 20 分钟以上。9（2）放出超滤组件中的保护液。为防止中空纤维膜被微生物侵蚀而操作，不工作期间，在超滤组件内加入保护液。在实验前，须将保护液放净。（3）清洗超滤组件，为洗去残余的保护液，用自来水清洗 2-3 次，然后放净清洗液。（4）检查实验系统阀门开关状态。使系统各部位的阀门处于正常运转的“开”或“关”状态。（5）于溶液槽内加入约一定量浓度为 30-70mg/l 的聚乙二醇水溶液。（6）系统运转。打开相关的阀门，启动泵，在

19、一定的流量和压力下运转，此时超滤液流回溶液槽，运转数分钟（一般为 2030 分钟）后，取原料液样品约 100 ml 待分析。开始实验，将超滤液入透过液贮罐，并开始计时，运转 30 分钟时，同时取超滤液和浓缩液样品各约 100ml 待分析。（7）上述各步骤准备好之后，即可以进行实验操作。（8）实验工艺参数：室温；压力：调节F14使压力 P2=0.015Mpa，组件前压力P1为随动压力约为 0.0160.018 Mpa；流量：30l/h ,此时超小型变频仪显示某一示数。（9）操作：调整参数过程中用乳胶管将超滤液导入溶液储罐内，待工艺参数调整正常，取原料液样品 100150ml，之后将超滤液导入贮液

20、罐中，并同时记录实验开始的时间，运转 0.5 小时。取样：从视镜的乳胶管末端取超滤液样品100150ml，从浓缩出口处取浓缩液 100150ml。（10）进行比色分析。（11）改变压力及流量重复上面的实验，做出截留率随压力的变化曲线。截留率，式中 C 为原料的吸光度，Ci为某一压力下透过液%100CCCRui吸光度。（12）系统清洗。系统处理一定浓度的料液，停车后，用清水清洗系统。方法是放掉系统存留的料液，接通清洗水系统，开泵运转 1015 分钟，清洗污水经 F17放入下水道。停泵，并切断电源。（13）加保护液。停泵，放净系统的清洗水，从保护液槽加入保护液，保护液的作用是防止纤维膜被细菌“吞食

21、” 。保护液的组成约 1%的甲醛水溶液，夏季气温高，停用两天之内可以不加，冬季停用五天之内可以不加，超过上述期限，必须有效的加入保护液。下次操作前放出保护液，并保存，下次继续使用5、实验操作。以膜组件 1 运转为例。将料液置于储槽 C2内，取料液样约 100ml，打开阀门 F4 、F8 、F11 和 F16，10其余阀门关闭。开泵，用超小型变频器调节玻璃转子流量计至要求的流量，调节阀门 F11至需要的压力。几分钟后，视镜应有超滤液出现。运转正常之后，每隔 0.5小时取样，从视镜下部取超滤液约 100ml，从 F15处取浓缩液约 100ml。按分析方法测定其浓度，按实验要求，测取其它数据，按实验

22、要求处理数据。实验结束后，按 4（12）和（13）处理系统即可。四、思考题；1、试论述超过滤膜分离机理。2、超过滤组件中加保护液的意义？3、实验中如果操作压力过高或流量过大会有什么结果？4、提高料液的温度进行超过滤会有什么影响？11实验实验 4 4 气液平衡数据的测定气液平衡数据的测定一、实验目的1测定乙醇正丙醇二元体系在常压下的气液平衡数据。2通过实验了平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。二、实验原理以循环法测定气液平衡数据的平衡釜基本原理相同，如下图所示，体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从 A 和 B 两容器中取样分析，可得到一组平衡数据。 图 1 平衡法测定气

23、液平衡原理图当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：fiL=fiV.(1)ipyi=ifi0 xi常压下，气相可视为理想气体， ；再忽略压力对液体逸度的影响，fi=pi0从而得出低压下气液平衡关系为：pyi=ripi0 xi(2)式中，p体系压力（总压） ；pi0纯组分 I 在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（Antoine）公式计算；xi、yi分别为组分 I 在液相和气相中的摩尔分率；i组分 i 的活度系数。12由实验测得等压下气液平衡数据，则可用.(3)0iiiipxpy计算出不同组成下的活度系数。本实验中活度系数和组成关系采用

24、 Wilson 方程关联。Wilson 方程为：ln1=-ln(4)22121)(xxx)(121221212112xxxxln2=-ln(5)()(21211212122111212xxxxxxxWilson 方程二元配偶参数和采用非线形最小二乘法,由二元气液平衡数1221据回归而得。目标函数选为气相组成误差的平方和,即F=(y1 实-y1 计)2j+(y2 实-y2 计)2j(6)mj 1 三、实验装置和试剂1. 平衡釜一台（平衡釜的选择原则：易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。本实验采用气液双循环的小平衡釜，其结构如图 2 所示）2. 阿

25、贝折射仪一台3. 超级恒温槽一台4. 50-100 十分之一的标准温度计一支、0-50 十分之一的标准温度计一支5. 所用试剂（乙醇、正丙醇）为优级品。6. 1ml 注射器十支、5ml 注射器三支。13 1-加热棒 2-液体石蜡或甘油等 3-液体取样口 4-玻璃平衡釜 5-标准温度计 6-不锈钢三通 7-U 型压力计 9-玻璃冷却器 10-乳胶管 11-三通阀 12-气压球 13-铝制取样接口图 2 气液平衡釜示意图四、四、实验步骤1.开启超级恒温槽，调温度至测定折射率所需温度 25或 30 2.检查整个系统的气密性，以保证实验装置的具有良好的气密性。方法如下：将气压球与医用三通阀连接好，与大气相通，用手压瘪气压球,然后将三通阀直通系统，抽气使设备处于负压状态，U 型管压力计的液面升起，在一定值下停止。注意操作不能过快，以免将 U 型管液体抽入系统。停 10 分钟，不下降为合格。可用三通阀，使系统直通大气。3.实验测定的是常压下的气液平衡数据，读取当天实验室的大气压值。4.平衡釜内加入一定浓度的乙醇正丙醇混合液约 90100 毫升，打开冷却水，安放好加热器，接通电源。开始时加热电流给到 0.1A 加热，5 分钟后给到 0.2A，再等 5 分钟后慢慢调到 0.25A 左右即可，以平衡釜内