【正文】 前，在工業(yè)生產(chǎn)中主要是用硫酸作用下催化乙醇脫水的方法制備。５． 學(xué)習(xí)微量泵和蠕動泵的原理和使用方法，學(xué)會使用濕式流量計測量流體流量。４．學(xué)習(xí)氣體在線分析的方法和定性、定量分析，學(xué)習(xí)如何手動進(jìn)樣分析液體成分。３．學(xué)習(xí)自動控制儀表的使用，如何設(shè)定溫度和加熱電流大小。實(shí)驗(yàn)二 乙醇脫水反應(yīng)研究實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海保莆找掖济撍畬?shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理、特點(diǎn)，了解副反應(yīng)和生成副產(chǎn)物的過程。表一：色譜分析條件原始數(shù)據(jù)記錄表室溫( ℃)室內(nèi)壓力(Mpa)色譜箱溫度℃汽化器溫度℃檢測器溫度℃橋電流 mA信號衰減表二：色譜分析標(biāo)樣混合物組成 x 原始記錄表i 組分項(xiàng)目水（ min）乙醇 ( min)乙酸 ( min)乙酸乙酯( min)標(biāo)樣重量 W （克）ix (重量 W %）ii第一次分析 A %i6 / 75第二次分析 A %i第三次分析 A %i表三：反應(yīng)溫度原始記錄表時間（min） 塔釜溫度℃ 塔頂溫度℃ 精餾段溫度℃ 提餾段溫度℃030607590105120135表四：餾出物組成原始數(shù)據(jù)表 組分 取樣位置水面積含量%乙醇面積含量% 乙酸面積含量% 乙酸乙酯面積含量%塔頂產(chǎn)品（第一次分析）塔頂產(chǎn)品（第二次分析）塔釜液相（第一次分析）塔釜液相（第二次分析）塔頂水相（第一次分析）7 / 75塔頂水相（第二次分析）表五：實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)記錄表塔釜產(chǎn)品重量（克） 塔頂產(chǎn)品重量（克） 塔頂水相重量（克）六、思考題怎樣改變色譜分析條件，才能使分析的峰形最好？反應(yīng)精餾的原料轉(zhuǎn)化率和收率受那些因素影響？如何改變實(shí)驗(yàn)條件才能盡可能提高轉(zhuǎn)化率和收率？怎樣對反應(yīng)精餾塔做物料衡算？試舉例說明。分析用氣相色譜為雙氣路 910T 型。將產(chǎn)品廢液收集到廢液瓶中，清洗各種玻璃儀器，結(jié)束全部實(shí)驗(yàn)。等檢測器溫度降到 70~90℃以下時，再關(guān)閉色譜載氣和柱箱加熱。1停止通冷卻水。最少重復(fù)兩次。1將塔頂儲罐的產(chǎn)品倒入到燒杯里，加入 100ml 蒸餾水，充分震蕩，然后加入到分液漏斗中，放置在試管架上靜止分離 20~30 分鐘。在塔釜內(nèi)的液面不能足夠循環(huán)時，可以停止采出，把回流比關(guān)閉，使塔為全回流操作，關(guān)閉塔身保溫加熱電流，將儀表溫度設(shè)定為室溫。打開回流比開關(guān)，設(shè)置回流比為 3，此時，能觀察到回流頭的擺錘開始來回擺動，有液體開始流到塔頂產(chǎn)品儲罐中，保持這個回流比操作 30 分鐘，然后把回流比改成 5。在塔釜溫度達(dá)到 60℃時，開始慢慢調(diào)節(jié)保溫加熱電流，精餾段為 、提餾段，注意不同季節(jié)和環(huán)境溫度，可以適當(dāng)改變加熱電流的大小。記錄實(shí)驗(yàn)開始的時間，每隔 15 或 30 分鐘記錄各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一次。打開塔頂冷卻水，觀察是否有水？如果正常，則打開控制柜加熱開關(guān)，分別打開塔釜、精餾段、提餾段加熱控制溫度儀表，并設(shè)定塔釜加熱溫度為 95℃，精餾段和提餾段加熱保溫溫度為 80℃。待色譜儀基線穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)基線的位置在“0”以上。在標(biāo)準(zhǔn)壓力表上讀出柱前壓。設(shè)定氣化室溫度為 140℃，檢測器溫度為 150℃，打開橋電流開關(guān)，并調(diào)節(jié)旋鈕，使橋電流為 140mA，信號衰減為 1。調(diào)節(jié)面板上的兩個載氣壓力調(diào)節(jié)閥，使兩路色譜柱的載氣 H2 流量為 25~30ml/min，可以用皂沫流量計和秒表來測定出口處的流量，一般應(yīng)使兩路的流量基本相同。調(diào)節(jié)氫氣減壓閥的壓力為 ，檢查色譜后面的穩(wěn)壓閥是否打開并調(diào)到合適位置？此時，色譜儀前面的兩個壓力表應(yīng)該能調(diào)節(jié)到 左右。（3） 熱量衡算方程 對平衡級上進(jìn)行熱量衡算，最終得到下式： Lj1hj1VjHjLjhj+Vi+1Hj+1+FjHrjQj+RjHrj=0 (5)式中：Fj—j 板進(jìn)料流量hj—j 板上液體焓值Hj—j 板上氣體焓值Hrj—j 板上反應(yīng)熱焓值Lj—j 板下降液體量Ki,j—i 組分的汽液平衡常數(shù)Pj—j 板上液體混合物體積（持液量）Ri,j—單位時間 j 板上單位液體體積內(nèi) i 組分反應(yīng)量Vj—j 板上升蒸汽量Xi,j—j 板上組分 i 的液相摩爾分?jǐn)?shù)Yi,j—j 板上組分 i 的氣相摩爾分?jǐn)?shù)Zi,j—j 板上 i 組分的原料組成θi,j—反應(yīng)混合物 i 組分在 j 板上的體積Qj—j 板上冷卻或加熱的熱量三、 裝置及試劑裝置玻璃精餾塔，天平，燒杯，量筒，膠頭滴管，三角燒瓶，分液漏斗，氣相色譜（TCD） ，色譜工作站。全塔物料總平衡如圖所示物料平衡方程如下：對第 j 塊理論板上的 i 組分進(jìn)行物料衡算如下：Lj1Xi,j1+Vj+1Yi,j+1+FjZj,i+Ri,j=VjYi,j+LjXi,j 2≤j≤n，i=1,2,3,4 (1)（1） 氣液平衡方程對平衡級上某組分 i 有如下平衡關(guān)系：Ki,j?Xi,jYi,j=0 (2) 每塊板上組成的總和應(yīng)符合下式： (3)???nijinijY1,1,。需要測定的樣品分別為乙醇、乙酸、水和乙酸乙酯，色譜采用熱導(dǎo)池檢測器，出峰順序?yàn)樗⒁掖?、乙酸、乙酸乙酯?. 色譜分析原理產(chǎn)物的分析由于比較復(fù)雜，含有多種成分，一般不能用滴定或折光儀分析，而采用氣2 / 75相色譜法。而塔釜內(nèi)的乙醇和乙酸，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃度不斷減少，水量不斷增加，反應(yīng)溫度也開始慢慢升高。通常乙醇的摩爾數(shù)和乙酸摩爾數(shù)比為 ~:，濃硫酸加入量按應(yīng)加入乙酸理論重量的比例加入，一般在 ~%（wt） ，加入量越大，反應(yīng)速度越快?；亓鞅扔蓛x表面板的回流比控制器控制，實(shí)驗(yàn)中一般為 3~5，此控制系統(tǒng)由塔頭上擺錘、電磁鐵線圈、回流比計數(shù)撥碼電子儀表組成。塔內(nèi)蒸汽到達(dá)塔頂后被冷凝器冷凝，頂氣相的溫度由儀表顯示。通?？梢栽O(shè)定保溫的溫度比塔內(nèi)的溫度低 5~12℃。塔身外壁鍍有半導(dǎo)體金屬膜，用于控制塔身的散熱，并盡可能保持塔身和環(huán)境為絕熱狀態(tài)，保溫電流能使塔身的半導(dǎo)體加熱保溫。全塔有 5 個取樣口，也可以當(dāng)進(jìn)樣口使用。直徑 20~25mm，塔總高約 1400mm，填料高度約 1300mm，塔內(nèi)裝 * 不銹鋼 θ 網(wǎng)環(huán)型填料（316L） 。乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)精餾的催化劑用濃硫酸，是由于其催化作用不受塔內(nèi)溫度限制，在全塔內(nèi)都能進(jìn)行催化反應(yīng)。而在精餾塔中進(jìn)行的酯化反應(yīng)，往往因?yàn)樯晌镏杏械头悬c(diǎn)或高沸點(diǎn)物質(zhì)存在，而多數(shù)會和水形成最低共沸物，從而可以從精餾塔頂連續(xù)不斷的從系統(tǒng)中排出，使塔中的化學(xué)平衡發(fā)生變化，永遠(yuǎn)達(dá)不到化學(xué)平衡，從而導(dǎo)致反應(yīng)不斷進(jìn)行，不斷向右移動，最終的結(jié)果是反應(yīng)原料的總體轉(zhuǎn)化率超過平衡轉(zhuǎn)化率，大大提高了反應(yīng)效率和能量消耗。通過對精餾塔進(jìn)行特殊改造或設(shè)計后，采用不同形式的催化劑，可以使某些反應(yīng)在精餾塔中進(jìn)行，并同時進(jìn)行產(chǎn)物和原料的精餾分離，是精餾技術(shù)中的一個特殊領(lǐng)域。了解氣相色譜儀以及熱導(dǎo)池檢測器的原理，了解分離條件的選擇和確定。學(xué)習(xí)氣相色譜的原理和使用方法，學(xué)會用氣相色譜分析塔內(nèi)物料的組成，了解氣相色譜分析條件的選擇和確定方法，并學(xué)習(xí)根據(jù)出峰情況來改變色譜條件。學(xué)習(xí)用反應(yīng)工程原理和精餾塔原理，對精餾過程做全塔物料衡算和塔操作的過程分析。1 / 75化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書北方民族大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院2 / 75目 錄實(shí)驗(yàn)一 催化反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯 ....................................................1實(shí)驗(yàn)二 乙醇脫水反應(yīng)研究實(shí)驗(yàn) ............................................................8實(shí)驗(yàn)三 中空纖維超過濾膜分離實(shí)驗(yàn) ..................................................16實(shí)驗(yàn)四 二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)的測定 ..............................................23實(shí)驗(yàn)五 三釜串聯(lián)停留時間分布測定 ..................................................26實(shí)驗(yàn)六 十二烷基苯磺酸鈉的合成（磺化反應(yīng)） ..............................32實(shí)驗(yàn)七 2,4二硝基苯酚的制備（羥基化反應(yīng)） ................................38實(shí)驗(yàn)八 超臨界 CO2 萃取實(shí)驗(yàn) ..........................................................42實(shí)驗(yàn)九 煤的工業(yè)分析實(shí)驗(yàn) ................................................................47實(shí)驗(yàn)十 煤炭發(fā)熱量測定實(shí)驗(yàn) ............................................................49實(shí)驗(yàn)十一 內(nèi)壓薄壁容器的應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn) ........................................56實(shí)驗(yàn)十二 外壓薄壁圓筒形容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn) ........................................62實(shí)驗(yàn)十三 厚壁圓筒爆破實(shí)驗(yàn) ............................................................65實(shí)驗(yàn)十四 用廢舊鋁制品制備超細(xì) AL(OH)3 粉體 ...............................實(shí)驗(yàn)十五實(shí)驗(yàn)十六附錄 1：實(shí)驗(yàn)報告的封面 .......................................................................703 / 75附錄 2：實(shí)驗(yàn)報告的要求 .......................................................................710 / 75實(shí)驗(yàn)一 催化反應(yīng)精餾法制乙酸乙酯一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夥磻?yīng)精餾是既服從質(zhì)量作用定律又服從相平衡規(guī)律的復(fù)雜過程，是反應(yīng)和分離過程的復(fù)合，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，了解反應(yīng)精餾技術(shù)比常規(guī)反應(yīng)技術(shù)在成本和操作上的優(yōu)越性。了解玻璃精餾塔的構(gòu)造和原理，學(xué)習(xí)反應(yīng)精餾玻璃塔的使用和操作，掌握反應(yīng)精餾操作的原理和步驟。了解反應(yīng)精餾與常規(guī)精餾的區(qū)別，掌握反應(yīng)精餾法適宜的物系。學(xué)習(xí)用色譜分析，進(jìn)行定量和定性的方法，學(xué)會求取液相分析物校正因子及計算含量的方法和步驟。二、實(shí)驗(yàn)原理反應(yīng)精餾原理反應(yīng)精餾是隨著精餾技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，而發(fā)展起來的一種新型分離技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)為乙醇和乙酸的酯化反應(yīng)，一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率最大只能是平衡轉(zhuǎn)化率，而實(shí)際反應(yīng)中只能維持在低于平衡轉(zhuǎn)化率的水平。同時由于在反應(yīng)過程中也發(fā)生了物質(zhì)分離，也就減少了后續(xù)工序分離的步驟和消耗，在反應(yīng)中也就可以采用近似理論反應(yīng)比的配1 / 75料組成，既降低了原料的消耗，又減少了精餾分離產(chǎn)品的處理量。反應(yīng)的化學(xué)方程式為 OHCHOCHC 2323233 ???2. 應(yīng)精餾塔原理反應(yīng)精餾塔用玻璃制成。塔身分兩段，上面是精餾段，下面是提餾段，長度各為 700mm。取樣口在常壓操作時使用，里面用硅膠墊密封，每取樣 20 次以上應(yīng)根據(jù)密封情況，檢查是否需要更換。加熱溫度的設(shè)定需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)物系的性質(zhì)決定，由儀表來控制加熱的溫度，加熱電流可以用儀表或手動來調(diào)節(jié)，一般為 ~。儀表采用 AI708 型，可以參加儀表使用說明書來調(diào)節(jié)或改變儀表設(shè)置，精餾段和提餾段各使用一塊儀表加熱。塔頂冷凝采用自來水，冷凝液體進(jìn)入塔頂回流頭，采用擺動式回流比控制器操作，一部分液體被從右面采出進(jìn)入到塔頂儲罐，另一部分進(jìn)入到塔內(nèi)回流。本實(shí)驗(yàn)是間歇式反應(yīng)精餾，在 500ml 間歇塔釜一次性加入原料的混合物和催化劑，然后加熱到反應(yīng)溫度進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完全發(fā)生在塔釜內(nèi)，反應(yīng)生成的產(chǎn)物在塔內(nèi)發(fā)生分離，輕組分乙酸乙酯和水的共沸物不斷向上移動，并最終從塔頂排出。最后，在塔頂?shù)玫降亩际呛囊宜嵋阴ィ袝r候能自己分層，但通常是加入少量的水，使它們分層，上層就是乙酸乙酯，下層為含少量乙酸乙酯的水。實(shí)驗(yàn)所用的色譜柱固定相為 101 白色擔(dān)體，固定液為鄰苯二甲酸二壬酯，固定液含量一般為 10%。汽化室溫度 150℃，柱箱溫度 130~140℃，檢測器溫度 150℃，橋電流 140mA，衰減 1，進(jìn)樣量 。（2） 反應(yīng)速率方程 (4)52, 10)(???jijijji XQPKRV2L12VjLDVj,+,j3 / 75式（4）指原料中各組分的濃度相等條件下才能成立，否則應(yīng)予修正。 試劑無水乙醇（分析純） ，含量 %；冰乙酸（分析純） ，含量 %；乙酸乙酯（分析純） ，含量 %；濃硫酸（化學(xué)純） ，含量﹥ %四、 實(shí)驗(yàn)步驟打開色譜載氣的氫氣發(fā)生器。在用皂沫確定色譜柱兩個尾氣出口都有氣體后，打開啟色譜儀主開關(guān)。4 / 75調(diào)節(jié)完畢載氣速度后，分別打開柱溫、汽化器、檢測器加熱開關(guān)，然后按下柱溫設(shè)定的琴鍵開關(guān)，調(diào)節(jié)旋鈕，使顯示窗口的柱溫設(shè)定為 140℃（可以根據(jù)出峰分離情況來調(diào)節(jié)） ，然后可以將琴鍵