【正文】 SO4)2+Na2SO4R點(diǎn)100025Na2SO4+ NaCl+Na2SO4K+、Na+、CSO4=—H2O體系復(fù)分解反應(yīng)方程式為 (4)按等當(dāng)量關(guān)系，也可寫成 (5)對(duì)于K+、Na+、CSO4=—H2O體系，實(shí)測(cè)的溶解度數(shù)據(jù)示于表1，由表中數(shù)據(jù)標(biāo)繪的相圖示于圖1。即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組成，從而獲得相平衡數(shù)據(jù)。繪制相圖所需的溶解度數(shù)據(jù)通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定[1]。附錄 我國乙酸丁酯的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB372891）指標(biāo)名稱優(yōu)等品一等品合格品色度（鉑鈷），號(hào) ≤101020密度，（20℃），g/cm3乙酸丁酯含量，% ≥水分，% ≤酸度（以CH3COOH計(jì)），%蒸發(fā)殘?jiān)? ≤ 實(shí)驗(yàn)3 水鹽體系相平衡測(cè)定及硫酸鉀制備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。4 實(shí)驗(yàn)方案討論 在預(yù)約的實(shí)驗(yàn)前一周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案討論，實(shí)驗(yàn)方案通過后方可進(jìn)行下一步的實(shí)驗(yàn)。（4）確定氣相色譜分析條件及分析方法。鼓勵(lì)選用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法；②選擇反應(yīng)方式：即選擇間歇反應(yīng)、連續(xù)反應(yīng)或半連續(xù)反應(yīng)；③如選擇反應(yīng)精餾，塔釜為500ml；其他方法，反應(yīng)器為250ml。 酯化反應(yīng)是一可逆反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)達(dá)平衡后，酯的生成量就不再增加，為了提高酯的產(chǎn)量，可加過量的乙酸或丁醇，或不斷從反應(yīng)混合物中將所生成的水除去，以促使平衡向正向反應(yīng)進(jìn)行。2 實(shí)驗(yàn)原理 酯的制備途徑很多，其反應(yīng)式如下：① RCOOH + R’CH2OH —→ RCOOCH2R’+ H2O② RCOOR’ + R”CH2OH —→ RCOOR” + R’CH2OH③ RCOOR’ + R”COOH —→ RCOOR” + R’COOH④ RCOCL + R’OH —→ RCOOR’ + HCl⑤ (RCO)2O + 2R’OH —→ 2RCOOR’ + H2O⑥ RCOOR’ +R”COOR”’ —→ RCOOR”’ + R”COOR’⑦ RCOONa + R’Cl —→ RCOOR’ + NaCl
其中，①為有脂肪酸與脂肪醇的直接脫水反應(yīng)；②和③為脂肪酸酯與脂肪醇或脂肪酸置換生成新酯的反應(yīng)；④為脂肪酸酰鹵和醇的反應(yīng)；③為兩種酯之間的酯交換反應(yīng)；⑥為脂肪酸酐與醇的反應(yīng)；⑦為脂肪酸鹽與鹵代烷的反應(yīng)。盡管化工生產(chǎn)中產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)方法各異，但共同的特點(diǎn)是都包括有反應(yīng)和分離提純。參考文獻(xiàn)（1）尹芳華，李為民. 化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ). 北京：中國石化出版社，2000年（2）房鼎業(yè)，樂清華，. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000年實(shí)驗(yàn)2 乙酸丁酯的合成及精制有機(jī)化工產(chǎn)品是最終產(chǎn)品的原料，它是決定最終產(chǎn)品品種、數(shù)量、質(zhì)量、生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)性的重要條件。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)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的無因次散度在0～1之間。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。6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理根據(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。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？）。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。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。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。由恒溫槽送出的恒溫水控制反應(yīng)器的溫度。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)。KCl電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系為 CKClλKCl=KKCl ﹙9﹚式中，CKCl為KCl的濃度；λKCl為KCl的摩爾電導(dǎo)；KKCl為KCl的電導(dǎo)率。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。因而可通過測(cè)定的αt直接由(6)式算出CA。溶液的旋光度為溶液中各組分旋光度之和。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)）。蔗糖及其水解產(chǎn)物都為旋光物質(zhì),其比旋光度分別是。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。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。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。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。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 2010年7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 乙酸丁酯的合成及精制……………………………………………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 聚醋酸乙烯酯乳液的合成和乳膠漆的制備………………………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 液膜分離法處理廢水實(shí)驗(yàn)…………………………………………68實(shí)驗(yàn) 8中低品位磷礦組合式浸取實(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)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)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。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。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。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?；瘜W(xué)工業(yè)是國民經(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?；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。各實(shí)驗(yàn)的講義由相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教師編寫。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。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)。影響反應(yīng)速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。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。但實(shí)際的管式反應(yīng)器的混合狀況更接近于平推流反應(yīng)器，實(shí)際的釜式反應(yīng)器更接近于全混反應(yīng)器。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)+H2O—→C6H12O6(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)。176。所以可用溶液的旋光度變化來度量反應(yīng)的程度。α0、α∞、αt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?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。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。將C(t)關(guān)系式代入E(t)關(guān)系式，得 E(t)＝（U/Q）μ′V(t) ﹙11﹚令 μ＝μ′U/Q ﹙12﹚則 E(t)＝μV(t) ﹙13﹚因?yàn)? ﹙14﹚其中A為 V(t)t曲線下的面積（mm﹒s）；將E(t)與V(t)關(guān)系代入上式，得 ﹙15﹚因?yàn)? ﹙16﹚所以 dA/A＝E(t)dt ﹙17﹚dA/dt＝V(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τm和無因次散度， ﹙19﹚ ﹙20﹚ ﹙21﹚以此即可考查反應(yīng)器的返混特性。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。標(biāo)定步驟：打開反應(yīng)器進(jìn)口開關(guān)，按表1調(diào)節(jié)流量計(jì)流量，同時(shí)打開攪拌器至一定的轉(zhuǎn)速，待流量穩(wěn)定時(shí)關(guān)閉反應(yīng)器進(jìn)口開關(guān)的同時(shí)在出口處收集流出水，再打開反應(yīng)器的底部的排空開關(guān)收集排出水，用量筒量取兩部分水的總體積，即為反應(yīng)器有效體積。某時(shí)刻t0，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)。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。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。在反應(yīng)器進(jìn)口取樣測(cè)定α0，一次水解實(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α∞。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)CA＝CA0exp(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℃103min1；25℃103min1[1]。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。有關(guān)問題如下：⑴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；⑵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；⑶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；⑷了解電導(dǎo)率和旋光度測(cè)定，及旋光度與濃度關(guān)系； ⑸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； ⑹寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，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。 ④其它有關(guān)討論。乙酸丁酯是應(yīng)用范圍最廣的脂肪酸酯之一，它是—種優(yōu)良的有機(jī)溶劑，廣泛應(yīng)用于硝化纖維清漆中，在人造革、織物及塑料加工過程中用作溶劑，在石油加工和制藥過程中用作萃取劑，也用于香料工業(yè)等。 （3）學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)流程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案。為了提高酯化反應(yīng)的速度，常加入某種催化刑，如硫酸、磷酸、對(duì)甲苯磺酸、雜多酸等，根據(jù)反應(yīng)物系的不同情況，也可選用ZnO、活性鋁、氧化鈦、四異丙基鈦等的路易斯酸、Zn(Ac)、Sn、Pb、Zr、Sb之類的兩性金屬氧化物、氫氧化物，固體超強(qiáng)酸Ti02—S等。 3實(shí)驗(yàn)方案的擬定 查閱資料，以“乙酸丁酯的合成及精制”為題完成文獻(xiàn)綜述； 擬定實(shí)驗(yàn)方案（1）從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度綜合考慮，確定合成反應(yīng)條件： ①確定合成反應(yīng)方法及所用催化劑，并說明理由。（3）繪制實(shí)驗(yàn)裝置圖。（7）列出參考文獻(xiàn)（不少于5篇）。（2）要提高乙酸丁酯產(chǎn)品的收率及純度可采取哪些措施？（3）請(qǐng)進(jìn)一步完善自己的實(shí)