化工专业实验讲义-2012版

化学工程与工艺专业实验化学工程与工艺专业实验室编20212年810月

前言当前，我们国家正处于蓬勃开展时期，各项建设需要大量的高质量的高校毕业生。化学工业是国民经济的重要支柱之一，不但对人才需求量大，而且对人才质量要求也越来越高。要求化工类人才既要有扎实的专业根底知识，又要有较强的适应性，善于分析问题与解决问题，具有独立工作能力、实践动手能力和技术创新能力。要使我们的化学工程与工艺专业的毕业生具备上述素质，实验和技术开发能力的培养起着极其重要的作用，化学工程与工艺实验就是其中重要的一环。化学工程与工艺实验是在化工类专业学生学完化工原理、别离工程、化工热力学、化学反响工程和有关化工工艺等理论课程及受过一系列根底实验的训练之后进行的。化学工程与工艺实验具有综合性、复杂性和更切合工程实际的特点，需要专业知识和根底实验技能的综合应用。在化工专业理论的指导下，该课程着重培养学生的工程及工艺类较复杂实验工程的设计能力、动手操作能力、对实验数据和结果的处理及分析能力。通过该实验课程的学习，到达拓宽实验知识、提高实验技能和实验研究能力的目的。本教材是为化学工程与工艺专业及相关专业本科生编写的实验教材。各实验的讲义由相应的实验教师编写。在实验工程和内容的安排上，以综合及设计实验为主，将一些实验方法的训练融于各个实验工程中，充分表达实验根底训练与应用的联系。化工专业实验课程以学生亲自动手进行整个实验工程的实验，要求每个同学都要主动地在老师指导下参与实验的全过程，深入思考，充分体会化工专业知识和相关的分析及物理知识在实验中的应用，有意识地训练自己的实验动手能力。同时，对实验中遇到的问题，提出自己的见解，在实验报告的结果与讨论中充分表达出来。由于科学技术的飞速开展，化工专业实验教材的内容和教学方法也随之在变，要求我们在有限的教学资源下，到达很好的教学效果，在这一方面还有很多工作要做。希望老师和同学们能提出有关的意见和建议，共同改良化工专业实验教学工作！编者2021年7月

目录前言………………………1目录………………………2实验1釜式反响器的研究……………………3实验2乙酸丁酯的合成及精制……………12实验3水盐体系相平衡测定及硫酸钾制备………………15实验4聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳胶漆的制备………39实验5固体催化剂性能评价实验——CO2甲烷化反响……51实验6反渗透膜别离制高纯水实验………63实验7液膜别离法处理废水实验…………68实验8中低品位磷矿组合式浸取实验……72实验9等离子体重整甲烷—二氧化碳制合成气…………80实验102-巯基苯并咪唑的合成…布洛芬的拆分与工艺设计…………86实验11离子交换流出曲线和淋洗曲线的实验测定………87

实验1釜式反响器的研究物料在反响器内的停留时间分布是连续流动反响器的一个重要性质，可定量描述反响器内物料的流动特性。物料在反响器内停留时间不同，其反响的程度也不同。通过测定流动反响器停留时间，即可由的化学反响速度计算反响器物料的出口浓度、平均转化率，还可以了解反响器内物料的流动混合状况，确定实际反响器对理想反响器的偏离程度，从而找出改良和强化反响器的途径。通过测定停留时间分布，求出反响器的流动模型参数，为反响器的设计及放大提供依据。单个反响釜使反响到达最大返混，因此降低了反响速度。而多个反响釜串联操作可以减小反响物料的返混，因此增大了反响速度。通过单釜和多釜串联的反响器实验了解多釜串联影响反响速度的规律，为多釜串联的优化设计打下根底。影响反响速率的因素主要是单位反响物系中物料混合均匀程度、反响物浓度、反响温度及反响时间等。在由小试到中试到工业生产的放大过程中，研究放大过程中液相停留时间分布〔RTD〕的变化规律，可以合理、精确地描述实际反响器中物料流动及混合特性，得到最正确中试规模及放大规律。1实验目的⑴掌握停留时间分布的测定及其数据处理方法⑵对反响器进行模拟计算及其结果的检验；⑶熟悉根据停留时间分布测定结果判定釜式反响器混合状况和改良反响器的方法；⑷了解单釜反响器、串联釜式反响器对化学反响的影响规律，学会釜式反响器的配置方法。2实验内容(1)测定单釜反响器和串联反响釜的停留时间分布；⑵将停留时间测试数据的处理结果与全混反响器和平推流反响器相比拟，分析单釜和串联反响器的返混情况；⑶根据停留时间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反响速度方程式计算反响器出口浓度和反响转化率，与全混反响器单釜和三釜串联的计算结果加以比拟；⑷在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验，测定出口反响产物的旋光度，将出口浓度和反响转化率与上述计算结果进行比拟及分析讨论。3原理在连续流动的反响器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。连续操作的理想反响器有2种，即平推流反响器和全混反响器。平推流反响器完全没有返混，而全混反响器那么到达完全返混。二者分别描述了连续式反响器的两种极端情况，而实际反响器的返混状况介于二者之间。但实际的管式反响器的混合状况更接近于平推流反响器，实际的釜式反响器更接近于全混反响器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反响器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反响器数学模型来间接表达。停留时间分布的表示方法有两种，一种称为分布函数F(t)，其物理意义是停留时间小于t的粒子所占的分率；另—种称为时间分布密度因数E(t)，其物理意义是停留时间为t的粒子的概率。两个函数的关系为：E(t)=dF(t)/dt﹙1﹚蔗糖在酸催化下水解转化为果糖和葡萄糖的化学反响是一个典型的液相催化反响，其化学反响式如下：C12H22O11(蔗糖)+H2O—→C6H12O6(果糖)+C6H12O6(葡萄糖)水解反响可视为一级反响，其速率方程为：﹙2﹚积分上式得﹙3﹚式中CA为t时蔗糖的浓度；k为反响速度常数。蔗糖及其水解产物都为旋光物质,其比旋光度分别是;蔗糖为66.65°，葡萄糖为52.5°，果糖为-91.9°。D表示所用光波为钠黄光，其波长为589nm；正值表示右旋〔使偏振面顺时针偏转〕，负值表示左旋〔偏振面逆时针偏转〕。由于果糖的左旋性大于葡萄糖的右旋性，随着反响的进行，反响产物的浓度逐渐增大，溶液的右旋性逐渐减少，以至经过0°角后转变为左旋。所以可用溶液的旋光度变化来度量反响的程度。溶液的旋光度为溶液中各组分旋光度之和。溶液的浓度可分别表示为CA0＝F(α0－α∞)﹙4﹚CA＝F(αt－α∞)〔5〕式中α0、αt、α∞分别表示反响时间为0、t、∞时溶液的旋光度，对于给定的条件，α∞为常数；CA为溶液的浓度；F为常数。可将(5)式改写为CA＝Fαt－Fα∞＝Fαt－B(6)从上式可以看出，对于一定初始浓度和PH值的蔗糖溶液来讲，随着水解反响的进行，通过测定溶液的旋光度，即可通过〔6〕式计算出溶液中的蔗糖浓度，因此可算出相应水解产物的浓度。α0、α∞、αt都是可以测定的，CA0可以从反响器各物流的流量和浓度计算，由此可直接计算出F。因而可通过测定的αt直接由(6)式算出CA。蔗糖水解是在常压下进行的。蔗糖水溶液以一定的进料速度进入反响器，产物以相同的速度从反响器流出，保持反响器内物料体积恒定后，向反响器中参加一定量的示踪物，分析示踪物的浓度随时间的变化。因为注入示踪物所用时间极短，数量又少，所以可认为示踪物的流动行为与和它同时进入设备的反响流体流动行为相同，即示踪物在反响器内停留时间分布密度函数E(t)与反响物料相同。停留时间介于t和dt间的示踪物物料量QE(t)dt，将在t和t+dt间流出反响器。故QE(t)dt＝UC(t)dt﹙7﹚因而E(t)＝〔U/Q〕C(t)﹙8﹚式中，U为总流量(ml/min)；Q为示踪物总量〔mg〕；C(t)为示踪物出口浓度〔g/L)。显然，假设测知示踪物浓度随时间变化的函数关系C(t)，即可得到停留时间分布密度函数E(t)随时间的变化。本实验以示踪物KCl来测定反响器停留时间分布，用电导仪测定KCl的电导率随时间的变化。KCl电导率与浓度的关系为CKClλKCl=KKCl﹙9﹚式中，CKCl为KCl的浓度；λKCl为KCl的摩尔电导；KKCl为KCl的电导率。用电导仪测定KCl溶液的电导率，并配以自动平衡记录仪记录电导率的变化，此变化用电讯号V与时间t的关系曲线表示，通过下面的换算即可得到KCl在反响器内停留时间分布密度函数E(t)。溶液浓度C(t)与电讯号V(t)的关系式为C(t)=μ′V(t)﹙10﹚式中μ′为常数。将C(t)关系式代入E(t)关系式，得E(t)＝〔U/Q〕μ′V(t)﹙11﹚令μ＝μ′U/Q﹙12﹚那么E(t)＝μV(t)﹙13﹚因为﹙14﹚其中A为V(t)-t曲线下的面积〔mm﹒s〕；将E(t)与V(t)关系代入上式，得﹙15﹚因为﹙16﹚所以dA/A＝E(t)dt﹙17﹚dA/dt＝V(t)﹙18﹚根据V(t)的测定数据即可计算出反响器的平均停留时间τm和无因次散度，﹙19﹚﹙20﹚﹙21﹚以此即可考查反响器的返混特性。由实验得到的V(t)—t曲线换算为停留时间分布密度函数E(t)与时间t的关系式，适用于处理以电讯号表示示踪物浓度变化时停留时间的分布数据。4实验装置图1实验装置流程示意图槽中的反响物料通过蠕动泵计量后进入反响釜，反响釜内设置搅拌器搅拌混合，反响温度由夹套内的恒温水控制。流出反响器的物料温度由温度计测定，示踪物采用电解质KCl,在出口设置电导电极测定出口物料的电导率，电导率信号输入计算机，由计算机对信号进行处理。在蔗糖水解实验时，通过取样口可随时取样测定溶液旋光度。由恒温槽送出的恒温水控制反响器的温度。反响器的搅拌速度由调节器调节，由光电测速仪测定或在显示器上直接读出。5实验步骤5.1停留时间分布的测定测定停留时间分布的步骤：将自来水参加水槽，待有流体经溢流管溢出时，将转子流量计调至所需流速。系统稳定后，开启电导仪。当计算机显示器显示的电导率信号为直线〔基线〕时，方可脉冲进样检测。某时刻t0，用针头在反响器入口处极快注入示踪剂KCl溶液，并同时给计算机一个进样记号。当曲线逐渐平稳回到基线位置时，该次测定结束。5.2蔗糖水解反响的测定表1蔗糖水解反响的实验条件反响器体积1(mL)反响器体积2(mL)蔗糖溶液流量(mL/h)酸催化剂流量(mL/h)总流量(mL/h)蔗糖溶液浓度(mol/L)750250×3140070021000.9(1.1156)酸催化剂浓度(mol/L)进口蔗糖浓度(mol/L)进口酸浓度(mol/L)平均停留时间(min)蔗糖分子量(g/mol)浓盐酸浓度(mol/L)1.5(1.026)0.60.5～15342.3011.97(1.188)蔗糖水解反响的实验条件暂按表1的条件[1]进行。先配置5L蔗糖溶液和3L酸催化剂溶液，分别倒入酸槽和蔗糖槽。调节超级恒温槽至所需温度，开启水泵向反响器夹套供恒温水。开启蠕动泵向反响器进料，按表1调节蠕动泵流量。开启旋光仪预热10min,等待取样后立即检测。调节搅拌速度，准备好取样瓶。待反响器出口温度稳定到达所需温度时，即开始取样测定。每隔2min取样测定一次样品旋光度，当连续3次的样品旋光度一致时该次测定结束，由最后的样品旋光度确定水解反响率〔为什么？〕。蠕动泵的流量标定略。旋光仪的使用方法见附录。在反响器进口取样测定α0，一次水解实验的最终的出口样品放入恒温槽内隔夜后测定旋光度得α∞。6实验数据处理根据旋光仪所测得的出口浓度和进口浓度，即可算出实际的转化率。xreal＝1－CA/CA0〔22〕由停留时间分布密度函数E(t)虽可以确定反响转化率。因为一级反响进行的程度仅与反响时间有关，所以在获知物料停留时间后即可确定反响的转化率。因为停留时间在t至t+dt之间，物料所占的分率为E(t)dt，假设这局部物料的转化率为xA，那么它对反响出口转化率的奉献应为xAE(t)dt，将这些转化率的奉献相加即可得到出口的平均转化率，即〔23〕同理，出口平均浓度应为〔24〕对一级反响CA＝CA0exp(-kt)，代入上式得〔25〕即〔26〕所以〔27〕在实验测定的条件下，21℃时的反响速度常数k为2.58×10-3min-1；25℃时的反响速度常数k为4.40×10-3min-1[1]。由实验测得停留时间分布密度后即可由上式计算出平均转化率，将计算出的转化率与实际转化率比拟。运用停留时间分布的测定数据还可算出物料在反响器内的平均停留时间，将计算结果与按反响器体积和物料流量计算出的平均停留时间对照。根据实验数据计算出无因次散度，由散度的大小即可判断反响器的返混程度或接近全混反响器的程度。平推流反响器没有返混，其无因次散度为0；全混反响器完全返混，其无因次散度为1。根据实验数据计算得到的无因次散度在0～1之间。对于串联反响器，分别在1级、2级、3级出口测得相应的停留时间分布密度和溶液浓度，将反响转化率的计算结果与实测结果对照，同时将结果与停留时间相同的两种理想反响器的计算结果相对照。7预习报告要求理想反响器、反响器停留时间分布及其及其数学模型，停留时间分布与化学反响的关系，反响器的串联对返混和化学反响的影响，都是化学反响工程教材中的重要内容，对照实验教材，预习反响工程中的有关内容。有关问题如下：⑴理想反响器的概念及其数学表达，以及与化学反响的关系；⑵停留时间分布的概念、测试及其数据处理，明确tm、、的意义；⑶反响器的模拟和串联，停留时间测试数据在反响器研究中的应用；⑷了解电导率和旋光度测定，及旋光度与浓度关系；⑸拟定实验步骤、实验方案、实验记录和处理数据的方法；⑹写出预习报告，包括：原理、流程、实验方案、实验步骤，设计的实验记录表格，提出不懂的问题。8撰写实验报告撰写实验报告是为了更好地掌握本实验内容，也是为今后撰写科技论文打下良好根底。要求如下：⑴本实验意义及目的；⑵简述根本原理及简介装置流程，给出操作条件及步骤；⑶数据处理内容包括①单釜反响器和串联反响釜的停留时间分布密度，并画出曲线图；②根据停留时间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反响速度方程式计算反响器出口浓度和反响转化率；③在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验的数据，计算出口浓度和反响转化率。⑷实验结果及其分析讨论：①将停留时间测试数据的处理结果与全混反响器和平推流反响器相比拟，分析单釜和串联反响器的返混情况；②全混反响器单釜和三釜串联的蔗糖水解计算结果加以比拟并加以讨论；③将在单釜和三釜串联的蔗糖水解实验结果，包括出口浓度和反响转化率等与计算结果进行比拟及分析讨论。④其它有关讨论。实验1釜式反响器的研究物料在反响器内的停留时间分布是连续流动反响器的一个重要性质，可定量描述反响器内物料的流动特性。物料在反响器内停留时间不同，其反响的程度也不同。通过测定流动反响器停留时间，即可由的化学反响速度计算反响器物料的出口浓度、平均转化率，还可以了解反响器内物料的流动混合状况，确定实际反响器对理想反响器的偏离程度，从而找出改良和强化反响器的途径。通过测定停留时间分布，求出反响器的流动模型参数，为反响器的设计及放大提供依据。单个反响釜使反响到达最大返混，因此降低了反响速度。而多个反响釜串联操作可以减小反响物料的返混，因此增大了反响速度。通过单釜和多釜串联的反响器实验了解多釜串联影响反响速度的规律，为多釜串联的优化设计打下根底。影响反响速率的因素主要是单位反响物系中物料混合均匀程度、反响物浓度、反响温度及反响时间等。在由小试到中试到工业生产的放大过程中，研究放大过程中液相停留时间分布〔RTD〕的变化规律，可以合理、精确地描述实际反响器中物料流动及混合特性，得到最正确中试规模及放大规律。1实验目的⑴掌握停留时间分布的测定及其数据处理方法⑵对反响器进行模拟计算及其结果的检验；⑶熟悉根据停留时间分布测定结果判定釜式反响器混合状况和改良反响器的方法；⑷了解单釜反响器、串联釜式反响器对化学反响的影响规律，学会釜式反响器的配置方法。2实验内容(1)测定单釜反响器和串联反响釜的停留时间分布；⑵将停留时间测试数据的处理结果与全混反响器和平推流反响器相比拟，分析单釜和串联反响器的返混情况；⑶根据停留时间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反响速度方程式计算反响器出口浓度和反响转化率，与全混反响器单釜和三釜串联的计算结果加以比拟；⑷在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验，测定出口反响产物的旋光度，将出口浓度和反响转化率与上述计算结果进行比拟及分析讨论。3原理在连续流动的反响器内，不同停留时间的物料之间的混合称为返混。连续操作的理想反响器有2种，即平推流反响器和全混反响器。平推流反响器完全没有返混，而全混反响器那么到达完全返混。二者分别描述了连续式反响器的两种极端情况，而实际反响器的返混状况介于二者之间。但实际的管式反响器的混合状况更接近于平推流反响器，实际的釜式反响器更接近于全混反响器。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反响器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反响器数学模型来间接表达。停留时间分布的表示方法有两种，一种称为分布函数F(t)，其物理意义是停留时间小于t的粒子所占的分率；另—种称为时间分布密度因数E(t)，其物理意义是停留时间为t的粒子的概率。两个函数的关系为：E(t)=dF(t)/dt﹙1﹚蔗糖在酸催化下水解转化为果糖和葡萄糖的化学反响是一个典型的液相催化反响，其化学反响式如下：C12H22O11(蔗糖)+H2O—→C6H12O6(果糖)+C6H12O6(葡萄糖)水解反响可视为一级反响，其速率方程为：﹙2﹚积分上式得﹙3﹚式中CA为t时蔗糖的浓度；k为反响速度常数。蔗糖及其水解产物都为旋光物质,其比旋光度分别是;蔗糖为66.65°，葡萄糖为52.5°，果糖为-91.9°。D表示所用光波为钠黄光，其波长为589nm；正值表示右旋〔使偏振面顺时针偏转〕，负值表示左旋〔偏振面逆时针偏转〕。由于果糖的左旋性大于葡萄糖的右旋性，随着反响的进行，反响产物的浓度逐渐增大，溶液的右旋性逐渐减少，以至经过0°角后转变为左旋。所以可用溶液的旋光度变化来度量反响的程度。溶液的旋光度为溶液中各组分旋光度之和。溶液的浓度可分别表示为CA0＝F(α0－α∞)﹙4﹚CA＝F(αt－α∞)〔5〕式中α0、αt、α∞分别表示反响时间为0、t、∞时溶液的旋光度，对于给定的条件，α∞为常数；CA为溶液的浓度；F为常数。可将(5)式改写为CA＝Fαt－Fα∞＝Fαt－B(6)从上式可以看出，对于一定初始浓度和PH值的蔗糖溶液来讲，随着水解反响的进行，通过测定溶液的旋光度，即可通过〔6〕式计算出溶液中的蔗糖浓度，因此可算出相应水解产物的浓度。α0、α∞、αt都是可以测定的，CA0可以从反响器各物流的流量和浓度计算，由此可直接计算出F。因而可通过测定的αt直接由(6)式算出CA。蔗糖水解是在常压下进行的。蔗糖水溶液以一定的进料速度进入反响器，产物以相同的速度从反响器流出，保持反响器内物料体积恒定后，向反响器中参加一定量的示踪物，分析示踪物的浓度随时间的变化。因为注入示踪物所用时间极短，数量又少，所以可认为示踪物的流动行为与和它同时进入设备的反响流体流动行为相同，即示踪物在反响器内停留时间分布密度函数E(t)与反响物料相同。停留时间介于t和dt间的示踪物物料量QE(t)dt，将在t和t+dt间流出反响器。故QE(t)dt＝UC(t)dt﹙7﹚因而E(t)＝〔U/Q〕C(t)﹙8﹚式中，U为总流量(ml/min)；Q为示踪物总量〔mg〕；C(t)为示踪物出口浓度〔g/L)。显然，假设测知示踪物浓度随时间变化的函数关系C(t)，即可得到停留时间分布密度函数E(t)随时间的变化。本实验以示踪物KCl来测定反响器停留时间分布，用电导仪测定KCl的电导率随时间的变化。KCl电导率与浓度的关系为CKClλKCl=KKCl﹙9﹚式中，CKCl为KCl的浓度；λKCl为KCl的摩尔电导；KKCl为KCl的电导率。用电导仪测定KCl溶液的电导率，并配以自动平衡记录仪记录电导率的变化，此变化用电讯号V与时间t的关系曲线表示，通过下面的换算即可得到KCl在反响器内停留时间分布密度函数E(t)。溶液浓度C(t)与电讯号V(t)的关系式为C(t)=μ′V(t)﹙10﹚式中μ′为常数。将C(t)关系式代入E(t)关系式，得E(t)＝〔U/Q〕μ′V(t)﹙11﹚令μ＝μ′U/Q﹙12﹚那么E(t)＝μV(t)﹙13﹚因为﹙14﹚其中A为V(t)-t曲线下的面积〔mm﹒s〕；将E(t)与V(t)关系代入上式，得﹙15﹚因为﹙16﹚所以dA/A＝E(t)dt﹙17﹚dA/dt＝V(t)﹙18﹚根据V(t)的测定数据即可计算出反响器的平均停留时间τm和无因次散度，﹙19﹚﹙20﹚﹙21﹚以此即可考查反响器的返混特性。由实验得到的V(t)—t曲线换算为停留时间分布密度函数E(t)与时间t的关系式，适用于处理以电讯号表示示踪物浓度变化时停留时间的分布数据。4实验装置图1实验装置流程示意图槽中的反响物料通过蠕动泵计量后进入反响釜，反响釜内设置搅拌器搅拌混合，反响温度由夹套内的恒温水控制。流出反响器的物料温度由温度计测定，示踪物采用电解质KCl,在出口设置电导电极测定出口物料的电导率，电导率信号输入计算机，由计算机对信号进行处理。在蔗糖水解实验时，通过取样口可随时取样测定溶液旋光度。由恒温槽送出的恒温水控制反响器的温度。反响器的搅拌速度由调节器调节，由光电测速仪测定或在显示器上直接读出。5实验步骤5.1停留时间分布的测定首先将自来水参加水槽，标定反响器有效体积后即可进行测定实验。标定步骤：翻开反响器进口开关，按表1调节流量计流量，同时翻开搅拌器至一定的转速，待流量稳定时关闭反响器进口开关的同时在出口处收集流出水，再翻开反响器的底部的排空开关收集排出水，用量筒量取两局部水的总体积，即为反响器有效体积。测定停留时间分布的步骤：将自来水参加水槽，待有流体经溢流管溢出时，将转子流量计调至所需流速。系统稳定后，开启电导仪。当计算机显示器显示的电导率信号为直线〔基线〕时，方可脉冲进样检测。某时刻t0，用针头在反响器入口处极快注入示踪剂KCl溶液，并同时给计算机一个进样记号。当曲线逐渐平稳回到基线位置时，该次测定结束。5.2蔗糖水解反响的测定表1蔗糖水解反响的实验条件反响器体积1(mL)反响器体积2(mL)蔗糖溶液流量(mL/h)酸催化剂流量(mL/h)总流量(mL/h)蔗糖溶液浓度(mol/L)750250×32000100030000.9(1.1156)酸催化剂浓度(mol/L)进口蔗糖浓度(mol/L)进口酸浓度(mol/L)平均停留时间(min)蔗糖分子量(g/mol)浓盐酸浓度(mol/L)1.5(1.026)0.60.5～15342.3011.97(1.188)蔗糖水解反响的实验条件暂按表1的条件[1]进行。先配置5L蔗糖溶液和3L酸催化剂溶液，分别倒入酸槽和蔗糖槽。调节超级恒温槽至所需温度，开启水泵向反响器夹套供恒温水。开启蠕动泵向反响器进料，按表1调节蠕动泵流量。开启旋光仪预热10min,等待取样后立即检测。调节搅拌速度，准备好取样瓶。待反响器出口温度稳定到达所需温度时，即开始取样测定。每隔2min取样测定一次样品旋光度，当连续3次的样品旋光度一致时该次测定结束，由最后的样品旋光度确定水解反响率〔为什么？〕。蠕动泵的流量标定略。旋光仪的使用方法见附录。在反响器进口取样测定α0，一次水解实验的最终的出口样品放入恒温槽内隔夜后测定旋光度得α∞。6实验数据处理根据旋光仪所测得的出口浓度和进口浓度，即可算出实际的转化率。xreal＝1－CA/CA0〔22〕由停留时间分布密度函数E(t)虽可以确定反响转化率。因为一级反响进行的程度仅与反响时间有关，所以在获知物料停留时间后即可确定反响的转化率。因为停留时间在t至t+dt之间，物料所占的分率为E(t)dt，假设这局部物料的转化率为xA，那么它对反响出口转化率的奉献应为xAE(t)dt，将这些转化率的奉献相加即可得到出口的平均转化率，即〔23〕同理，出口平均浓度应为〔24〕对一级反响CA＝CA0exp(-kt)，代入上式得〔25〕即〔26〕所以〔27〕在实验测定的条件下，21℃时的反响速度常数k为2.58×10-3min-1；25℃时的反响速度常数k为4.40×10-3min-1[1]。由实验测得停留时间分布密度后即可由上式计算出平均转化率，将计算出的转化率与实际转化率比拟。运用停留时间分布的测定数据还可算出物料在反响器内的平均停留时间，将计算结果与按反响器体积和物料流量计算出的平均停留时间对照。根据实验数据计算出无因次散度，由散度的大小即可判断反响器的返混程度或接近全混反响器的程度。平推流反响器没有返混，其无因次散度为0；全混反响器完全返混，其无因次散度为1。根据实验数据计算得到的无因次散度在0～1之间。对于串联反响器，分别在1级、2级、3级出口测得相应的停留时间分布密度和溶液浓度，将反响转化率的计算结果与实测结果对照，同时将结果与停留时间相同的两种理想反响器的计算结果相对照。7预习报告要求理想反响器、反响器停留时间分布及其及其数学模型，停留时间分布与化学反响的关系，反响器的串联对返混和化学反响的影响，都是化学反响工程教材中的重要内容，对照实验教材，预习反响工程中的有关内容。有关问题如下：⑴理想反响器的概念及其数学表达，以及与化学反响的关系；⑵停留时间分布的概念、测试及其数据处理，明确tm、、的意义；⑶反响器的模拟和串联，停留时间测试数据在反响器研究中的应用；⑷了解电导率和旋光度测定，及旋光度与浓度关系；⑸拟定实验步骤、实验方案、实验记录和处理数据的方法；⑹写出预习报告，包括：原理、流程、实验方案、实验步骤，设计的实验记录表格，提出不懂的问题。8撰写实验报告撰写实验报告是为了更好地掌握本实验内容，也是为今后撰写科技论文打下良好根底。要求如下：⑴本实验意义及目的；⑵简述根本原理及简介装置流程，给出操作条件及步骤；⑶数据处理内容包括①单釜反响器和串联反响釜的停留时间分布密度，并画出曲线图；②根据停留时间测试数据的处理结果和蔗糖水解的化学反响速度方程式计算反响器出口浓度和反响转化率；③在单釜和三釜串联的实验装置上进行蔗糖水解实验的数据，计算出口浓度和反响转化率。⑷实验结果及其分析讨论：①将停留时间测试数据的处理结果与全混反响器和平推流反响器相比拟，分析单釜和串联反响器的返混情况；②全混反响器单釜和三釜串联的蔗糖水解计算结果加以比拟并加以讨论；③将在单釜和三釜串联的蔗糖水解实验结果，包括出口浓度和反响转化率等与计算结果进行比拟及分析讨论。④其它有关讨论。参考文献〔1〕尹芳华，李为民.化学反响工程根底.北京：中国石化出版社，2000年〔2〕房鼎业，乐清华，李福清.化学工程与工艺专业实验.北京：化学工业出版社，2000年

实验2乙酸丁酯的合成及精制有机化工产品是最终产品的原料，它是决定最终产品品种、数量、质量、生产规模、产品经济性的重要条件。有机化工产品用途非常广泛。这些产品与工业、农业、建筑业、交通运输业等的开展，以及国防、文教、卫生和人民生活都有着密切的关系。乙酸丁酯是应用范围最广的脂肪酸酯之一，它是—种优良的有机溶剂，广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在石油加工和制药过程中用作萃取剂，也用于香料工业等。尽管化工生产中产品种类繁多，生产方法各异，但共同的特点是都包括有反响和别离提纯。1实验目的〔1〕初步了解和掌握化工产品开发的研究思路和实验研究方法。〔2〕学会组织全流程实验，并获得高纯度的产品。〔3〕学会分析实验流程及实验结果，提出实验改良方案。2实验原理2.1乙酸丁酯的合成酯的制备途径很多，其反响式如下：①RCOOH+R’CH2OH—→RCOOCH2R’+H2O②RCOOR’+R〞CH2OH—→RCOOR〞+R’CH2OH③RCOOR’+R〞COOH—→RCOOR〞+R’COOH④RCOCL+R’OH—→RCOOR’+HCl⑤(RCO)2O+2R’OH—→2RCOOR’+H2O⑥RCOOR’+R〞COOR〞’—→RCOOR〞’+R〞COOR’⑦RCOONa+R’Cl—→RCOOR’+NaCl

其中，①为有脂肪酸与脂肪醇的直接脱水反响；②和③为脂肪酸酯与脂肪醇或脂肪酸置换生成新酯的反响；④为脂肪酸酰卤和醇的反响；③为两种酯之间的酯交换反响；⑥为脂肪酸酐与醇的反响；⑦为脂肪酸盐与卤代烷的反响。上述制备酯的反响中，工业上应用最多的是①②③三种方法。脂肪酸与脂肪醇脱水合成酯的方法是最根本最成熟的酯化方法。为了提高酯化反响的速度，常参加某种催化刑，如硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、杂多酸等，根据反响物系的不同情况，也可选用ZnO、活性铝、氧化钛、四异丙基钛等的路易斯酸、Zn(Ac)、Sn、Pb、Zr、Sb之类的两性金属氧化物、氢氧化物，固体超强酸Ti02—S等。酯化反响是一可逆反响，当反响达平衡后，酯的生成量就不再增加，为了提高酯的产量，可加过量的乙酸或丁醇，或不断从反响混合物中将所生成的水除去，以促使平衡向正向反响进行。2.2乙酸丁酯的精制合成的乙酸丁酯粗产品中，除了酯以外，还含有少量水、催化剂及未反响完的丁醇和乙酸，也还可能有副产物等，故需要进行别离提纯。别离提纯可采用物理、化学方法。3实验方案的拟定3.1查阅资料，以“乙酸丁酯的合成及精制〞为题完成文献综述；3.2拟定实验方案〔1〕从技术和经济的角度综合考虑，确定合成反响条件：①确定合成反响方法及所用催化剂，并说明理由。鼓励选用先进的实验方法；②选择反响方式：即选择间歇反响、连续反响或半连续反响；③如选择反响精馏，塔釜为500ml；其他方法，反响器为250ml。请确定各原料及催化剂用量；④确定获判断反响结束时间。〔2〕设计精制方案、绘制精制流程图。〔3〕绘制实验装置图。〔4〕确定气相色谱分析条件及分析方法。〔5〕设计详细的实验操作步骤。〔6〕安排实验进度。〔7〕列出参考文献〔不少于5篇〕。4实验方案讨论在预约的实验前一周进行实验方案讨论，实验方案通过前方可进行下一步的实验。５实验过程各组根据领料单领料；安装实验设备进行实验；所得乙酸丁酯产品纯度满足国家标准可结束实验。6实验结果及讨论〔1〕计算反响的转化率与乙酸丁酯的收率并做简要评价。〔2〕要提高乙酸丁酯产品的收率及纯度可采取哪些措施？〔3〕请进一步完善自己的实验方案；〔4〕根据实验研究结果，试设计连续生产的工艺流程。附录我国乙酸丁酯的国家标准〔GB3728-91〕指标名称优等品一等品合格品色度〔铂-钴〕，号≤101020密度，〔20℃〕，g/cm0.878-0.8830.878-0.8830.820-0.883乙酸丁酯含量，%≥99.298.096.0水分，%≤0.100.200.40酸度〔以CH3COOH计〕，%0.0040.0050.010蒸发残渣，%≤0.0020.0050.010实验2乙酸丁酯的合成及精制有机化工产品是最终产品的原料，它是决定最终产品品种、数量、质量、生产规模、产品经济性的重要条件。有机化工产品用途非常广泛。这些产品与工业、农业、建筑业、交通运输业等的开展，以及国防、文教、卫生和人民生活都有着密切的关系。乙酸丁酯是应用范围最广的脂肪酸酯之一，它是—种优良的有机溶剂，广泛应用于硝化纤维清漆中，在人造革、织物及塑料加工过程中用作溶剂，在石油加工和制药过程中用作萃取剂，也用于香料工业等。尽管化工生产中产品种类繁多，生产方法各异，但共同的特点是都包括有反响和别离提纯。1实验目的〔1〕初步了解和掌握化工产品开发的研究思路和实验研究方法。〔2〕学会组织全流程实验，并获得高纯度的产品。〔3〕学会分析实验流程及实验结果，提出实验改良方案。2实验原理2.1乙酸丁酯的合成酯的制备途径很多，其反响式如下：①RCOOH+R’CH2OH—→RCOOCH2R’+H2O②RCOOR’+R〞CH2OH—→RCOOR〞+R’CH2OH③RCOOR’+R〞COOH—→RCOOR〞+R’COOH④RCOCL+R’OH—→RCOOR’+HCl⑤(RCO)2O+2R’OH—→2RCOOR’+H2O⑥RCOOR’+R〞COOR〞’—→RCOOR〞’+R〞COOR’⑦RCOONa+R’Cl—→RCOOR’+NaCl

其中，①为有脂肪酸与脂肪醇的直接脱水反响；②和③为脂肪酸酯与脂肪醇或脂肪酸置换生成新酯的反响；④为脂肪酸酰卤和醇的反响；③为两种酯之间的酯交换反响；⑥为脂肪酸酐与醇的反响；⑦为脂肪酸盐与卤代烷的反响。上述制备酯的反响中，工业上应用最多的是①②③三种方法。脂肪酸与脂肪醇脱水合成酯的方法是最根本最成熟的酯化方法。为了提高酯化反响的速度，常参加某种催化刑，如硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、杂多酸等，根据反响物系的不同情况，也可选用ZnO、活性铝、氧化钛、四异丙基钛等的路易斯酸、Zn(Ac)、Sn、Pb、Zr、Sb之类的两性金属氧化物、氢氧化物，固体超强酸Ti02—S等。酯化反响是一可逆反响，当反响达平衡后，酯的生成量就不再增加，为了提高酯的产量，可加过量的乙酸或丁醇，或不断从反响混合物中将所生成的水除去，以促使平衡向正向反响进行。2.2乙酸丁酯的精制合成的乙酸丁酯粗产品中，除了酯以外，还含有少量水、催化剂及未反响完的丁醇和乙酸，也还可能有副产物等，故需要进行别离提纯。别离提纯可采用物理、化学方法。3实验方案的拟定3.1查阅资料，以“乙酸丁酯的合成及精制〞为题完成文献综述；3.2拟定实验方案〔1〕从技术和经济的角度综合考虑，确定合成反响条件：①确定合成反响方法及所用催化剂，并说明理由。鼓励选用先进的实验方法；②选择反响方式：即选择间歇反响、连续反响或半连续反响；③如选择反响精馏，塔釜为500ml；其他方法，反响器为250ml。请确定各原料及催化剂用量；④如选择连续或半连续反响，请确定加料顺序；⑤如为间歇反响，确定反响时间。〔2〕设计精制方案、绘制精制流程图。〔3〕绘制实验装置图。〔4〕确定气相色谱分析条件及分析方法。〔5〕设计详细的实验操作步骤。〔6〕安排实验进度。〔7〕列出参考文献〔不少于5篇〕。4实验方案讨论在预约的实验前一周进行实验方案讨论，实验方案通过前方可进行下一步的实验。５实验过程各组根据领料单领料；安装实验设备进行实验；所得乙酸丁酯产品纯度满足国家标准可结束实验。6实验结果及讨论〔1〕计算反响的转化率与乙酸丁酯的收率并做简要评价。〔2〕要提高乙酸丁酯产品的收率及纯度可采取哪些措施？〔3〕请进一步完善自己的实验方案；〔4〕根据实验研究结果，试设计连续生产的工艺流程。附录我国乙酸丁酯的国家标准〔GB3728-91〕指标名称优等品一等品合格品色度〔铂-钴〕，号≤101020密度，〔20℃〕，g/cm30.878-0.8830.878-0.8830.820-0.883乙酸丁酯含量，%≥99.298.096.0水分，%≤0.100.200.40酸度〔以CH3COOH计〕，%0.0040.0050.010蒸发残渣，%≤0.0020.0050.010

实验3水盐体系相图是以水和各种盐类组成的体系为对象研究相组成的表达方法及其变化规律。水盐体系相图广泛应用于盐化工、肥料化工、海洋化工、三废处理等领域。工业上以盐矿、盐湖、地下卤水、海水为原料进行化工产品的加工，都需要水盐体系相图的指导。对相图进行分析研究，可以获得制备相应产品的工艺路线和条件，然后有针对性的进行实验，从而缩短化工产品的研发周期，节省研发费用。绘制相图所需的溶解度数据通过实验进行测定[1]。1实验目的本实验通过在25℃下K+、Na+、C1-、SO4=和H2O体系的相平衡数据的测定、相图的绘制、工艺路线的分析以及实验方案确实定，最终制取K2SO42实验原理实验室常用等温法测定相平衡数据。即在某一恒定的温度下，使一定组成的系统在实验装置内到达相平衡，然后直接测定液相的组成，并鉴定与液相呈平衡的固相组成，从而获得相平衡数据。2.1相图标绘和分析对于K+、Na+、C1-、SO4=—H2O体系，其相律特征为： (1)由于独立组份数为C=4，在等温等压条件下，相律公式为： (2)由于在相平衡条件下，自由度F=0，故相数。即，一个液相，三个固相。对于交互四元物系，复分解反响过程为(3)式中，A、B代表阳离子；X、Y代表阴离子。K+、Na+、C1-、SO4=—H2O体系复分解反响方程式为 (4)按等当量关系，也可写成 (5)对于K+、Na+、C1-、SO4=—H2O体系，实测的溶解度数据示于表1，由表中数据标绘的相图示于图1。现以图1中R点为例说明相图的绘制方法。表1K+、Na+、C1-、SO4=—H2O体系溶解度数据化合物KClNaClNa2SO4K2SO4H2OTS分子量74.658.514217418因次molmolmolmolmol℃E点0.00.041.828.69100025Na2SO4·10H2O+NaK3(SO4)2G点0.053.0829.017.40100025Na2SO4·10H2O+NaK3(SO4)2+Na2SO4R点18.9487.0613.670.0100025Na2SO4+NaCl+Na2SO4·3K2SO4J点39.8687.164.060.0100025K2SO4+KCl+NaK3(SO4)2P点70.4434.500.03.08100025K2SO4+KCl+Na2SO4·3K2SO4N点85.400.00.01.55100025K2SO4+KClF点0.066.2425.710.0100025Na2SO4·10H2O+Na2SO4H点0.099.1412.550.0100025Na2SO4+NaClK点36.1292.900.00.0100025NaCl+KClM点0.00.08.4713.82100025K2SO4+NaK3(SO4)2图1K+、Na+、C1-、SO4=—H2O体系相图——25℃等温溶解度线----100℃等温溶解度线—·—工艺分析线段将表1中R点溶解度数据按等当量关系整理，示于表2。据此可进一步计算出R点所示的饱和溶液中各离子的摩尔数，即：K2++和Na2++在阳离子中所占的摩尔分率，Cl2=和SO4=在阴离子中所占的摩尔分率，列于表3。表2按等当量关系整理后的R点溶解度数据化合物K2Cl2Na2Cl2Na2SO4H2OTS因次molmolmolmol℃固相数量9.4743.5313.67100025NaCl+Na2SO4+Na2SO4·3K2SO4表3R点溶液中各离子的摩尔数和摩尔分率离子K2++Na2++Cl2=SO4=H2O摩尔数，mol9.4757.253.013.671000摩尔分率，%14.2085.8079.5020.501500合计，%100100以Cl2=的摩尔分率〔或称杰内克指数J〕为横坐标，以Na2++的摩尔分率为纵坐标，建立坐标系，将表3所列的Cl2=摩尔分率79.50%和Na2++摩尔分率85.80%标绘在图2中，即得R点。如法炮制，即可绘得图3中的E、G、J、P、M和N各点，连点成线，得25℃溶解度曲线，即相图。相图1显示，25℃时K+、Na+、C1-、SO4=-H2O体系存在6个结晶区间，分别是：AEGFA：Na2SO4·10H2O结晶区FHRGF：Na2SO4结晶区HRJKBH：NaCl结晶区EGRJPME：Na2SO4·3K2SO4结晶区KJPNCK：KCl结晶区MPNDM：K2SO4的结晶区相图1还给出了100℃的溶解度曲线，100℃时K+、Na+、C1-、SO4=-H2O体系存在5个结晶区，它们分别是：Na2SO4、Na2SO4·3K2SO4、KCl、NaCl和K图2四元体系相图坐标图3四元体系25℃相图2.2水盐体系相平衡数据的测定〔1〕相平衡体系的建立K+、Na+、C1-、SO4=-H2O体系存在着化学平衡和相平衡，从化学反响方程式〔5〕可知，反响物固盐硫酸钠和氯化钾溶解进入液相，在液相中离解为K+、Na+、C1-、SO4=四种离子，这些离子相互发生化学作用，生成产物硫酸钾和氯化钠，并从溶液中结晶出来，最终到达化学平衡和相平衡状态。水盐体系相平衡数据的测定过程，就是要在实验条件下建立互成平衡的固液两相，然后对固相和液相的组成进行测定〔主要是测定液相组成〕，并和表1所示的文献值进行比拟，从而验证文献值的正确性。如何建立互成平衡的固液两相？我们知道，表1所示的溶解度数据，实际上是饱和溶液中各盐的浓度，那么，要建立互成平衡的固液两相，各盐的加料量应当略高于饱和溶液的溶解度，这样，当固盐溶解到达饱和浓度时，仍有少量未溶解的固盐存在，从而形成固液两相的平衡状态。必须指出，表1所载的溶解度数据是25℃时1000mol水中溶解的固盐的mol数。由于实验条件下的设备容积较小，不可能容纳1000mol水的盐溶液。因此，在配料时，实际称量的固盐量和水量应按表1的溶解度数据成比例地进行缩小。相平衡实验中，一般按总干盐量20g进行配料。〔2〕R点配料的计算由表1中R点的溶解度数据，1000mol水中溶解的各固盐的总克数为实验中称取各固盐的总量为20g，故缩小的比例为〔倍〕由此可得各固盐的理论参加量为构造互成平衡的固液两相，各固盐的实际参加量按理论量的1.15倍计算，取小数点后一位，用小台秤称量，即水无需过量，按理论量参加〔3〕P点配料的计算表1中P点，1000mol水中溶解的各固盐的总克数为称取固盐总量20g时，缩小比例为〔倍〕由此可得各固盐的理论参加量：同理，各固盐的实际参加量按理论量的1.15倍计算2.3相平衡数据测定方法测定相平衡数据实验装置如图4所示，制备方法如下：(1)加热水浴至25±0.05℃；(2)按相图R、P点用台秤称量干盐总量不超过20g；(3)先参加少量水于平衡管中，再依次参加KCl、NaCl、Na2SO4、K2SO4，开搅拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，记时间、温度、平衡搅动2—3小时；(4)停止搅动，静止澄清1—2小时，分别取清液和湿渣固体进行分析。图4测定相平衡数据实验装置图1—精密温度计；2—搅拌器；3—相平衡管；4—恒温水浴3硫酸钾制备3.1制备工艺对相图进行分析，可以提出三种生产K2SO4工艺路线：直接法，间接法和闭接法。〔1〕直接法制备硫酸钾直接法制备K2SO4工艺流程示于图5。将配料组成点设计在图1中的“a〞点，其反响为Na2SO4+2KCl+W式中，W为水，P为含有Na+、SO4=、K+、C1-、H2O的饱和盐溶液。直接法制备硫酸钾，理论上钾的收率在26～29％之间。图5直接法制备K2SO4工艺流程〔2〕间接法制备硫酸钾间接法制备K2SO4工艺流程示于图6。制备过程分两步进行。第一步：把配料点设计在图1的“1〞点，其反响为Na2SO4+2KCl+W1Na2SO4·3K2SO4+R式中，W1为水，R为含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O的饱和盐溶液，反响生成的Na2SO4·3K2SO4称为钾芒硝，用点g表示。第二步：将g点钾芒硝Na2SO4·3K2SO4与KCl和H2O配制至图1的“b〞点，反响式为g+2KCl+W2K2SO4+P式中，W2为水，P为含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O的饱和盐溶液。间接法制备硫酸钾，理论上钾的收率可达58％左右。P溶液中的钾还可进一步回收，将P盐溶液与Na2SO4配制成相图所示的物系点“3'〞，反响式为P+Na2SO4±W3Na2SO4·3K2SO4+R其中±W3为增加或减少的水量，R为含Na+、SO4=、K+、C1-、H2O饱和盐溶液。回收P溶液后，钾的理论收率可提高到80%。在25℃时相图R、P和g点离子J值示于表4。图6间接法生产K2SO4工艺流程表4在25℃时离子J值体系点P68.9531.0594.465.541800R14.2085.8079.5020.501500g75.0025.000.00100.000.00〔3〕闭路法制备硫酸钾和回收NaCl工艺闭路法制备K2SO4工艺流程示于图7。此工艺在间接法的根底上回收R盐溶中的NaCl和钾芒硝g。将R溶液经人为调节到“4〞点，加热溶液4至100℃，蒸发掉局部水份。由于溶液4处于100℃时NaCl结晶区内，故析出NaCl，过滤得NaCl和C100℃的盐溶液。C100℃盐溶液处于25℃的钾芒硝结晶区内，故当冷却至25℃时，得到钾芒销和盐溶液3。把钾芒硝和盐溶液3反复使用，并结合图7闭路法生产K2SO4和NaCl工艺流程图7中，A1、A2、A3—Na2SO4；B—Na2Cl2；C1、C2、C3—K2Cl2；D—K2SO4；G1、G2、G3—Na2SO4·3K2SO4；W1、W2、W3、W4—H2O；R1、R2、R3、R、P—盐溶液。在100℃时C100℃点离子J值表5在100℃时各体系点C100℃29.0270.9885.4314.571246 3.2收率计算直接法工艺流程直接法的反响过程为：Na2SO4+K2Cl2+W物质的mol数：acdp设总干盐量为100mol，那么：a+c=100〔1〕d+p=100〔2〕离子平衡方程：K2++： c=0.675p+d〔3〕Na2++： a=0.325p〔4〕Cl2=： c=0.946p〔5〕SO4=： a=0.054p+d〔6〕H2O：w=19.40p〔7〕从7个方程中选5个独立方程求得5个未知量〔单位：mol〕：a=25.6，c=74.4，w=1526，d=21.3，p=78.7K2++的回收率为：3.2.2间接间接法制备硫酸钾，第一步反响方程式：Na2SO4+K2Cl2+W1Na2SO4·3K2SO4+R(1)物质mol数：ac1gr第二步反响方程式：Na2SO4·3K2SO4+K2Cl2+W2K2SO4+P2)物质mol数：gc2dp设反响式(1)总干盐量为100mol，那么：a+c1=100(3)g+r=100(4)离子平衡式：Na2++：a=0.25g+0.858rK2++：cl=0.75g+0.142rCl2=： cl=0.795r(7)SO4=： a=g+0.205r(8)H2O： wl=15.00r (9)反响(2)总干盐量：g+c2=d+p(10)离子平衡式：对于Na2++： 0.25g=0.3105pK2++： c2+0.75g=d+0.6895pCl2=： c2=0.9446p(13)SO4=： g=d+0.0554p(14)H2O： w2=18.00p(15)从13个方程中选9个独立方程求得9个未知量〔单位：mol〕：a=57.41c1=42.59w1g=46.16r=55.67c2w2=688.84d=44.24p=35.50K2++的回收率为：闭路法工艺流程计算从略。3.3配料计算“1”点配料计算取总干盐量50g，那么〔倍〕故：“b〞点配料计算称取钾芒硝的量〔单位：g〕：钾芒硝分子量：比例式：故应称取氯化钾的量〔g〕：比例式：故应称取水的量〔g〕：3.4制备K2SO4的方法制备K2SO4的实验装置示于图6，制备方法如下：(1)加热水浴25℃，按相图用杠杆原理或用R、P、g的溶解度数据计算物系点1、a、3、b所需各自原料量，干盐总量不超过50g；(2)按物系点计算出所需的Na2SO4、KCl、W(H2O)、g(复盐)、P(盐溶液)、R(盐溶液)的量，用台秤称量；(3)开搅拌器，先加少量水于反响器中，然后依据不同反响依次参加KCl、g(复盐)、Na2SO4，最后把所余的水全部参加，记温度、时间，反响3—4小时；(4)反响结束后，盐浆用真空系统过滤，收集固体和液体，并用台秤称量，关闭反响体系和真空体系；(5)用分析天平称固、液样品，用重量法测定固、液体中K+含量，用容量法测固、液中的Cl-、SO4=含量；(6)根据分析结果计算K2SO4中K+、Cl-、SO4=的含量，钾芒硝中K+、Cl-、SO4=的含量，K+的收率。3.5制备NaCl的方法制备NaCl的方法如下：(1)按相图，用杠杆原理或用100℃和点4溶解度数据计算蒸发的水量；(2)用电炉蒸发水量，用台秤称量；图6生产K2SO4实验装置图1—温度计；2—搅拌器；3—反响器；4—恒温水浴(3)在100±5℃条件下过滤，并称量固体质量；(4)用分析天平称取样品，用容量法测定Cl-的含量；(5)计算NaCl的含量。4分析方法4.1含量测定方法(1)K+——四苯硼酸钠重量法(2)Cl-——银量法测定(3)SO4=——茜素和容量法测定(4)Na+——减差法确定(5)固体鉴定——晶体光学法4.2钾离子含量测定4.本法是由钾离子与四苯硼酸根作用，产生四苯硼酸钾白色沉淀，经过别离、枯燥、称量等步骤，计算出其含钾量。KCl+Na(C6H5)4BK(C6H5)4B(白色)+NaCl肥料中常见的杂质有铵盐、钙、镁、铝、铁、硫酸盐和磷酸盐等物质，铵盐与四苯硼酸钠要产生沉淀，可参加甲醛溶液，消除其干扰，至于其他杂质，可参加EDTA，使其成为络合物予以隐蔽，在碱性溶液中不致生成氢氧化物，硫酸盐或磷酸盐等沉淀与四苯硼酸钾一起析出。4.〔1〕浓盐酸〔比重1.19〕。〔2〕四苯硼酸钠溶液〔约2.5％，每毫升约含25毫克〕。称取6.25克四苯硼酸钠，于500毫升锥形瓶中，参加约200毫升蒸馏水使其溶解，加3.5克氢氧化铝，摇匀10分钟，用精密滤纸过滤。开始时滤液如呈混浊，那么须反复过滤直至澄明。集取全部滤液于250毫升量瓶中，参加0.5毫升氢氧化钠溶液〔20％〕，然后稀释至标线，混合备用。必要时，使用前重新过滤。〔3〕EDTA—氢氧化钠溶液：取EDTAl0克及氢氧化钠8克，溶于100毫升蒸馏水中。〔4〕四苯硼酸钠洗液〔0.1％〕：取上述四苯硼酸钠溶液〔2.5％〕40毫升，加蒸馏水稀释至1升。〔5〕甲醛溶液〔40％〕。〔6〕甲基红指示剂〔0.1％乙醇溶液〕。4.2.3固体试液配置：称取固体试样S约4.5-5.5g〔准确到四位小数〕置于烧杯中，移倾于500毫升量瓶中，加蒸馏水至标线，备用。液体试液配置：称取液体试样L约5g〔准确到四位小数〕溶于250ml量瓶中，备用。固体试液或液体试液中钾含量测定：取5毫升上述试液置于100毫升烧杯内，参加适量的蒸馏水20毫升〔以参加以下各种试剂后溶液总量为50毫升〕[注1]，顺序参加1毫升盐酸(1:9)、5毫升甲醛溶液和5毫升EDTA—氢氧化钠混合溶液[注2]。在剧烈搅拌下以每秒1～2滴的速度[注3]参加较理论所需量多4毫升的四苯硼酸钠溶液〔每1毫升约相当于3.33毫克K2O[注4]，共计约10-11ml〕，静置30分钟后[注5]，用重量的细密烧结玻璃过滤坩埚过滤，将沉淀用稀四苯硼酸钠洗液全部洗移入坩埚[注6]，再用该溶液洗涤5次，每次用5毫升。继之，用蒸馏水洗涤2次[注7]，每次2毫升。然后，把坩埚连用沉淀放在120℃[注8]烘箱内1小时，取出，放入枯燥器内冷却，称重，重复操作直至恒重[注9]固相中钾含量百分率按下式计算：溶液中钾含量百分率按下式计算：氧化钾含量百分率按下式计算：式中：G—四苯硼酸钾克数，g；0.1341—四苯硼酸钾[KB(C6H5)4]换算为氧化钾(K2O)的系数；W—所取试样克数，g。注解[1]使溶液最后容量为50毫升，其目的是为了使沉淀在溶液中的溶解度减至最小的限度，同时，也是为了调节溶液的PH值，对消除铵盐的干扰和发挥EDTA的隐蔽效果，创造的条件。[2]铵盐的干扰，可以通过与甲基反响生成六亚甲基四胺予以消除：6HCHO+4NH4C1+4NaOH(CH2)N2+4NaCl+10H2这是一个可逆反响，反响向右或向左进行，须视OH-浓度决定。氢氧化钠的浓度在0.05N以上时，反响向右方进行，那么铵盐的干扰可以消除；如氢氧化钠的浓度在0.05N以下时，反响那么向左方进行。这样，铵离子遇四苯硼酸钠，即生成四苯硼铵沉淀[NH4(C4H3)4B]，溶液中倘有钙、镁、铝、硫酸盐、磷酸盐等杂质，在碱性溶液中由于EDTA的存在，可予以络合隐蔽，不致产生硫酸盐等沉淀，但是氢氧化钠的浓度在0.16N以上时，在铁和钾的共存下，那么产生氢氧化铁沉淀。因此，在沉淀四苯硼酸钾时，溶液中氢氧化钠的浓度必须调整在0.05~0.16N之间，特别在检验复合肥料时更须注意。[3]参加四苯硼酸钠，可使所产生的沉淀较易过滤。[4]此处参加较理论多0.1的四苯硼酸钠是为保证沉淀完全。[5]设置时间过短(在10分钟内)会使测试结果偏低，过长亦无必要。[6]用四苯硼酸钠洗涤沉淀，是利用同离子效应，以减低四苯硼酸钾的溶解减少至可无视的程度。[7]用蒸馏水洗涤的目的，旨在去除沉淀上所谓的四苯硼酸钾。[8]注意勿使温度上升至120℃，在130℃以上时，四苯硼酸钾要徐徐地分解，到达265℃以上时，那么完全分解：K(C6H3)4B+30B2KBO2+24CO2[9]四苯硼酸钾能溶于丙酮，如钳埚洗涤有困难时，可用丙酮溶解。4.3氯离子含量的测定4.在中性或弱碱性溶液中以铬酸钾〔K2CrO4〕为批示剂，用硝酸银〔AgNO3〕直接滴定，其反响如下：NaCl+AgNO3NaNO3+AgCl(白色)MgCl2+2AgNO3Mg(NO3)2+2AgCl(白色)KCl+AgNO3KNO3+AgCl(白色)K2CrO4+2AgNO32KNO3+Ag2CrO4(砖红色)因为氯化银的浓度积较铬酸银小，所以氯化银先行沉淀，直至溶液中氯离子全部变为氯化银沉淀后，那么砖红色铬酸银沉淀出现，即为滴定终点。4.25毫升移液管，250毫升容量瓶。L：液体5g〔准确到四位小数〕溶于500ml容量瓶中。S：固体1g〔准确到四位小数〕左右溶于250ml量瓶中。250毫升锥形瓶，50毫升量筒，50毫升棕色滴定管；5％K2CrO4和0.05NAgNO3。4.用移液管吸取10毫升上面制备的稀释液于250毫升锥形瓶中，参加约20毫升蒸馏水，加5％K2CrO4批示剂5～7滴，在充分摇动下，用0.065NAgNO3标准溶液滴定至悬浊液由淡黄色变为微砖红色，经充分摇动后不消失，即为终点。4.氯离子含量的计算方法：式中，V——滴定时所消耗的0.05NAgNO3毫升数；N——AgNO3标准溶液的当量浓度；G——样品重量，克；0.03546——毫克当量。4.溶液的PH最好为9，不得高于10.5及低于6.5。因为溶液为酸性时，那么Ag2CrO4+H2SO4Ag2SO4+H2CrO4会降低生成Ag2CrO4的灵敏度，同时Ag2CrO4能溶解于酸中。当溶液为碱性时，那么AgNO3+NaOHAgOH+NaNO32AgOHAg2O(黑色)+H2O4.4硫酸钠含量的测定4.用BaCl2标准溶液滴定试样中的SO4=，采用茜素红为吸附指示剂：SO4=+Ba++BaSO4(白色)滴定时生成的硫酸钡(BaSO4)吸附溶液中的SO4=，使沉淀带负电荷。当到达等当点后，过量的钡离子(Ba++)被硫酸钡吸附，使沉淀带正电荷，此时，带负电荷的指示剂离子(C14H4OS-)被吸附于沉淀外表，与Ba++生成红色的络合物。溶液中加乙醇可降低BaSO4溶解度，并能得到外表积较大的细小BaSO4结晶，使吸附能力增强，终点变色明显。用6N醋酸(HAc)调整溶液酸度，使PH在3～3.5之间，防止碳酸根的干扰。4.分析天平，称量瓶，10毫升移液管，250毫升容量瓶，25毫升滴定管，250毫升烧杯，10毫升量筒，30毫升滴瓶；0．2％茜素红，6NHAc，无水乙醇，0.1BaCl2标准溶液。4.用称量瓶在分析天平上称取S：固体1～2g〔准确到四位小数〕；L：液体7.5～8g〔准确到四位小数〕。置于250毫升烧杯中，加水100毫升溶解。溶液移入250毫升容量瓶，用水洗涤烧杯数次，洗液并入容量瓶，