【文章內容簡介】 收率，乙醇的選擇性。（取 320℃時的數(shù)據(jù)計算） 原料中乙醇的量 – 產(chǎn)物中乙醇的量乙醇的轉化率 = —————————————————— 100%原料中乙醇的量=%14 / 75 2生成乙醚的量（mol）乙醇的選擇性 = ———————————— 100% （乙醚）反應的乙醇量（mol）=%乙醚的收率 = 乙醇的轉化率 乙醇的選擇性 =% 2生成乙烯的量（mol）乙醇的選擇性 = ———————————— 100% （乙烯）反應的乙醇量（mol） =%乙烯的收率 = 乙醇的轉化率 乙醇的選擇性 =%六、實驗結果討論１．討論原料乙醇的轉化率，產(chǎn)物乙醚收率，副產(chǎn)物乙烯含率，乙醇的選擇性等參數(shù)隨反應溫度變化的規(guī)律，并作圖表示。　?。玻懻摲磻獪囟茸兓瘜Ψ磻胶獬?shù)的影響，反應動力學常數(shù)變化的影響，并作圖討論。3 ．回歸溫度和反應平衡常數(shù)、反應速率常數(shù)的關系式。七、問答題１．反應轉化率的提高和那些因素有關系？２．應如何提高反應的選擇性？怎樣使反應的平衡向有利于產(chǎn)物乙醚生成的方向發(fā)展？15 / 75３．如何使用和改變氣相色譜的條件？怎樣確定最適宜的分析條件？４．怎樣對液體產(chǎn)物進行定性和定量分析？如何求取校正因子？５．怎樣對整個反應過程進行物料恒算？應該注意那些問題？６．實驗中，那些簡化的處理方法可能造成實驗誤差？應怎樣進一步改進？７．談談在實驗中得到的一些體會和對實驗的建議。實驗三 中空纖維超過濾膜分離實驗一、實驗目的1. 了解和熟悉超過濾膜分離的工藝過程；2. 了解膜分離技術的特點；1. 培養(yǎng)膜分離的實驗操作技能。二、實驗原理膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質與溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法。膜分離法可用于液相和氣相。對于液相分離可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系。膜分離包括反滲透、超過濾、電滲析、微孔過濾等。膜分離過程具有無相態(tài)變化、設備簡單、分離效率高、占地面積小、操作方便、能耗少、適應性強等優(yōu)點。目前，在海水淡化、食品加工工業(yè)的濃縮分離、工業(yè)超純水制備、工業(yè)廢水處理待領域的應用越來越多。超過濾是膜分離技術的一個重要分支，通過實驗掌握這項技術具有重要的意義。根據(jù)溶解擴散模型，膜的選擇透過性是由于不同組分在膜中的溶解度和擴散系數(shù)不同而造成的。若假設組分在膜中的擴散服從 Fick 定律，則可推出透水速率 Fw 及溶質透過速16 / 75率 Fs 方程。 )()(39。?????????pARTpVcDMw式中：F w—透水速率，g/cm 2s；Dw—水在膜中的擴散系數(shù)，cm 2s；cw—水在膜中的濃度，g/cm 3；VM—水的偏摩爾體積， cm3/mol；Δp—膜兩側的壓力差，atm ；Δπ—膜兩側的滲透壓差，atm；R—氣體常數(shù)；T—溫度，K；Δ—膜的有效厚度，cm。A′—膜的水滲透系數(shù)（ ） ，g/cm 2s atm?RTVcDw? )()(3232cBcKcDFsss ??????式中，D s—溶質在膜中的擴散系數(shù)，cm 2/s；Ks—溶質在溶液和膜兩相中的分配系數(shù)；B—溶質滲透系數(shù)；Δc—膜兩側的濃度差。有了上述方程，下面建立中空纖維在定態(tài)時的宏觀方程。料液在管中流動情況如圖所示。取假設條件：（1） 徑向混全均勻；（2） πA=BXA，滲透壓正比于摩爾分數(shù)；（3） NA 171。 NB,XA3 171。1，B 組分優(yōu)先透過；（4） DAM/Kδ， 同 XA1 或 K 無關； （5） ，忽略軸向混合擴散。??ELUpe0由假設看出，其實質是一維問題，只是側壁有液體流出的情況，因為關心的是管中組17 / 75分的濃度分布，只需做出兩個質量衡算方程即可求解。由連續(xù)性方程： )(0源 項dxucPivt?????和總流率方程： )(310滲 透 項壓 力 項 ?????cAPJt ?可推出 （1）hcrVdxuw)(1[3?式中，h 為裝填系數(shù)，對于圓管 h=R/2，R 為管半徑。PrcAW1????由溶質 A 的連續(xù)性方程 Atudivc39。???可推出 （2）hVxW31?實際工作中更關心的是回收率， ，因此需要將式（1）和式（2）轉化為0u???Δ、 c1 的方程。 （3）)](1[Vcrdxuhdx???? （4）???????dcxdxcuuhVdxucWW1)(31131由流率方程可推出 c1 與 c3 的關系，為(定態(tài)) (無混合擴散)18 / 75式中 （5）????WAMVKDLrclrc??????/ ]})(1exp[1{331式（3） 、 （4）為非線性方程，一般只能在特定條件下求得數(shù)值解。但當 r=0 時，則化為線性微分方程，可求得解析解。附：分光光度計工作原理分光光度計的基本原理是溶液中的物質在光的照射激發(fā)下，產(chǎn)生了對光吸收的效應，物質對光的吸收是具有選擇性的，各種不同的物質都具有各自的吸收光譜，因此當某色光通過溶液時，其能量就會被吸收而減弱，光能量減弱的強度和物質的濃度有一定的比例關系，也即符合與比色原理—比耳定律。 0IT?KCLlog A:測得 K ？ C 待求？ L ？A其中：T 投射比 I0 入射比強度I 透射光強度 A 吸光度K 吸收系數(shù) L 溶液的光經(jīng)長度C 溶液的濃度由以上公式可以看出，當入射光/吸收系數(shù)和溶液的光經(jīng)長度不變時，透射光是根據(jù)溶液的濃度而變化的。三、實驗設備、流程和儀器1．主要設備：中空纖維超濾組件 透 過 液 出 口料 液 進 口 透 過 液 出 口 濃 縮 液 出 口中 空 纖 維 束19 / 75主要參數(shù)：截留分子量，6000過濾面積，2m 2適宜流量，400~600ml/min2．實驗流程本實驗將料液—聚乙烯醇水溶液（PVA）—濃縮，料液經(jīng)泵輸送經(jīng)過濾器，然后從下部進入膜組件。將料液分為：（1）透過液—透過膜的稀溶液，該液由流量計（什么流量計？）計量后入貯罐；（2）濃縮液—未透過膜的 PVA 溶液（濃度高于料液） 。濃縮液經(jīng)轉子流量計計量后回料液貯槽。流程中，漏斗為膜組件加保護液（5%甲醛溶液）用；貯罐為放出保護液的接收容器；過濾器—聚丙烯酰胺蜂房式過濾器，精度為5μ（？） ，作用是攔截料液中的不溶性雜質，以保護膜不受阻塞。3．主要儀器：722 型分光光度計，用于測定 PVA 的濃度。四、實驗方法與步驟（有流量泵、真空泵？）將預先配制的 PVA 料液在 壓力和室溫下，進行不同流量的超過濾實驗（實驗點？由指導教師指定） ；30 分鐘時，取分析樣品。取樣方法：從料液貯槽中用移液管取5ml 濃縮液入 50ml 容量瓶中，與此同時在透過液出口端用 100ml 燒杯接取透過液~50ml ，然后用移液管從燒杯中取 10ml 放入另一容量瓶中。兩容量瓶的樣品進行比色測定 PVA 的濃度。燒杯中剩余透過液和貯罐中透過液全部傾入貯槽（5ml 濃縮液也倒回儲槽？）中，混勻。然后進行下一個流量實驗。（1） 722 型分光光度計通電預熱 20 分鐘以上。（2） 放出超濾組件中的保護液。為防止中空纖維膜被微生物侵蝕而損傷，不工作期間，在超濾組件內加入保護液（自己配置？） 。在實驗前，須將保護液放凈。（3） 清洗超濾組件。為洗去殘余的保護液，用自來水清洗 2~3 次，然后放凈清潔液。 （如何清洗？）（4） 檢查實驗系統(tǒng)閥門開頭狀態(tài)。使系統(tǒng)各部位的閥門處于正常運轉的“開”或“關”中空纖維超濾器示意圖20 / 75狀態(tài)。 （哪些是開？哪些是關？）（5） 將配制的 PVA 料液加入料液槽中記錄，記錄 PVA 體積。用移液管取料液 5ml放入容量瓶（50ml）中，以測定原料液的初始濃度。（6） 泵內注液。在啟動泵之前，須向泵內注滿原料液（如何注？） 。（7） 啟動泵穩(wěn)定運轉 20 分鐘后，按“實驗方法”進行條件實驗，做好記錄。數(shù)據(jù)取足即可停泵（停泵方法） 。 （取哪些數(shù)據(jù)？） 是否重新開泵，按新流量重新做？（8） 清洗超濾組件。待超濾組件中的 PVA 溶液放凈之后，用自來水代替原料液，在較大流量下運轉 20 分鐘左右（使用泵抽慮？） ，清洗組件中殘余 PVA 溶液。（9） 加保護液。如果 10 小時以上不使用超濾組件，須加入保護液至組件的 1/2 高度。然后密閉系統(tǒng)，避免保護液損失。（10） 將儀器清洗干凈，放在指定位置；切斷分光光度計的電源。五、數(shù)據(jù)處理1．按下表記錄實驗條件和數(shù)據(jù)。壓力（表壓）： Mpa，溫度： ，日期：濃度 濃度（mgPVA/L） 流量(L/min)實驗序號 起止時間原料液 濃縮液 透過液 濃縮液 透過液設置值為多少？測定的是平均值，如何控制？2．數(shù)據(jù)處理（1）PVA 的脫除率： %10???原 料 液 初 始 濃 度透 過 液 濃 度原 料 液 初 始 濃 度f（2）透過流速：21 / 75 透過液體積？)/(2hmLJ???膜 面 積實 驗 時 間透 過 液 體 積（3）PVA 回收率： 濃縮液濃度*濃縮液體積？%10?量原 料 液 中 量濃 縮 液 中 PVAY（4）在坐標紙上繪制 Y 與流量的關系曲線。六、思考題1． 試論述超過濾膜分離的機理。2． 超過濾組件中保護池的意義？3． 實驗中如果操作壓力過高或流量過大會有什么影響？4． 提高料液的溫度進行超過濾會有什么影響？5．閱讀參考文獻，回答什么是濃度極化？有什么危害？有哪些消除的方法？七、主要符號C1—主體溶液的對比濃度或無因次濃度；C2—高壓側界面溶液的對比（或無因次）濃度；C3—透過液的對比（或無因次）濃度—組件入口處料液的平均速度，m/s。0u—在組件 χ 處料液的平均速度，m/s。Δ—回收率Z—組件中主體溶液流速沿程變化的無因此次量VW—純水滲透速度，m/s。V39。W—溶液的滲透速度，m/s。θ—高分子鍵的排列方向與膜面的夾角λ—膜硬度,mr—工作壓力（無因次壓力）P—操作壓力，kPa；x—無因此距離XA—溶質 A 的摩爾分數(shù)；XA1—主體溶液中溶質 A 的摩爾分數(shù)；22 / 75XA3—透過液中溶質 A 的摩爾分數(shù)；NA、N B—分別為溶質 A 和溶質 B 的摩爾速度，mol/ m 2s；L—所考慮的流程長度，mE—沿流動方向的擴散系數(shù)，m 2/s；A—純水透過系數(shù)，mol/ m 2s kPa；DAM/Kδ—溶質滲透壓數(shù)，cm/s；K—溶質在膜與溶液之間的分配系數(shù)L—所考慮的流程長度，mδ—膜的有效厚度，mπA—溶質 A 的摩爾數(shù)滲透壓，kPa ；π?A—進為液在入口處溶質 A 的滲透壓，kPa。八、參考文獻[1]高以恒等，膜分離技術基礎，科學出版社，1989[2]王學松，反滲透膜技術及其在化工和環(huán)保中的應用，化學工業(yè)出版社，1988[3]劉廷惠等，膜科學與技術，1986，6（4）：6[4]李潔釗等，水處理技術，1987，13（3）[5]陳本明等譯，合成聚合物與塑料分析手冊，化學工業(yè)出版社，1982實驗四 二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)的測定一、實驗目的測定乙醇水二元體系在 下的氣液平衡數(shù)據(jù)。通過實驗了解平衡釜的構造，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測定方法和技能。應用 Wilson 方程關聯(lián)實驗數(shù)據(jù)。二、實驗原理氣液平衡關系是精餾、吸收等單元操作的基礎數(shù)據(jù)。隨著化工生產(chǎn)的不斷發(fā)展，現(xiàn)有氣液平衡數(shù)據(jù)遠不能滿足需要。許多物系的平衡數(shù)據(jù)，很難由理論直接計算得到，必須由實驗測定。23 / 75 平衡數(shù)據(jù)實驗測定方法有兩類，即間接法和直接法。直接法中又有靜態(tài)法、流動法和循環(huán)法等。其中循環(huán)法應用最為廣泛。若要測得準確的氣液平衡數(shù)據(jù)，平衡釜是關鍵。現(xiàn)已采用的平衡釜形式有多種，且各有特點，應根據(jù)待測物系的特征，選擇適當?shù)母?。用常?guī)的平衡釜測定平衡數(shù)據(jù)，需樣品量多，測定時間長。本實驗用的小型平衡釜主要特點是釜外有真空夾套保溫，可觀察釜內的實驗現(xiàn)象，且樣品用量少，達到平衡速度快，因而實驗時間短。以循環(huán)法測定氣液平衡數(shù)據(jù)的平衡釜類型雖多，但基本原理相同，如圖 1 所示。當體系達到平衡時，兩個容器的組成不隨時間變化，這時從 A 和 B 兩容器中取樣分析，即可得到一組平衡數(shù)據(jù)。 圖 1 平衡法測定氣液平衡原理圖 當達到平衡時，除了兩相的壓力和溫度分別相等外，每一組的化學位也相等，即逸度相等，其熱力學基本關系為： （1）LiVif? （2）iiixpy0??常壓下，氣相可視為理想氣體， ；再忽略壓力對液體逸度的影響， ，1?i 0iipf?從而得出低壓下氣液平衡關系式為：