實(shí)驗(yàn)報(bào)告精餾

1、For personal use only in study andresearch; not for commercial use袀實(shí)驗(yàn)七反應(yīng)精餾法制醋酸乙酯一、二、薁實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、2、 肆掌握反應(yīng)精餾的原理及特點(diǎn)。3、4、 螅掌握反應(yīng)精餾的操作。5、6、 薃學(xué)會(huì)塔操作過程分析。7、8、 肇掌握用氣相色譜分析有機(jī)混合物料組成。三、四、膇實(shí)驗(yàn)原理襖精餾是化工生產(chǎn)過程中重要的單元操作，是化工生產(chǎn)中不可缺少的手段，反應(yīng)精餾是精餾技術(shù)中的一個(gè)特殊領(lǐng)域。在操作過程中， 化學(xué)反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn)行，故能顯著提高總體轉(zhuǎn)化率。此法在酯化、醚化、酯交換、水解等化工生產(chǎn)中得到應(yīng)用，而且越來越顯示其優(yōu)越性。反應(yīng)精餾過程

2、不同于一般精餾，它既有精餾的物理相變之傳遞現(xiàn)象，又有物質(zhì)變性的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。兩者同時(shí)存在，相互影響，使過程更加復(fù)雜。因此，反應(yīng)精餾對(duì)下列兩種情況特別適用： （ 1）可逆反應(yīng)。一般情況下，反應(yīng)受平衡影響，轉(zhuǎn)化率只能維持在平衡轉(zhuǎn)化的水平； 但是，若生成物中有低沸點(diǎn)或高沸點(diǎn)物存在， 則精餾過程可使其連續(xù)地從系統(tǒng)中排出， 結(jié)果超過平衡轉(zhuǎn)化率， 大大提了效率。 （ 2）異構(gòu)體混合物分離。 通常它們的沸點(diǎn)接近， 靠精餾方法不易分離提純， 若異構(gòu)體混合中某組分能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并能生成沸點(diǎn)不同的物質(zhì)， 這時(shí)可在反應(yīng)過程中得以分離。肅對(duì)醇酸酯化反應(yīng)來說，適于第一種情況。但該反應(yīng)若無催化劑存在，單獨(dú)采用反應(yīng)精餾操作

3、也達(dá)不到高效分離的目的。這是因?yàn)榉磻?yīng)速度非常緩慢，故一般都用催化反應(yīng)方式，酸是有效的催化劑，常用硫酸。反應(yīng)隨濃度增高而加快，濃度在0.21.0%（ wt ）。此外，還可用離子交換樹脂、重金屬鹽類和絲光沸石分子篩等固體催化劑。 反應(yīng)精餾的催化劑用硫酸， 是由于其催化作用不受塔溫度限制， 在全塔內(nèi)都能進(jìn)行催化反應(yīng)， 而應(yīng)用固體催化劑則由于存在一個(gè)最適宜的溫度， 精餾塔本身難以達(dá)到此條件， 故很難實(shí)現(xiàn)最佳化操作。螇本實(shí)驗(yàn)是以醋酸和乙醇為原料、在酸催化劑作用下生成醋酸乙酯的可逆反應(yīng)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：羅CH3 COOH C2H 5OHH 2SO4CH 3COOC2 H 5H 2 O羂實(shí)驗(yàn)的進(jìn)料有兩種

4、方式：一是直接從塔釜進(jìn)料；另一種是在塔的某處進(jìn)料。前者有間歇和連續(xù)式操作；后者只有連續(xù)式。 本實(shí)驗(yàn)用后一種方式進(jìn)料，即在塔上部某處加帶有酸催化劑的醋酸，塔下部某處加乙醇。塔釜呈沸騰狀態(tài)時(shí)，塔內(nèi)輕組分逐漸向上移動(dòng)，重組分向下移動(dòng)，具體地說，醋酸從上段向下段移動(dòng)，與向塔上段移動(dòng)的乙醇接觸，在不同填料高度上均發(fā)生反應(yīng)，生成酯和水。 塔內(nèi)此時(shí)有4 組元。由于醋酸在氣相中有締合作用，除醋酸外，其他三個(gè)組分形成三元或二元共沸物。水 酯，水 醇共沸物沸點(diǎn)較低，醇和酯能不斷的從塔頂排出。 若控制反應(yīng)原料比例， 可使某組分全部轉(zhuǎn)化。 因此，可認(rèn)為反應(yīng)精餾的分離塔也是反應(yīng)器。 全過程可用物料衡算和熱量衡算式及反應(yīng)

5、速率方程描述。蒂三、實(shí)驗(yàn)裝置蒈精餾塔用玻璃制成，直徑20mm,塔高反 應(yīng)1500mm，塔內(nèi)填裝 3 3mm 不銹鋼 網(wǎng)環(huán)型填料（316L ）。塔釜為四口燒杯，容積500ml ，塔外壁鍍有金屬膜，通電流使塔身加熱保溫。塔釜置于500W 電熱包中。采用XCT 191， ZK 50 可控硅電壓控制器控制釜溫。塔頂冷凝液體的回流采用擺動(dòng)式回流比控制器操作。 此控制系統(tǒng)由塔頭上擺錘、 電磁鐵線圈、 回流比計(jì)數(shù)撥碼電子儀表組成。肆四、實(shí)驗(yàn)步驟蒞（ 1）開塔頂冷卻水。袁（ 2）向釜內(nèi)填加200ml 已知組成的釜?dú)堃?。羋 （ 3）開始升溫。升溫時(shí)，先開啟總電源開關(guān)，開啟測溫開關(guān)，溫度顯示儀表有數(shù)值出現(xiàn)， 開啟

6、釜熱控溫開關(guān)， 儀表有顯示。 順時(shí)針方向調(diào)節(jié)電流給定旋鈕， 使電流表讀數(shù)為 0.5A ，調(diào)節(jié)釜熱溫度控制儀到 150。當(dāng)釜開始沸騰時(shí)， 打開上下段保溫電源， 順時(shí)針方向調(diào)節(jié)保溫電流給定旋鈕， 使電流維持在 0.2A 。升溫后觀察塔釜和塔頂溫度變化，直至塔頂有蒸汽并有回流液體出現(xiàn)。肇蒃（ 4） 15 分鐘全回流后，分析塔頂組成。莁（ 5）從塔的上部側(cè)口以40ml/h 的速度加入已配制好的含0.3%硫酸的冰醋酸原料。罿（ 6）從塔的下部側(cè)口以40ml/h 的速度加入無水乙醇原料。裊（ 7）塔頂以回流比為4:1 維持出料，塔釜同時(shí)出料。有回流比操作時(shí)，應(yīng)開啟回流比控制器給定比例（通電時(shí)間與停電時(shí)間的

7、比值，通常使以秒計(jì)，此比例即采出量與回流量之比。裊（ 8）測量進(jìn)料量與出料量，調(diào)節(jié)出料量使其維持物料平衡。螀（ 9）隔 15 分鐘從塔頂取樣分析一次。蝿（ 10）塔頂、塔釜溫度，及塔頂濃度均穩(wěn)定，維持塔頂及塔釜出料的流量和組成，以及入料量。30 分鐘后取樣分析羆（ 11）改變回流比，重復(fù)以上操作。羄（ 12）根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算醋酸的轉(zhuǎn)化率和乙酸乙酯收率。蒃五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理葿自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。羈可根據(jù)下式計(jì)算反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和收率。肂 轉(zhuǎn)化率 = （醋酸加料量） -（塔頂餾出物醋酸量 +塔釜液醋酸量） / 醋酸加料量袃 收率 =（塔頂餾出物乙酸乙酯量+塔釜液

8、乙酸乙酯量）/ 理論生成乙酸乙酯量芀六、注意事項(xiàng)螅（ 1）必須先通冷卻水，以防止塔頭炸裂蒄（ 2）不要隨意動(dòng)操作面板上的按扭。節(jié)（ 3）上下段保溫電流不能過大，維持在0.2-0.3A 之處。過大會(huì)使加熱膜受到損壞。羀附錄氣相色譜分析一、二、袆 色譜法 (Chromatography)薃色譜法是一種物理化學(xué)分離方法，其基本原理是：不同物質(zhì)在兩相固定相和流動(dòng)相構(gòu)成的體系中，具有不同的分配系數(shù)（或溶解度） ，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)隨流動(dòng)相運(yùn)動(dòng)，并且在兩相間進(jìn)行反復(fù)多次的分配，這樣使得那些分配系數(shù)只有微小差異的物質(zhì)， 在移動(dòng)速度上產(chǎn)生了明顯的差別，從而使各組分達(dá)到相互分離，然后再對(duì)各組分進(jìn)行全個(gè)

9、別分析。螂作為流動(dòng)相的有氣體和液體。當(dāng)用氣體作流動(dòng)相時(shí)，稱為氣相色譜，當(dāng)用液體作流動(dòng)相時(shí)， 稱為液相色譜。 其中氣相色譜由于價(jià)格相對(duì)較低、 操作和維護(hù)費(fèi)用小而廣泛應(yīng)用。蟻氣相色譜作為固定相的有固體吸附劑和在載體上涂固定液兩處種狀態(tài)，分別稱為氣固色譜和氣液色譜。袈氣固色譜是根據(jù)不同物質(zhì)在固體吸附劑表面上的吸附作用不同來達(dá)到物質(zhì)間的想到分離的此法主要用于分離分析永久性氣體、烷烴氣體和微量水分的分羅 圖 1. TCD 與 FID 氣路圖膁 1-高壓氣瓶； 2-減壓閥； 3- 過濾器； 4-穩(wěn)壓閥； 5-流量調(diào)節(jié)閥；析，而對(duì)同位素及異構(gòu)體的分析， 則是它的獨(dú)特之處。 但由于能作為氣固色譜固定相的吸附劑

10、較少， 所得色譜峰對(duì)稱性不好等原因， 使其應(yīng)用范圍受到一定的限制。 近年來，由于吸附劑的改性工作的發(fā)展和新型固定相材料的出現(xiàn)，為擴(kuò)大其應(yīng)用開辟了新的途徑。肄氣液色譜是根據(jù)不同物質(zhì)在氣相和液相中的分配系數(shù)不同來達(dá)到物質(zhì)間的相互分離的。 由于氣液色譜具有峰對(duì)稱性好、 可供選擇的固定液品種多、高效能、高選擇性、高靈敏度和分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)較氣固色譜廣泛。近年來發(fā)展起來的毛細(xì)管柱色譜大部分是氣液色譜。薀含有多種組分的混合物經(jīng)色譜柱分離后，可選用不同的檢測器對(duì)其中各種組分進(jìn)行檢測。目前常用的檢測器主要有熱傳導(dǎo)檢測器（ThermalConductivityDetector, TCD ）和氫

11、火焰離子化檢測器（HydrogenFlameIonization Detector, FID ）。這兩種檢測器氣路流程圖如圖1 所示。三、四、羇氫火焰離子化檢測器螆?jiān)跉錃夂涂諝馊紵纬傻幕鹧胬?，有極少的離子生成，若在火焰之間安一對(duì)電極并加一定的電壓，就可收集到大約 10 12安 的 微膂 圖 2. FID 和微電流放大電路圖羀 1-火焰噴嘴； 2-網(wǎng)狀鉑金絲極化極；3- 收集極； 4-離子室罩；電流。 當(dāng)向燃燒的火焰里引入很少量的有機(jī)物時(shí)，則此電流將急劇增加，增大的電流與引入的有機(jī)物的速率成正比，檢測此增大的電流就能對(duì)引入的有機(jī)物進(jìn)行檢測和定量，這就是氫火焰離子化檢測器（FID ）的基本原理

12、。氫火焰離子化檢測器和微電流放大電路圖見圖2。薄 FID 具有靈敏度高、基流小、最小檢出限低、響應(yīng)快、線性范圍寬、對(duì)操作參數(shù)（如載氣流速、檢測器溫度、助燃?xì)饬魉俚龋┑囊蟛簧鯂?yán)格、操作簡單、 穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此它是目前最常用的檢測器之一，特別是在環(huán)境污染監(jiān)測、醫(yī)藥、生化代謝產(chǎn)物以及食品檢驗(yàn)等中的微量有機(jī)物的分析，氫火焰離子化檢測器是不可缺少的檢測器。五、六、蚃 A4800A 氣相色譜操作規(guī)程 （用 FID 分析）蒈 1. 開氮?dú)鈿馄浚?分壓力為 0.4-0.5MPa。主機(jī)載氣壓力 0.3MPa，柱壓 B 可調(diào)（如用毛細(xì)管柱調(diào)節(jié)氣 B，尾氣流量為 30ml/min ，分餾可適當(dāng)調(diào)節(jié)） 0.1M

13、Pa。2.3.薅開主機(jī)電源，設(shè)置柱箱汽化溫度，保護(hù)溫度比柱箱溫度高30。蚃 3. 各溫度穩(wěn)定，開空氣和氫氣，空氣氣源壓力為 0.3MPa 氣壓力為 0.2MPa（流量 A 先關(guān)再開 9 圈），氫氣氣源壓力大于左右，主機(jī)空0.2 MPa，主機(jī)氫壓A 壓力為0.05 MPa。4.5.膂 開氣 10min 后，再把靈敏度放到適當(dāng)位置 （中），選擇適當(dāng)衰減 （衰 3），開始點(diǎn)火（如點(diǎn)不著火，把空氣壓力從0.2MPa 降到 0.1 MPa，火點(diǎn)著后，從 0.1 MPa 調(diào)到 0.2 MPa）。柱箱溫度 120。6.7.膈 開電腦，進(jìn)入a480a 工作站，設(shè)置所需參數(shù)，等基線穩(wěn)定后，可注樣分析。8.9.蚇

14、按內(nèi)標(biāo)法操作程序，先注標(biāo)準(zhǔn)樣求取各組分校正因子，然后再注待測樣品得到其中各組分的含量。羅 7. 關(guān)機(jī)，先關(guān)工作站，調(diào)靈敏度低檔，關(guān)空氣、氫氣，按總清鍵，打開柱箱門，等柱箱溫度降至室溫，關(guān)氮?dú)夂碗娫?。薂七、八、衿色譜操作注意事項(xiàng)螈 1開啟鋼瓶時(shí)，先將減壓閥關(guān)閉，再開總閥，然后再開減壓閥到指定的壓力；關(guān)閉時(shí)，先關(guān)總閥（開關(guān)鋼瓶時(shí)，注意兩個(gè)閥的旋向）。膃 2空氣壓縮機(jī)不允許帶壓啟動(dòng)，啟動(dòng)前應(yīng)將壓力減至零。羈 3色譜的開啟和關(guān)閉要嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，測量過程中不要隨便打開柱箱門，不允許動(dòng)任何按扭和閥門，否則將引起誤差，嚴(yán)重時(shí)將損壞儀器。蠆 4測量過程中要時(shí)刻注意各壓力表的指示，如壓力發(fā)生較大波動(dòng)，則可

15、能發(fā)生漏氣，應(yīng)仔細(xì)檢查氣路系統(tǒng)，直至故障排除。薅 5微量注射器吸取待測樣品時(shí)，一定要注意活塞拔出的位置，不要將其從針管中全部抽出。蒆 6注樣時(shí)，注意不要將針頭弄彎，注樣動(dòng)作要果斷，注樣完畢，應(yīng)將針頭快速拔出。莁 7要嚴(yán)格按規(guī)程操作工作站，不要作與實(shí)驗(yàn)分析無關(guān)的操作。莀 8分析過程中，如發(fā)現(xiàn)異常情況，應(yīng)及時(shí)與指導(dǎo)教師聯(lián)系，不能擅自處理。九、十、薇定量計(jì)算方法內(nèi)標(biāo)法薄色譜譜圖上的峰面積A ，與待測組分i 的量（重量或摩爾比）成正比關(guān)系，即：袀Ai=k imi膀由于色譜檢測對(duì)混合物中各種物質(zhì)的響應(yīng)值不同，因此對(duì)不同的物質(zhì)，即使峰面積相同，所代表的物質(zhì)的量也不一定相同（即ki 不同）。對(duì) 1、 2兩種

16、組分，有：蚈A1=k 1m1螃A2=k 2m2m1k 2A1fA1(4)薃m2k1A2A2袀式中： mi i 組分重量蒅Ai i 組分峰面積(1)(2)(3)肅ki單位重量組分I 所具有的峰面積羃f校正因子蟻正是由于校正因子f 的存在，在色譜定量計(jì)算時(shí)，常常不采用簡單的面積歸一法求各組分的含量。 針對(duì)本實(shí)驗(yàn)中各組分的特點(diǎn)， 采用內(nèi)標(biāo)法計(jì)算各組分含量。蕆采用內(nèi)標(biāo)法的條件是：當(dāng)只要求測定樣品中某幾個(gè)組分的含量，而這些組分在選定的色譜條件下都有信號(hào)且能測其峰面積。膃此方法是將一種純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物加入到待測樣品中，設(shè)加入量為樣品重量為m，待測組分的量為mi ，其重量的百分含量為：ms，莂 wi %mi

17、100%mims 100%f i Aims100%mmsmAsm(5)肇式中： wi %待測組分i 的重量百分?jǐn)?shù)薈Ai 待測組分 i 的峰面積薆As內(nèi)標(biāo)物的峰面積螁式（ 5）中， Ai 、As、ms 和 m 均可測，要求wi%，只需知道各待測組分的校正因子 fi。fi 的值可查閱有關(guān)色譜分析手冊(cè)得到，也可按以下方法求得：袇將定量（ ms）的內(nèi)標(biāo)物加入到定量（m）的含有各待測組分且各組分含量己知的標(biāo)準(zhǔn)樣中，混合均勻后用色譜分析，由色譜圖可得到內(nèi)標(biāo)物峰面積As 和各組分峰面積Ai，將以上各值代入式（5）中，可得各待測組分i 的校正因子fi。分析待測樣品時(shí)，方法相同，把所得的Ai 、 As、 ms、

18、m 以及 fi代入式（5）中，即可得各組分的含量。A4800色譜數(shù)據(jù)工作站，可自動(dòng)完成校正因子的求取，方法如下：莆配制包括內(nèi)標(biāo)物在內(nèi)的各組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品，先用標(biāo)準(zhǔn)樣品作一次歸一分析，然后按下表中所列操作步驟求出校正因子及分析未知樣含量。蚄芁薈蕆螂蝕莈蒈膅肀肈芆芃螃衿步莇操作項(xiàng)目蚆說明驟把方法設(shè)定頁面中的 “分析”改為“校膂 1蕿方法設(shè)定準(zhǔn)”，“歸一”改為“內(nèi)標(biāo)”膄工作方法校準(zhǔn)定量方實(shí)際進(jìn)樣時(shí)， 分別為內(nèi)標(biāo)重量， 樣品法 內(nèi)標(biāo)重量螄乘數(shù)1除數(shù)12參數(shù)表組分表依次激活進(jìn)入組分表3激活編輯符號(hào)4按光標(biāo)移動(dòng)鍵，分別在名稱，由于內(nèi)標(biāo)物是為了分析方便而加入時(shí)間濃度各項(xiàng)中輸入標(biāo)樣參的，故在含量報(bào)告中將無內(nèi)標(biāo)物的信數(shù)，對(duì)內(nèi)標(biāo)物， 在“注”項(xiàng)內(nèi)， 息輸入“ I1”5 5（自動(dòng)算出絕對(duì)窗寬激活，輸入相對(duì)窗寬值： 5值）6重新處理頁面重新計(jì)算依次激活兩項(xiàng)功能， 算出組分表中校正因子方法設(shè)定工作方法 分析 定量方法內(nèi)標(biāo)在色譜儀上注入被測樣品按 F1 鍵開始采樣9譜圖出完后， 按鍵 F3 結(jié)束采得到內(nèi)標(biāo)法各組分含量報(bào)告樣若在實(shí)際測樣時(shí)出現(xiàn)的峰數(shù)少于標(biāo)樣出峰數(shù)，按重新處理添加相應(yīng)數(shù)量的面積為零