【導(dǎo)讀】學(xué)科的特點(diǎn)重新編輯和修改而成。潭大學(xué)對化工學(xué)科重點(diǎn)建設(shè)建立起的一批化工新技術(shù)裝置開出的新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。與工藝專業(yè)技術(shù)人員參考使用。驗(yàn)13、14、16）、吳劍，王世青，艾秋紅，工分離工程—劉平樂；化工工藝學(xué)—段正康；化工開發(fā)與化工新技術(shù)實(shí)驗(yàn)—楊運(yùn)泉。全書由段正康主編，羅和安主審。本實(shí)驗(yàn)教材的編寫得到了院及學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的大力關(guān)心與支持，在此表示衷心感謝。由于編者水平所限，該書中難免存在一些錯誤和不足，敬請讀者批評指正。

　　

【正文】 12859134211 116771310 28 六、實(shí)驗(yàn)報告 實(shí)驗(yàn)表格列出實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)； 在對數(shù)坐標(biāo)紙上畫出 ΔPV 或 ΔPω 的關(guān)系曲線； 描述和討論實(shí)驗(yàn)中觀察到的各種現(xiàn)象，如液泛等； 七、思考題 螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床（ RBHC）有何特點(diǎn)？ 你對裝置有何改進(jìn)意見。 29 實(shí)驗(yàn) 8 連續(xù)流動液相體系單釜與多釜串聯(lián)停留時間分布測定 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握脈沖示蹤法測定連續(xù)流動液相體系單釜與串聯(lián)釜停留時間分布的實(shí)驗(yàn)原理及方法。 掌握停留時間分布實(shí)驗(yàn)曲線的處理方法，并 求出停留時間分布密度函數(shù) E（ t），分布函數(shù) F（ t）及其特征值平均停留時間 t 和無因次方差﹕δ t2, δ θ 2。 進(jìn)一步明確返混的概念以及返混的量化。 二、實(shí)驗(yàn)原理 示蹤劑采用 KCl 水溶液，在反應(yīng)器入口處瞬間注入一定量的示蹤劑，在反應(yīng)器出口通過電導(dǎo)率測定儀測定離子濃度，以記錄儀輸出曲線顯示峰高，即峰高正比于電導(dǎo)率，電導(dǎo)率又正比于離子濃度。因此，記錄儀記錄紙上峰高的變化即反映了示蹤劑中K+、 Cl濃度的變化。 實(shí)驗(yàn)可得到如圖 1，圖 2 的記錄曲線。 圖 1 單釜記錄曲 線 圖 2 雙釜記錄曲線 由圖 1 和圖 2 所示的脈沖示蹤曲線，即可以求出流動條件下單釜與串聯(lián)釜停留時間分布密度函數(shù) E（ t）分布函數(shù) F（ t），平均停留時間 t ，方差δ t2以及無因次方差δθ2。 三、實(shí)驗(yàn)裝置及流程 htht 30 物料1物料2CR101TRC101CR102TRC102CR103TRC101SIC103SIC102SIC101示蹤劑入口213 圖 2 三釜串連實(shí)驗(yàn)裝置及流程圖 SIC轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制 TRC溫度調(diào)節(jié)控制 CR電導(dǎo)測量記錄 1調(diào)節(jié)閥 2轉(zhuǎn)子流量計 3反應(yīng)釜 四、實(shí)驗(yàn)步驟 配制一定濃度的 KCl 水溶液（思考題：濃度配多少較好？）； 接通自來水，調(diào)至一定的流量并穩(wěn)定片刻，開動電動攪拌； 用注射器抽取一定量的示蹤劑（思考題，抽取多少為好）； 開動電導(dǎo)儀，記錄儀； 將注射器插入反應(yīng)器進(jìn)樣口，瞬間快速注入示蹤劑； 待記錄儀指針回到基線，停止走紙，改變水流速度繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。 改變釜數(shù)，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 五、數(shù)據(jù)記錄 反應(yīng)釜上、下體積，水流量，攪拌轉(zhuǎn)速，示蹤劑量，走紙速度。 六、數(shù)據(jù)處理 在圖 圖 2 所示記錄曲線上等時間間 隔（Δ t）取 n 個點(diǎn)（ 15～ 20 個左右），得到幾組數(shù)據(jù) tihi（ I=1,? n） 實(shí)驗(yàn)次序 水流速度（轉(zhuǎn)子 流量計刻度） 攪拌速率 示蹤劑量 ml 峰區(qū)時間 s 1 31 2 3 計算公式 平均停留時間 t ： ?????00)()(dttEdtttEt =????niiniiihht11 方差δ t2: ???? ??002)()()(dttEdttEttt? = 222002)()( thhttdttEdttEtiii ??????? ?? 無因次方差 δ θ 2 222ct???? ? 單釜停留時間 0VVRc?? 多釜串聯(lián)模型參數(shù) 21N ??? 七、思考題 流體通過反應(yīng)器的停留時間分布由哪些因素決定？ 本次實(shí)驗(yàn)中，示蹤劑濃度的配制及量抽取量對停留時間分布曲線測定有何影響？ 預(yù)計你的單釜 及多釜實(shí)驗(yàn)的無因次方差δ θ2約多少？ 空時間和平均停留時間有何關(guān)系？ 本次實(shí)驗(yàn)中，若是關(guān)掉電動攪拌，而其條件不變，則所測得的停留時間分布曲線又將怎樣，為什么？ 由多釜串聯(lián)模型參數(shù) N，說明計算值 N 與具體釜數(shù) n 的差別原因是什么？如何改進(jìn)？ 八、主要符號說明 32 t時間 s E(t)停留時間密度函數(shù) t 平均停留時間 Hi峰高 mm δ t2方差 VR單釜反應(yīng)器體積 δ θ2無因次方差 V0體積流量 m3/h N多釜串聯(lián)模型參數(shù) n實(shí)際釜 數(shù) c? 單釜停留時間 s 33 第二部分 化工熱力學(xué)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn) 9 二元溶液過量摩爾體積的測量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求 掌握實(shí)驗(yàn)測定過量體積的方法。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作 VMEx 曲線，加深對溶液過量熱力學(xué)性質(zhì)和偏摩爾性質(zhì)的理解。 二、實(shí)驗(yàn)原理 兩種以上的純流體混合，若形成的是理想溶液，則混合物的摩爾體積 VMid 為 )( iiidM VxV ?? 然而，形成的是真實(shí)溶液時，混合物的摩 爾體積 VM 為 )( iiM VxV ?? 真實(shí)溶液與理想溶液的摩爾體積之差就稱為該溶液的過量摩爾體積 VME， idMMEM VVV ?? 三、實(shí)驗(yàn)裝置、流程與試劑 傾斜式稀釋膨脹計 1 臺，其結(jié)構(gòu)見圖 1。 有機(jī)玻璃缸恒溫水浴 1 套。 精密溫度計（ 1/10℃），注射器等。 化學(xué)純的苯（被稀釋液）、環(huán)己烷（稀釋液）。 經(jīng)凈化處理的水銀。 四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟 打開儀器板上的總電源、恒溫水浴加熱器、電子繼電器及攪拌馬達(dá)電源開關(guān)。用調(diào)壓變壓器控制加熱速度。調(diào)節(jié)導(dǎo)電表，以電子繼 電器控制水浴溫度于 25177。 ℃圖 1 傾斜式稀釋膨脹計示意圖 T T2聚四氟乙烯針形閥 c c c3毛細(xì)管 T2T1c3c1c2BBB 球A13121110987654321 34 以內(nèi)，用 1/10 分度水銀溫度計測溫。 將洗凈烘干的稀釋膨脹計固定到有機(jī)玻璃框架上，然后把框架插入水浴的固定槽板上部。 把清潔水銀裝入水銀加料漏斗中，將漏斗下端的尼龍導(dǎo)管插入膨脹計的 A 室底部，然后打開漏斗，使水銀徐徐充滿 A 管，拔出導(dǎo)管。（該操作須十分仔細(xì)，嚴(yán)防水銀從毛細(xì)管沖入 BB 球）。 恒溫數(shù)分鐘后，將 T1閥慢慢旋緊。仔細(xì)觀察閥芯頂是否剛好與水銀面相接。如閥底部有空隙或氣泡，剛須旋開 T1閥補(bǔ)充水銀或趕走氣泡后，再旋轉(zhuǎn) T1閥。 測量毛細(xì)管中水銀面高度 h00、 h0 h020。 用注射器將苯（稀釋液）從 T2閥注入 B 管，加到液面剛好浸沒毛細(xì)管 c2為止，其量大約 10mL。 旋松 T2閥芯，把框架拉到固定槽板上端，把框架上的短螺釘滑出槽板，讓長螺釘留在固定槽內(nèi)，然后把框架逆時針緩慢傾斜，使 A 室水銀通過毛細(xì)管轉(zhuǎn)入 BB 球。當(dāng)水銀充滿 BB 球或略超過“ 0”刻度線時，將框架扶直，并將短螺釘插回槽內(nèi)固定。 用注射器將稀釋液加滿 A 室（在水銀上的上部）。 將儀器浸入水浴內(nèi)，恒溫數(shù)分鐘后，將 T T2閥分別慢慢旋緊，仔細(xì)觀察確保膨脹計內(nèi)沒有水泡空間。 測量 B 管中水銀體 積 VBB+VB’，毛細(xì)管中水銀高度 h0’、 h01’、 h02’，裝料完畢。 1稀釋開始，將框架拉到固定槽板上端，滑出短螺針，將框架緩慢地逆時針傾斜，使 A 室中水銀從毛細(xì)管 c1中轉(zhuǎn)入 B 管，（轉(zhuǎn)入量由所希望的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布要求而定，一般每次約 1mL），用手搖動框架，使 A 室上部液體完全混合。將框架推回水浴，恒溫后分別測量 B 管中水銀體積 VB，毛細(xì)管中水銀高度 h0、 h0 h02。 1重復(fù)步驟 11， 8～ 10 次。 1實(shí)驗(yàn)完畢，切斷電源，把膨脹計中的試液用注射器抽出裝入回收瓶，水銀倒回盛好（切勿將水銀灑在瓶外）。從框 架上取下膨脹計，洗凈膨脹計、注射器等，放烘箱內(nèi)烘干。做好實(shí)驗(yàn)臺、地面的整潔工作。 五、實(shí)驗(yàn)記錄 實(shí)驗(yàn)日期 室溫 ℃ 大氣壓 毫巴 物系 恒溫水恒定溫度 ℃ VBB cm3(BB 球的容積 ) VB 毛細(xì)管內(nèi)徑 d1 d2 d3 (mm) h00 h010 h020 h0 h01 h02 序號 VB’ V01’ h01’ h02’ h0’ 0 1 2 ： 35 六、數(shù)據(jù)處理 計算公式 （ 1）被稀釋液的摩爾數(shù) n1 n1=[ VBB+ VB+( h01 h010)a1+( h02 h020)a2+( h0 h00)a] ρ1/M1 （ 2）每次稀釋液的摩爾數(shù) n2 n2=[ VB VB’+( h01 h01’)a1+( h02 h02’)a2] ρ2/M2 （ 3）每次混合物的摩爾分?jǐn)?shù) 2111 nn nx ?? （ 4）相應(yīng)每次混合的過量摩爾體積 21039。0EM nn a)hh(V ? ??? 式中 a a a 為毛細(xì)管 c c c 的截面積。 作 xVEM? 曲線，并與文獻(xiàn)值比較。 七、思考題 被稀釋液苯的體積是如何計量的？ 每次所用的稀釋液環(huán)己烷的體積是如何計量的？ 兩個組元是在儀器的何部分混合的？混合后的體積是如何計量的？ 八、附表 實(shí)驗(yàn)所用 各物質(zhì)的物性參數(shù) 組元 名稱 M（分子量） ρ（密度）（ g/mol） 20℃ 25℃ 組元 1 苯 組元 2 環(huán)己烷 汞 25℃下環(huán)己烷 – 苯二元溶液的 VEx 文獻(xiàn)值 x VME(cm3/mol) 36 實(shí)驗(yàn) 10 氣相色譜法測定無限稀釋活度系數(shù) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求 掌握用氣相色譜法測定無限稀釋活度系數(shù)的原理和方法。 無限稀釋活度系數(shù)是推算二元及多元體系汽液平衡數(shù)據(jù)的重要參數(shù)。它通常是用汽液平衡器測出其平衡組成，然后用計算作圖法外推得出。這種方法比較繁瑣，而且外推的任意性很大，不易準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜法測定無限稀釋活度系數(shù)，此方法簡單方便、快速，使用樣品量少，純度要求不高。 了解實(shí)驗(yàn)的氣路流程和色譜儀的操作方法。 掌 握皂膜流量計測氣體流速的方法以及體積流量的校正。 二、實(shí)驗(yàn)原理 無限稀釋活度系數(shù)與調(diào)整保留值的關(guān)系 在氣相色譜分離過程中，固定液起到溶劑的作用。當(dāng)樣品組分（溶質(zhì)）進(jìn)入色譜柱后，因載氣（流動相）流動，樣品組分在固定相和載氣中反復(fù)多次分配，達(dá)到完全分離。載氣流攜帶不同組分先后進(jìn)入檢測器，產(chǎn)生一定的信號，經(jīng)色譜工作站處理得到如圖 1 所示的“色譜圖”。 圖 1 色譜圖 t0— 進(jìn)樣時間； ta— 出峰空氣峰時間； ts— 出峰樣品峰時間； tat0— 死時間； tst0— 表觀保留時間； tsta— 調(diào)整保留時間； Va— 死體積； Vs— 表觀保留體積； 在實(shí)驗(yàn)儀器和條件確定之后， tat0可視為確定值，與試樣組分幾乎無關(guān)。保留值的大小，反映了樣品在氣液兩相間的分配過程，它與平衡時物質(zhì)在兩相的分配系數(shù)，各物質(zhì)（包括組分、固定相、流動相）的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)。但是只有調(diào)整保留值t 0 t a t s0 V a V s信號樣品峰時間載氣體積進(jìn)樣空氣峰 37 才是完全與空氣無關(guān)，只與組分有關(guān)的物理量。 從開始進(jìn)樣到樣品峰頂，正好有一半溶質(zhì)成為蒸汽通過色譜柱，另一半還留在柱中，留柱部分分布于固定液和柱內(nèi)空隙（即死體積）之內(nèi)。這三部分溶質(zhì)的關(guān)系如下：