化学工程与工艺专业
化工专业实验讲义
化学与生物工程学院化工教研室编
20##-10-8
目录
第一篇 绪论
第二篇 实验部分
实验一 变压吸附实验…………………………….………..…….6
实验二 连续流动反应器中的返混测定…………………………12
实验三 微胶囊及其悬浮液的制备………………………………17
实验三 氨-水系统汽液相平衡数据的测定……………………..20
实验四 膜分离技术……………………………………………….24
实验五 乙苯脱氢气固相催化反应……………………………….28
实验六 葡萄糖的旋光度及含量的测定………………………….33
实验八 4-甲基-1-苯基乙酮的合成.................................................35
第一篇 绪论
化工实验基本知识
一、 实验室消防知识与安全用电
１．实验室消防 ：实验室常用的消防器材包括以下几种
（１）灭火砂箱 ：用于扑灭易燃液体和其他不能用水灭火的危险品引起的火灾。砂子能隔断空气并起到降温作用而灭火，但砂中不能混有可燃性杂物，并且要保持干燥。由于砂箱中存砂有限，故只能扑灭局部小规模的火源；大规模火源，可用不燃性固体粉末扑灭。
（２）石棉布、毛毡或湿布 ：用于扑灭火源区域不大的火灾，也是扑灭衣服着火的常用方法，通过隔绝空气来达到灭火的目的。
（３）泡沫灭火器 ：实验室多使用手提式泡沫灭火器。外壳用薄钢板制成，内有一个盛有硫酸铝的玻璃胆，胆外装用碳酸氢钠和发泡剂（甘草精）。使用时把灭火器倒置，马上有化学反应生成含泡沫，泡沫黏附在燃烧物体的表面，形成与空气隔绝的薄层而灭火。适用于扑灭实验室的一般火灾，但由于泡沫导电，故不能用于扑救电器设备和电线的火灾。
（４）其它灭火器材
① 四氯化碳灭火器，适用于扑灭电器设备火灾；
② 二氧化碳灭火器，使用时能降低空气中含氧量，因此要注意防止现场人员窒息；
③ 干粉灭火剂，可扑灭易燃液体、气体、带电设备引起的火灾；
④ 1211灭火剂，适用于扑救油类、电器类、精密仪器等火灾。 ：
２．安全用电常识
电对人的伤害可分为内伤与外伤两种，可单独发生，也可同时发生。
（１）电伤危险因素 ：电流通过人体某一部分即为触电。触电是最直接的电气事故，常常是致命的。其伤害程度与电流强度的大小、触电时间以及人体电阻等因素有关。 实验室常用电压为220～380Ｖ、频率为50Ｈz的交流电，人体的心脏每跳动一次大约有0.1～0.2s的间歇时间，此时对电流最敏感，因此当电流流过人体脊柱和心脏时危极大。 人体电阻分为皮肤电阻（潮湿时约为2000 ，干燥时约为5000 ）和体内电阻（150～500 ）。随着电压升高，人体电阻相应降低。触电时因为皮肤破裂而使人体电阻骤然降低，通过人体的电流随之增大而危及人的生命。
（２）防止触电注意事项
① 电气设备要可靠接地，一般使用三芯插座。
② 一般不要带电操作。特殊情况需要时，必须穿绝缘胶鞋，戴橡胶皮手套等防护用具。
③ 安装漏电保护装置。一般规定其动作电流不超过30mＡ，切断电源时间低于0.1s。
④ 实验室严禁随意拖拉电线。
二、 实验室环保知识
实验室排放的废气、废渣等虽然数量不大，但不经过必要的处理直接排放，会对环境和人身造成危害。要特别注意以下几点：
① 实验室所有药品以及中间产品，必须贴上标签，注明名称，防止误用和因情况不明而处理不当造成事故；
② 绝对不允许用嘴去吸移液管液体以获取各种化学试剂和溶液，应该用吸耳球等方法吸取；
③ 处理有毒或带刺激性质时，必须在通风橱内进行，防止误用和因情况不明而处理不当造成事故；
④ 废液应根据物质性质的不同分别集中在废液桶内，并贴上标签，以便处理； 注：有些废液不可混合，如过氧化物和有机物、盐酸等挥发性酸和不挥发性酸、铵盐及挥发性胺与碱等。
⑤ 接触过有毒物质的器皿、滤纸、容器等要分类收集后集中处理；
⑥ 一般的酸碱处理，必须在进行中和后用水大量稀释，然后才能排放到下水槽；
⑦ 处理废液、废物时，一般要戴上防护眼镜和橡皮手套。对兼有刺激性、挥发性的废液处理时，要戴上防毒面具，在通风橱内进行。
三、 事故预防和处理
１．玻璃割伤 如果为一般轻伤，应及时挤出污血，并用消毒过的镊子取出玻璃碎片，用蒸馏水洗净伤口，涂上碘酒或红汞水，再用绷带包扎；如果为大伤口，应立即用绷带扎紧伤口上部，使伤口停止出血，立即送医院。
２．酸液或碱液溅入眼中应立即用大量水冲洗。若为酸液，再用质量分数为１％的碳酸氢钠溶液冲洗。若为碱液，则再用质量分数为１％的硼酸溶液冲洗，最后用水洗。重伤者经初步处理后，立即送医院。
３．溴液溅入眼中 溴液溅入眼中按酸液溅入眼中事故作急救处理后，立即送医院。
４．皮肤被酸、碱或溴液灼伤 被酸或碱液灼伤时，伤处首先用大量水冲洗。若为酸液灼伤，再用饱和碳酸氢钠溶液洗；若为碱液灼伤，则再用质量分数为１％的醋酸洗。最后都用水洗，再涂上药品凡士林。被溴液灼伤时，伤处立刻用石油醚冲洗，再用质量分数为２％的硫代硫酸钠溶液洗，然后用蘸有油的棉花擦，再敷以油膏。
化工专业实验课的要求
实验室一般注意事项
① 遵守实验室的各项制度，听从教师的指导，尊重实验室工作人员的职权。
② 保持实验室的整洁，在整个实验过程中，保持桌面和仪器的整洁，保持水槽干净。不 得将废液等倒入水槽。
③ 公用仪器和工具在指定地点使用，公用药品不能任意挪动，要爱护仪器，节约药品。
④ 实验完毕离开实验室时，应关闭水、电、气体、门、窗等。
为了保证实验的顺利进行，以达到预期的目的，要求学生必须做到如下几点。
１．充分预习 实验前要做好预习并查阅有关手册和参考资料，掌握原料和产品的物性数据，了解实验原理和步骤。
２．认真操作 实验时要认真操作，仔细观察各种现象，积极思考，注意安全，保持整洁，不得脱岗。
３．做好记录 实验过程中，要及时、准确地记录实验现象和数据，以便对实验现象做出分析和解释。切不可在实验结束后补写实验记录。
４．书写报告 实验结束后写出实验报告，实验报告一般应包括：实验日期、实验名称、仪器药品、反应原理、操作步骤、结果与讨论、意见和建议等。报告应力求条理清楚、文字简练、结论明确、书写整洁。
第二篇实验部分
实验一 变压吸附实验
利用多孔固体物质的选择性吸附分离和净化气体或液体混合物的过程称为吸附分离。吸附过程得以实现的基础是固体表面过剩能的存在，这种过剩能可通过范德华力的作用吸引物质附着于固体表面，也可通过化学键合力的作用吸引物质附着于固体表面，前者称为物理吸附，后者称为化学吸附。一个完整的吸附分离过程通常是由吸附与解吸（脱附）循环操作构成，由于实现吸附和解吸操作的工程手段不同，过程分变压吸附和变温吸附，变压吸附是通过调节操作压力（加压吸附、减压解吸）完成吸附与解吸的操作循环，变温吸附则是通过调节温度（降温吸附，升温解吸）完成循环操作。变压吸附主要用于物理吸附过程，变温吸附主要用于化学吸附过程。本实验以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。
一、实验目的
（1）了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程；
（2）了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素；
（3）了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理；
（4）了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的。
二、实验原理
物质在吸附剂（固体）表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离，被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。
碳分子筛吸附分离空气中N2和O2就是基于两者在扩散速率上的差异。N2和O2都是非极性分子，分子直径十分接近（O2为0.28nm，N2为0.3nm），由于两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大，因此，从热力学（吸收平衡）角度看，碳分子筛对N2和O2的吸附并无选择性，难于使两者分离。然而，从动力学角度看，由于碳分子筛是一种速率分离型吸附剂，N2和O2在碳分子筛微孔内的扩散速度存在明显差异，如：35℃时，O2的扩散速度为2.0×106 ，O2的速度比N2快30倍，因此当空气与碳分子筛接触时，O2将优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。由于该吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制（即吸附－解吸循环速率的控制）非常重要。当吸附剂用量、吸附压力、气体流速一定时，适宜的吸附时间可通过测定吸附柱的穿透曲线来确定。
所谓穿透曲线就是出口流体中被吸附物质（即吸附质）的浓度随时间的变化曲线。典型的穿透曲线如下图所示，由图可见吸附质的出口浓度变化呈S形曲线，在曲线的下拐点（a点）之前，吸附质的浓度基本不变（控制在要求的浓度之下），此时，出口产品是合格的。越过下拐点之后，吸附质的浓度随时间增加，到达上拐点（b点）后趋于进口浓度，此时，床层已趋于饱和，通常将下拐点（a点）称为穿透点，上拐点（b点）称为饱和点。通常将出口浓度达到进口浓度的95%的点确定为饱和点，而穿透点的浓度应根据产品质量要求来定，一般略高于目标值。本实验要求N2的浓度≥97%，即出口O2应≦３％，因此，将穿透点定为O2浓度在2.5%-3.0%。
为确保产品质量，在实际生产中吸附柱有效工作区应控制在穿透点之前，因此，穿透点（a点）的确定是吸附过程研究的重要内容。利用穿透点对应的时间（t0）可以确定吸附装置的最佳吸附操作时间和吸附剂的动态吸附量，而动态吸附容量是吸附装置设计放大的重要依据。
动态吸附容量的定义为：从吸附开始直至穿透点（a点）的时段内，单位重量的吸附剂对吸附质的吸附量（即：吸附质的质量/吸附剂质量或体积）
三、实验装置及流程
变压吸附装置是由两根可切换操作的吸附柱(A柱、B柱)构成，吸附柱尺寸为
，吸附剂为碳分子筛，各柱碳分子筛的装填量为247g。
来自空压机的原料空气经脱油器脱油和硅胶脱水后进入吸附柱，气流的切换通过电磁阀由计算机在线自动控制。在计算机控制面板上，有两个可自由设定的时间窗口 K1，K2，所代表的含义分别为：
K1——表示吸附和解吸的时间（注：吸附和解吸在两个吸附柱分别进行）。
K2——表示吸附柱充压和串连吸附操作时间。
解吸过程分为两步，首先是常压解吸，随后进行真空解吸。
气体分析：出口气体中的氧气含量通过CYES-II 型氧气分析仪测定。
四、实验步骤
实验准备：
检查压缩机、真空泵、吸附设备和计算机控制系统之间的连接是否到位，氧分析仪是否校正，15支取样针筒是否备齐。
接通压缩机电源，开启吸附装置上的电源。
开启真空泵上的电源开关，然后在计算机面板上启动真空泵。
调节压缩机出口稳压阀，使输出压力稳定在0.5MPa（表压0.4 MPa）。
调节气体流量阀 ，将流量控制在3.0L/H左右。
将计算机面板上的时间窗口分别设定为K1＝600s，K2＝5s，启动设定框下方的开始 按钮，系统运行30min后，开始测定穿透曲线。
穿透曲线测定方法：系统运行30min后，观察计算机操作屏幕，从操作状态进入K1的瞬间开始，迅速按下面板上的计时按钮，然后，每隔1分钟，用针筒在取样口处取样分析一次（若K1=600s，取10个样），记录取样时间与样品氧含量的关系，同时记录吸附压力、温度和气体流量。
取样注意事项：
每次取样8-10ml，将针筒对准取样口，取样阀旋钮可调节气速大小。
取样后将针筒拔下，迅速用橡皮套封住针筒的开口处，以免空气渗入，影响分析结果。
改变气体流量，将流量提高到6.0L/H，然后重复（6）和（7）步操作。
调节压缩机出口气体减压阀，将气体压力升至0.7 MPa（表压0.6 MPa），重复第（5）到第（7）步操作。
停车步骤：
先按下K1，K2设定框下方的停止操作按钮，将时间参数重新设定为K1＝120s，K2＝5s，然后启动设定框下方的开始按钮，让系统运行10-15min。
系统运行10-15min后，按下计算机面板上停止操作按钮，停止吸附操作。
在计算机控制面板上关闭真空泵，然后关闭真空泵上的电源。
关闭压缩机电源。
五、实验数据处理
（1）实验数据记录
表1 穿透曲线测定数据
吸附温度T/℃:_____ 压力P/Mpa:_____ 气体流量V/L/h:____
表2 穿透曲线测定数据
吸附温度T/℃:_____ 压力P/Mpa:_____ 气体流量V/L/h:____
表3 穿透曲线测定数据
吸附温度T/℃:_____ 压力P/Mpa:_____ 气体流量V/L/h:____
（2）实验数据整理
a) 根据实验数据，在同一张图上标绘两种气体流量下的吸附穿透曲线。
b) 若将出口氧气浓度为3.0%的点确定为穿透点，请根据穿透曲线确定不同操作条件下穿透点出现的时间t0,记录于下表4。
表4穿透点出现的时间t0
c) 根据表4计算不同条件下的动态吸附容量：
表5 不同条件下的动态吸附容量计算结果
六、结果及讨论
（1）在本装置中，一个完整的吸附循环包括哪些操作步骤？
（2）气体的流速对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？
（3）吸附压力对吸附剂的穿透时间和动态吸附容量有何影响？为什么？
（4）根据实验结果，你认为本实验装置的吸附时间应该控制在多少合适？
（5）该吸附装置在提纯氮气的同时，还具有富集氧气的作用，如果实验目的是为了获得富氧，实验装置及操作方案应作哪些改动？
七、符号说明
A－吸附柱的截面积，cm2；
C0－吸附质的进口浓度，g/L；
CB－穿透点处，吸附质的出口浓度，g/L；
G－动态吸附容量（氧气质量/吸附剂体积），g/g；
P－实际操作压力，Mpa；
P0－标准状态下的压力，Mpa；
T－实际操作温度，K；
T0－标准状态下的温度，K；
V－实际气体流量，L/min；
VN－标准状态下的气体流量，L/min；
t0－达到穿透点的时间，s；
y0－空气中氧气的浓度，wt%；
yB－穿透点处，氧气的出口浓度，wt%；
W－碳分子筛吸附剂的质量，g。
实验二 连续流动反应器中的返混测定
一实验目的
本实验单釜与三釜反应器中的停留时间分布的测定将数据计算结果用多釜串联模型来定量返混程度，从而认识限制返混的措施。
了解全混釜和多釜串联反应器的返混特性；
掌握停留时间分布的测定方法；
了解停留时间分布与多釜串联模型的关系；
了解模型参数n的物理意义及计算方法。
二、实验原理
在连续流动釜式反应器中，激烈的搅拌使反应器内物料发生混合，反应器出口处的物料会返回流动与进口物料混合，这种空间上的反向流动就是返混，通常称为狭义上的返混。限制返混的措施是分割，有横向分割和纵向分割。当一个釜式反应器被分成多个反应器后，返混程度就会降低。
在连续流动的反应器内，不同停留时间的物料之间的混和称为返混。返混程度的大小，一般很难直接测定，通常是利用物料停留时间分布的测定来研究。然而测定不同状态的反应器内停留时间分布时，我们可以发现，相同的停留时间分布可以有不同的返混情况，即返混与停留时间分布不存在 一一对应的关系，因此不能用停留时间分布的实验测定数据直接表示返混程度，而要借助于反应器数学模型来间接表达。
停留时间分布的测定方法有脉冲法，阶跃法等，常用的是脉冲法。当系统达到稳定后，在系统的入口处瞬间注入一定量Q的示踪物料，同时开始在出口流体中检测示踪物料的浓度变化。
由停留时间分布密度函数的物理含义，可知
所以 
由此可见
与示踪剂浓度
成正比。因此，本实验中用水作为连续流动的物料，以饱和
作示踪剂，在反应器出口处检测溶液电导值。在一定范围内，浓度与电导值成正比，则可用电导值来表达物料的停留时间变化关系，即
，这里
，
为t时刻的电导值，
为无示踪剂时电导值。
停留时间分布密度函数在概率论中有二个特征值，平均停留时间（数学期望）
和方差
。
的表达式为：
采用离散形式表达，并取相同时间间隔
则：
的表达式为：
也用离散形式表达，并取相同
，则：
若用无因次对比时间
来表示，即
，
无因次方差
。
在测定了一个系统的停留时间分布后，如何来评介其返混程度，则需要用反应器模型来描述，这里我们采用的是多釜串联模型。
所谓多釜串联模型是将一个实际反应器中的返混情况作为与若干个全混釜串联时的返混程度等效。这里的若干个全混釜个数n是虚拟值，并不代表反应器个数，n称为模型参数。多釜串联模型假定每个反应器为全混釜，反应器之间无返混，每个全混釜体积相同，则可以推导得到多釜串联反应器的停留时间分布函数关系，并得到无因次方差
与模型参数n存在关系为
当 
， 
， 为全混釜特征；
当 
， 
， 为平推流特征；
这里n是模型参数，是个虚拟釜数，并不限于整数。
三实验仪器与试剂
1．实验装置图
2.药品：饱和KCl
3.器具：500ml 烧杯两只
5ml 针筒两支，备用两支
7#针头两个，备用两个
四实验步骤
1、通水，开启水开关，让水注满反应釜，调节进水流量为15L/H，保持流量稳定。
2、通电，开启电源开关。
① 打开计算机数据采集系统，设定参数值，通过点击图形区域可进行“单釜”“三釜”显示页间的切换；
② 开电导仪，调整好，以备测量；
③ 开动搅拌器，搅拌转速决定了混合状态，单釜应控制在150转/分（rpm）左右，三釜控制在300rpm左右。
3、调节流量稳定后注入示踪剂饱和KCL溶液,同时按数据采集系统的“开始”键。
① 整个操作过程中注意控制流量；
② 为便于观察，示踪剂中加入了颜料，示踪剂要求一次迅速注入；
③ 抽取时勿吸入底层晶体，以免堵塞，若遇针头堵塞，不可强行推入，应拔出后重新操作；
④ 一旦失误，应等示踪剂出峰全部走平后，再重做，或在老师指导下，把水放尽，置换清水后重做。
4、当计算机信号线显示的电导值在2min内觉察不到变化时，即认为到达终点，按“结束”键，同时保存并打印结果。
5、关闭仪器，电源，水源，排清釜中的料液，实验结束。
五、实验数据处理
1、选择一组实验数据，用离散方法计算平均停留时间、方差，从而计算无因次方差和模型参数，要求写清计算步骤；
2、与计算机计算结果比较，分析偏差原因；
3、列出数据处理结果表；
4、讨论实验结果。
六、实验结果讨论题
1、何谓返混？返混的起因是什么？限制返混的措施有哪些？
2、计算出单釜与三釜系统的平均停留时间，并与理论值VR/V0比较，分析偏差原因；
3、计算模型参数n，与实际釜数有何不同，讨论二种系统的返混程度大小；
4、讨论一下如何限制返混或加大返混程度。
实验三 微胶囊及其悬浮液的制备
一实验目的
了解和掌握微胶囊的制备方法与技术；
掌握微胶囊粒径与包封率的测定方法；
了解悬浮液的配方设计原理；
掌握微胶囊悬浮液的制备方法及悬浮液的性能指标。
二、实验原理
微胶囊是用物理或化学的方法使有效成分分散成几微米到几百微米的微粒，然后用天然的或合成的高分子化合物包裹和固定起来，形成具有一定包覆强度、能控制有效成分释放的胶囊。
微胶囊的制备技术始于20世纪30年代，在70年代中期得到了迅猛发展，而且发展速度越来越快。由于微胶囊化带来的巨大优越性，如：保护芯材物质免受环境影响，屏蔽味道、颜色、气味，改变物质重量、体积、状态或表面性能，隔离活性成分，降低挥发性，减少毒副作用，降低对健康的危害；控制芯材物质的缓慢释放和用于特殊目的的不相容物质的分离等，越来越多的科研工作者正把微胶囊技术应用于越来越广泛的领域中。从5O年代初美国NCR公司的无碳复写纸到今天，微胶囊技术已经在医学、药物、兽药、农药、染料、颜料、涂料、食品、日用化学品、生物制品、胶粘剂、新材料、肥料、化工等诸多领域得到了广泛的应用。
1、微囊化的原理
（1）、基于凝固相的分离制备微胶囊
（2）、基于界面反应制备微胶囊
（3）、水相分离制备微胶囊
2、微囊化的方法
（1）、物理方法：利用物理和机械原理的方法制备微胶囊，主要有空气悬浮法、喷雾干燥法、真空蒸发沉积法、包结络合法、等。
（2）、化学方法：主要利用单体小分子发生聚合生成高分子或膜材料并将芯材包裹，常使用的是界面聚合法和原位聚合法。
（3）、物理化学方法：通过改变条件使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来并将芯材包覆形成微胶囊。
三实验仪器与试剂
1、实验试剂：
尿素（分析纯，长沙精细化学品有限公司） ；甲醛溶液（37%～40%，优级纯，长沙化学试剂公司） ；氯化铵；噻虫啉；环己酮；大豆油；表面活性剂；黄原胶；硅酸镁铝；氢氧化钠；盐酸。
2、实验仪器与分析检测仪器器具：
恒温水浴锅、电动搅拌器、三口烧瓶、温度计、pH计、光学显微镜（1-2020A 型，上海光学仪器厂）、激光粒度仪、高效液相色谱仪、电子称、真空泵、布氏漏斗、抽滤瓶，等。
四实验步骤
1、预聚体（水相）的制备
将去离子水、甲醛、尿素加入三口烧瓶中，搅拌至固体物质完全溶解；用氢氧化钠溶液调物料的pH值到8～9。
2、保温
将水相加热至65～70℃，保温1.5h，冷却至室温（20℃左右）后备用。
3、有机相（油相）的制备
按照配方，将噻虫啉、环己酮、大豆油、表面活性剂在烧杯中加热溶解，使噻虫啉原药完全溶解，形成透明均相液体，备用。
4、成囊
将装有水相的三口烧瓶中的搅拌开启，将油相迅速倒入水相中，形成乳状液，继续搅拌30min。
5、固化
调节乳状液的搅拌转速，向步骤4的三口烧瓶中缓慢滴加约1%的盐酸水溶液（滴加时间约1.5～2h），调节pH至2～3，继续搅拌30min，将反应体系温度升至60℃，保温2h。期间每隔10min记录一次温度。
6、调pH值
保温2h后三口烧瓶中温度降至30℃以下，向三口烧瓶中滴加氢氧化钠溶液，调节体系pH至6～8，即得微囊母液。
7、分析
用液相色谱仪分析有效成分总含量，达到目标为合格；用激光粒度仪测定粒度，D90小于20um为合格。
8、微胶囊悬浮液的制备
按比例取微囊母液，黄原胶，苯甲酸钠，硅酸镁铝放入三口烧瓶中，搅拌均匀，测定粒度，D90小于20um为合格。
五、微胶囊悬浮液配方设计：
本实验要求学生自己设计微胶囊悬浮液的配方，经指导老师认可后开始实验。
六、实验结果讨论题
1、制备微胶囊的方法有哪些？何谓原位聚合？
2、脲醛树脂微胶囊有哪些特点？
3、影响脲醛树脂微胶囊质量的因素有哪些？
4、什么是悬浮液，其特点有哪些？
5、微胶囊悬浮液的质量指标有哪些？
实验四 氨-水系统汽液相平衡数据的测定
一、实验目的
学习用静力法测定氨—水系统相平衡数据方法。
了解高压釜构造和使用方法。
用静力法测定氨 - 水系统相平衡数据。
掌握相平衡实验的基本技能。
二、实验原理
实验采用静力法，此法简单。高压釜是静力法常用的装置，多用于加压下的测定，但在测定的仪表精度允许的条件下，也可用于常压或减压下的测定。
氨水系统中，在一定液相浓度下,温度与压力的关系： 根据《氮肥工艺设计手册》(理化数据分册)氨水溶液的蒸汽压与温度关系是以蒸汽压的对数
为纵坐标，绝对温度的倒数1／T为横坐标，在一定液相浓度下，温度与压力呈直线关系。本实验分别测定三个温度下的对应平衡压力，取样分析最后一个平衡条件下液相的浓度。取样时的压力最好在 0.04~0.08MP之间，再因此本实验结果是显示出氨水相平衡时，温度与压力之间的关系。
三、实验仪器与试剂
5ml移液管 2支；
2.0mol/L及0.6mol/L 标准硫酸溶液；
0.3mol/L标准氢氧化钠溶液 ；
取样瓶4个；
电光天平（称重200g，感量0.1g）1台；
50ml的酸、碱滴定管各一支。
四、实验操作步骤
1．把高压釜打开，清洗干净，擦干，再把高压釜装好，进行气密性检查。
a．高压釜的密封要求比较高，密封面的加工精度和光洁度都很高。使用时。要特别注意保护密封面，在装卸釜盖时，使上、下密封面缓慢接触，防止相互撞击。
b．装卸高压釜时，不能碰撞搅拌桨，搅拌杆略有弯曲，就会增加搅拌阻力，甚至不能搅拌了。
c．高压釜的上下釜盖有对齐标记，安装时，要特别注意，不能错位,任意调换。
d．拧紧高压釜螺栓前，必须调整釜盖与釜体法之间的距离，要求各处间距基本相等，拧紧螺母时，必须按对角线、对称地分多次逐渐旋紧，用力要均匀，最后，每个螺栓的拧紧力最大不超过8Kgfm，新釜或使用压力较低时，拧紧力可以低些。
2．把氨和水加入高压釜内
A 用化学纯氨水做实验
①． 用真空泵把高压釜内气体抽掉。
a．釜的液相阀要关闭。
b．真空泵抽气管要接在高压釜气相管上。
c. 抽气时，当高压釜的气体抽好后，先关闭气相管阀门，然后拔掉真空橡皮管，关掉真空泵。
②．用乳胶管把漏斗接在液相管阀门上，再把250 ml左右氨水从漏斗加入釜内。但不能让空气进入釜内。
B 根据实验要求，将氨和水按一定比例加入高压釜内。
①．计算加氨量
加人高压釜内的氨量等于装有液氨的小钢瓶重量减去空的小钢瓶重量(液氨重量100g左右)。空的小钢瓶重量基本上等于内装有一个大气压氨气的小钢瓶重量，这个重量可以事先称量好。这样计算出来的加氨量会有一点误差，但影响不大。只要配制的浓度基本上符合要求就可以，准确浓度要取样分析。
②．计算加水量：
根据加氨量和氨水比例，计算出加水重量，用250m1量筒量好要加的去离子水，备用。
③．向高压釜内加水：
用乳胶管把漏斗接在液相管阀门上，再把计量好的去离子水从漏斗加入釜内。 加水前要把气相管阀门打开通大气，或者先把釜内抽成负压。
④．用真空泵把高压釜内气体抽掉。
a．釜的液相阀要关闭。
b．真空泵抽气管要接在高压釜气相管上。
c. 抽气时，当高压釜的气体抽好后，先关闭气相管阀门，然后拔掉真空橡皮管，关掉真空泵。
⑤．向高压釜内加氨：
把小钢瓶接在高压釜的液相阀门上，装小钢瓶时，注意阀门在下方。
a．加氨时，压力表指针不能超过压力表的量程。
b．当小钢瓶和液相管阀门开着，釜内压力不再增大，或开始下降时，说明氨已经加好了。
d．为了缩短加氨时间，加氨前，把高压釜放在冷水中，若再启动高压釜搅拌器效果更好。
3．根据实验要求加热至规定温度，稳定平衡温度。
平衡的判断：测定气液平衡数据，首先要确定系统是否处于平衡状态，系统不同达到平衡的时间也不同，本实验系统的压力稳定不变后，再继续保持一段时间，记下系统的温度和对应的平衡压力。
五、实验数据处理
1.取样分析：
①．取样瓶中加入一定浓度，一定体积的H2SO4，用分析天平称量，记下重量。
②．排掉取样管内的“死液”。
③．用橡皮管把取样瓶与取样口连接起来。
④．边取样，边搅拌，取样瓶温度升高，觉得比较热时，关掉阀门。
⑤．取好样，把橡皮管和釜取样口分开。
⑥．准确称量后，把取样瓶的溶液倒入三角烧瓶中，加入数滴酚酞指示剂，然后用酸或碱标准溶液分析样品的氨含量。
注意事项：
a．氨的刺激性很大，防止氨喷到皮肤，特别是眼镜，以免受伤。
b．取样时，一边取样，一边摇晃。
c．取好样时，溶液显中性或弱酸性好。
2．数据处理(举例)：
取样瓶中加入浓度为1.801
，体积为5
的
，用分析天平称取样量为9.008克，用0.1006
滴定用去19.02
，计算氨水的浓度。
氨含量G：
氨的重量百分浓度
氨的摩尔分率：
六、讨论题
1、测定气液平衡数据的方法有哪几种？分别说明它们的实验原理和基本装置、适用范围。
2、怎样进行设备的气密性检查？
3、常采用哪些方法，加速系统达到平衡？
4、如何判断系统达到平衡?
5、取样时，为什么先取液相样，后取气相样？
实验五 膜分离技术
一、实验目的
了解和熟悉超滤膜分离的主要工艺参数。
了解液相膜分离技术的特点。
培养并掌握超滤膜分离的实验操作技能。
二、实验原理
通常，以压力差为推动力的液相膜分离方法有反渗透（RO）、纳滤（NF）、超滤（UF）和微滤（MF）等方法，图1是各种渗透膜对不同物质的截留示意图。对于超滤（UF）而言，一种被广泛用来形象的分析超滤膜分离机理的说法是“筛分”理论。该理论认为，膜表面具有无数微孔，这些实际存在的不同孔径的孔眼像筛子一样，截留住了分子直径大于孔径的溶质和颗粒，从而达到了分离的目的。最简单的超滤膜的工作原理（如图2所示）是：在一定的压力作用下，当含有高分子（Ａ)和小分子（Ｂ）溶质的混合溶液流过被支撑的超滤膜表面时，溶剂（如水）和小分子溶质（如无机盐）将透过超滤膜，作为透过物被搜集起来；高分子溶质（如有机胶体）则被超滤膜截留而作为浓缩液被回收。
图１ 各种渗透膜对不同物质的截留示意图 图2超滤器工作原理示意图
应当指出的是，若超滤完全用“筛分”的概念来解释，则会非常含糊。在有些情况下，似乎孔径大小是物料分离的唯一支配因素；但对有些情况，超滤膜材料表面的化学特性却起到了决定性的截留作用。如有些膜的孔径既比溶剂分子大，又比溶质分子大，本不具有截留功能，但令人意外的是，它却仍然具有明显的分离效果。由此可知，比较全面一些的解释是：在超滤膜分离过程中，膜的孔径大小和膜表面的化学性质等，将分别起着不同的截留作用。因此，不能简单地分析超滤现象，孔结构是重要因素，但不是唯一因素，另一个重要因素是膜表面的化学性质。
三、实验设备、流程和仪器
图3 中空纤维超滤膜浓缩表面活性剂实验装置示意图
主要设备
组件型号：XZL-UF10-1
主要参数：截留分子量10000
膜面积：0.5m2
适宜的流量：20～50L/h
实验流程（见图3）
本实验将表面活性剂料液经泵从下部输送到中空纤维超滤膜组件。将表面活性剂料液分为二：一是透过液——透过膜的稀溶液，该稀溶液由流量计后回到表面活性剂料液储罐；二是浓缩液——未透过膜的溶液（浓度高于料液），经转子流量计计量后也回到料液储罐。在本流程中，阀门Ａ处可为膜组件加保护液（１％甲醛溶液）用；阀门Ｂ处可放出保护液；预过滤器为200目不锈钢网过滤器，作用是拦截料液中的不溶性杂质，以保护膜不受阻塞。
主要分析仪器：
751型紫外分光光度计，用于测定溶液浓度
四、实验步骤及方法
实验方法
将预先配制的表面活性剂料液在0.1MPa压力和室温下，进行不同流量的超滤膜分离实验。在稳定操作30分钟后，取样品分析。取样方法：从表面活性剂料液储槽中用移液管取5mL浓缩液入100mL容量瓶中，与此同时在透过液出口端用100mL烧杯接取透过液约50mL，然后用移液管从烧杯中取10mL放入第二个容量瓶中，以及在浓缩液出口端用100mL烧杯接取浓缩液约50mL，并用移液管从烧杯中取5mL放入第三个容量瓶中。利用751型紫外分光光度计，测定三容量瓶的表面活性剂浓度。烧杯中剩余透过液和浓缩液全部倾入表面活性剂料液储槽中，充分混匀。随后进行下一个流量实验。
操作步骤
（1）751型紫外分光光度计通电预热20分钟以上。
（2）若长时间内不进行膜分离实验，为防止中空纤维膜被微生物侵蚀而损伤，在超滤组件内必须加入保护液。然而，在实验前必须将超滤组件中的保护液放净。
（3)清洗中空纤维超滤组件，为洗去残余的保护液，用自来水清洗2～3次，然后放净清洗液。
（4）检查实验系统阀门开关状态，使系统各部位的阀门处于正常运转状态。
（5）将配制的表面活性剂料液加入料液槽计量，记录表面活性剂料液的体积。用移液管取料液5ml放入容量瓶（100mL）中，以测定原料液的初始浓度。
（6）在启动泵之前，必须向泵内注满原料液。
（7）启动泵稳定运转30分钟后，按“实验方法”进行条件实验，做好记录。实验完毕后即可停泵。
（8）清洗中空纤维超滤组件。待超滤组件中的表面活性剂溶液放净之后，用自来水代替原料液，在较大流量下运转20分钟左右，清洗超滤组件中残余表面活性剂溶液。
（9）加保护液。如果一天以上不使用超滤组件，须加入保护液至中空纤维超滤组件的2/3高度。然后密闭系统，避免保护液损失。
（10）将751型紫外分光光度计清洗干净，放在指定位置，以及切断分光光度计的电源。
五、实验数据处理
实验条件和数据记录如下
压力（表压）： MPa；温度： ℃。
数据处理
表面活性剂截留率（R）
透过液通量（J）
表面活性剂浓缩倍数（N）
（4）在坐标上绘制R～流量、J～流量和N～流量的关系曲线。
六、思考题
１、试说明超滤膜分离的机理。
２、超滤组件长时间不用时，为何要加保护液？
３、在实验中，如果操作压力过高会有什么结果？
４、提高料液的温度对膜通量有什么影响？
５、在启动泵之前为何要灌泵？
实验六 乙苯脱氢气固相催化反应
苯乙烯是重要的高分子聚合物单体，广泛用于塑料、橡胶等工业生产中。其制备方法主要是乙苯催化脱氢工艺。该工艺在化工生产中占有一定地位。了解其制备过程和实验室操作方法，对改进生产工艺有重要的作用。
一、实验目的
1、了解以乙苯为原料在铁系催化剂上进行固定床制备苯乙烯的过程，学会设计实验流程和操作；
2、掌握乙苯脱氢操作条件对产物收率的影响，学会获取稳定的工艺条件之方法。
3、掌握催化剂的填装、活化、反应使用方法。
4、掌握色谱分析方法。
二、实验原理
1、本实验的主副反应
乙苯脱氢生成苯乙烯和氢气是一个可逆的强烈吸热反应，只有在催化剂存在的高温条件下才能提高产品收率。
2、影响本实验的因素
1、温度的影响
乙苯脱氢反应为吸热反应，△H0>0，从平衡常数与温度的关系式
可知，提高温度可增大平衡常数，从而提高脱 氢 反应的平衡转化率。但是温度过高副 反应增加，使苯乙烯选择性下降，能耗增大，设备材质要求增加，故应控制适应的反应温度。
压力的影响
乙苯脱氢为体积增加的反应，从平衡常数与压力的关系式
可知，当△γ>0时，降低总压P总可使Kn增大,从而增加了反应的平衡转化率,故降低压力有利于平衡向脱氢方向移动。实验中加入惰性气体或减压条件下进行，通常均使用水蒸气作稀释剂，它可降低乙苯的分压，以提高平衡转化率。水蒸气的加入还可向脱氢反应提供部分热量,使反应温度比较稳定,能使反应产物迅速脱离催化剂表面,有利于反应向苯乙烯方向进行;同时还可以有利于烧掉催化剂表面的积碳。但水蒸汽增大到一定程度后，转化率提高并不显著，因此适宜的用量为：水：乙苯＝1.2～2.6：1（质量比）。
2、空速的影响
乙苯脱氢反应中的副反应和连串副反应，随着接触时间的增大而增大，产物苯乙烯的选择性会下降，催化剂的最佳活性与适宜的空速及反应温度有关，本实验乙苯的液空速以0.6～1h-1为宜。
3、催化剂
乙苯脱氢技术的关键是选择催化剂。此反应的催化剂种类颇多，其中铁系催化剂是应用最广的一种。以氧化铁为主，添加铬、钾助催化剂，可使乙苯的转化率达到40％，选择性90％。在应用中，催化剂的形状对反应收率有很大影响。小粒径、低表面积、星形、十字形截面等异形催化剂有利于提高选择性。
为提高转化率和收率，对工业规模的反应器的结构要进行精心设计。实用效果较好的有等温和绝热反应器。实验室常用等温反应器，它以外部供热方式控制反应温度，催化剂床层高度不宜过长。
三、实验装置与试剂
1、实验流程见图1
反应器有石英玻璃管和不锈钢管式反应器两种，内部中心轴向有测温热电偶插入管，结构如图2、图3。
2、试剂：乙苯，化学纯
3、仪器：柱塞式液体加料泵 2台
氮气钢瓶 1个
注射器（10μl） 1支
色谱仪 1台
取样瓶 5只
分液漏斗 1个
反应器及温度控制仪 1套
冷却器 1个
气液分离器 1个
储液瓶 2支
催化剂 20ml
四、实验步骤
1、组装流程（将催化剂按图2、3所示装入反应器内），检查各接口，试漏（空气或氮气）。检查电路是否连接妥当。
2、上述准备工作完成后，开始升温，预热器温度控制在300℃。待反应器温度达到400℃后，开始启动注水加料泵，同时调整流量（控制在0.3ml/min以内），温度升至500℃时，恒温活化催化剂3个小时，此后逐渐升温至550℃，启动乙苯加料泵。调节流量在水：乙苯＝2：1（体积比）范围内，并严格控制进料速度使之稳定。反应温度控制在550℃、575℃、600℃、625℃。 考查不同温度下反应物的转化率与产品的收率。
3、在每个反应条件下稳定30分钟后，取20分钟样品二次，取样时用分液漏斗分离水相，用注射器进样至色谱仪中测定其产物组成。分别称量油相及水相重量，以便进行物料恒算。
反应完毕后停止加乙苯原料，继续通水维持30～60分钟，以清除催化剂上的焦状物，使之再生后待用。
4、实验结束后关闭水、电。
五、数据处理
根据实验内容自行设计记录表格，记录实验数据：
1、原始记录 室温： 大气压：
2、分析结果
3、按下式处理数据
苯乙烯收率＝转化率x选择性
以单位时间为基准进行计算。绘出转化率和收率随温度变化的曲线，并解释和分析实验结果。
附录
1、色谱仪使用方法
实验采用双气路恒温型热导检测器气相色谱仪进行乙苯及其反应后的产物分析。色谱条件如下：
色谱柱：SE30/6201
填充柱：￠3mm，长2m
载气：柱前压：0.05Mpa
桥流：120mA
气化器：150℃
柱温：120℃
检测器：120℃
2、质量校正因子：
苯：1.000 甲苯：0.8539 乙苯：1.006 苯乙烯：1.032
实验七 葡萄糖的旋光度及其含量测定
一、实验目的
⑴ 了解用旋光法测定葡萄糖含量的原理和方法。
⑵ 掌握旋光仪的使用操作。
二、实验原理
光线从光源经过起偏镜，再经过盛有旋光性物质的旋光管时，因物质的旋光性致使偏振光不能通过第二个棱镜，必须转动（检偏镜），并带动标尺盘转动，由标尺盘读出转动的角度即为所测物质在此浓度时的旋光度，由上式可计算物质的比旋光度。
能使平面偏振光振动面旋转一定角度的性质叫物质的旋光性，旋转的角度大小叫旋光度。通过旋光度的测定可检查旋光性物质的纯度和含量，甚至可测定旋光性物质的反应速率常数，即研究旋光性物质的反应机理等。
物质的旋光度与溶液的质量浓度、溶剂、温度、旋光管长度和所用光源的波长等都有关系，因此常用比旋光度
来表示各物质的旋光性：
纯液体的比旋光度==
溶液的比旋光度==
——样品的质量浓度（即100ml溶液中所含样品的质量）
三、实验仪器与试剂
⑴仪器：旋光仪 分析天平 容量瓶（100ml）
⑵药品：葡萄糖、蒸馏水
四、实验步骤
1、标准曲线的制备：
（1）、标准葡萄糖溶液的配制：配制每1ml中各含0.015g，0.035g，0.055g，0.075g，0.095g 葡萄糖（C6H12 O6 . H2O）的标准溶液五份。称取葡萄糖（C6H12 O6 . H2O）（A.R）0.75 g，1.75 g，2.75 g，3.75 g，4.75 g五份，在烧杯中加水溶解，转入50ml量瓶，于每份中加入氨溶液0.1ml，用蒸馏水稀释定容至刻度，摇匀，放置10min，即得。
（2）、标准溶液的测定：先用蒸馏水校正旋光仪的零点，再将五种不同浓度的标准溶液分别装入2dm的测定管中，依法测定其旋光度。
（3）、标准曲线的绘制：根据五份标准溶液所测得的旋光度，以旋光度为纵坐标，浓度为横坐标绘制α—c曲线。
2试液的测定
（1）、供试液的配制：随机称取葡萄糖（量大于0.4g，小于2.5g）溶于25ml容量瓶中加氨试液0.05ml，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，放置10min, 即得。
（2）、供试液的测定：将供试液装入2dm测定管中，在已校好零点的旋光仪上测定其旋光度。根据旋光度，从标准曲线上查出供试液葡萄糖的含量。
五、注意事项
1、新配制的葡萄糖溶液要发生变旋现象，溶液在PH＜3 或 PH ＞7时，变旋速度都可以加快，故常加入一定量氨试液，以促进其变旋现象稳定。经高压灭菌的并放置长时间的葡萄糖注射液，其变旋现象已达平衡，可不加氨试液，即可测定。但本次实验中测定应有稀释，故仍应按比例加入氨试液，并放置10min，以使旋光稳定后，再行测定。
2、溶液测定前，应先用蒸馏水作空白校正零点，测定后再校正一次，以确定在测定时零点有无变化，若第二次校正零点有变化，则应重新测定溶液旋光度。
六、思考题：
测定一定浓度的糖溶液的旋光度时，能否配制好后立即测定，为什么？
实验八 4-甲基-1-苯基乙酮的合成
一、实验目的
1、了解付克反应的基本知识及其合成方法。
2、掌握反应的机理，本实验的操作和后处理方法；掌握各原料的特性。
3、掌握反应无水操作的方法。
二、实验仪器和药品
1、仪器：恒温电磁搅拌器、磁力搅拌子（中号）2颗，温度计（-30到50度的一根，0-100度的一根），薄层层析硅胶板，玻璃刀，玻璃点样毛细管（内径0.3mm，管长100mm），ZF-1型短波紫外分析仪一台。水循环真空水泵，pH广泛试纸（1～14），滤纸，烘箱。玻璃塞4个。
2、玻璃器皿：、250ml四口烧瓶1个，50ml量筒一个，100ml单口圆底烧瓶一个，恒压滴液漏斗1个，分液漏斗250ml的1个，
3、药品：无水三氯化铝、乙酰氯、二氯甲烷、邻二甲苯、乙酸乙酯、正己烷、乙醚
反应式如下：
三、实验方法
1. 于250ML的三口瓶中，快速称取7克无水三氯化铝和20ml二氯甲烷，搅拌降温至5℃.
2. 在另一100ml的单口瓶中加入3.8g乙酰氯，4.1g邻二甲苯，30ml二氯甲烷搅拌10分钟。恒压滴入上面的三口瓶中，控制温度在0-10℃。
3. 滴加完毕后，用5ml二氯甲烷洗涤滴液漏斗，滴入反应瓶中，控温0-10℃。
4. 控制温度在8-15℃搅拌反应2小时，取样TLC确定反应是否完全（展开剂：乙酸乙酯：正己烷=1：8）。
5. 反应完毕后，往反应液中倒入冰水25ml，控制温度在20℃以内，搅拌10分钟
6. 静置分层，水层分别用10ml二氯甲烷，100ml乙醚萃取，合并有机层。
7. 用水洗有机相为中性，减压蒸干有机溶剂得产品，为无色或淡黄色液体（沸点243℃）。产品与标准品TLC分析对比.收率为82-85%之间。
四、思考题
1、化学反应的机理。