第41卷第11期廣州化工Vol 41 No. 112013年6月Guangzhou Chemical IndustryJune 2013β-苯乙醇與乙醇汽液相平衡數(shù)據(jù)測定與關(guān)聯(lián)付正立(福州工業(yè)學(xué)校,福建福州350018)摘要:利用沸點儀測定B-苯乙醇與乙醇的汽液相平衡數(shù)據(jù),同時實驗測得的B-苯乙醇的飽和蒸汽壓與溫度,采用LeeKesler法估算不同溫度下β-苯乙醇的飽和蒸氣壓,得到B-苯乙醇的 Antoine方程,應(yīng)用 Wilson方程進行關(guān)聯(lián),獲得相應(yīng)的模型參數(shù),為B-苯乙醇的分離提純工藝提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)關(guān)鍵詞:B-苯乙醇;飽和蒸氣壓;汽液平衡; Wilson方程中圖分類號:065文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1001-9677(2013)11-0159-04Determination and Correlation of Vapor-liquid EquilibriumData for B-phenylethanol and EthanolZheng-liFuzhou Industrial School, Fujian Fuzhou 350018, China)Abstract: B-phenylethano and ethanol vapor-liquid equilibrium data were determined by using ebulliometerAt the same time, the experimental measured B- phenylethanol saturated vapor pressure and temperature. The saturated vapor pressures of B- phenylethanol at different temperatures were estimated by the Lee-Kesler method. TheAntoine equation of B- phenylethanol was regressed. Associated with Wilson equation, the corresponding modelparameters were obtained. The basic data and theoretical basis of B-phenylethano separation purification processwere providedKey words: B- phenylethanol; saturated vapor pressure; vapour liquid equilibrium; Wilson equationB-苯乙醇是一種具有淡雅、細(xì)膩而持久的玫瑰氣味的芳管拿下,在該處連接真空泵,通過4閥門的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的香醇,在食品、藥品、化妝品、煙草和日化用品中有著廣泛的真空度。應(yīng)用。B-苯乙醇的生產(chǎn)方法主要有物理提取法、化學(xué)合成法和生物轉(zhuǎn)化法等2,其中生物轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)得到的B-苯乙醇無不良副產(chǎn)物,產(chǎn)品品質(zhì)高,被廣泛應(yīng)用于B-苯乙醇的合成。發(fā)酵液經(jīng)樹脂吸附和乙醇洗脫后含有少量水的乙醇、B-苯乙醇洗脫液需經(jīng)過精餾分離和精制才能獲得β-苯乙醇產(chǎn)品,并冷卻水回收洗脫劑乙醇。然而B-苯乙醇與乙醇二元系汽液平衡數(shù)據(jù)目前尚未見公開的文獻(xiàn)報道。因此,本文對B-苯乙醇與乙醇二元體系汽液相平衡數(shù)據(jù)進行測定,這不僅對生物法合成B-苯乙醇的工業(yè)應(yīng)用具有十分重要的意義,而且也為洗脫液中1冷卻水β-苯乙醇的分離提純工藝提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與理論依據(jù)。汽液平衡數(shù)據(jù)實驗采用直接法中的汽相單循環(huán)法測定3。1乙醇-β-苯乙醇體系汽液平衡數(shù)據(jù)1.1汽液平衡實驗裝置圖1汽液平衡實驗裝置實驗裝置如圖1所示。1.加熱套;2.沸石;3.沸點儀;4.汽相取樣口該裝置為接有回流冷凝管的圓底燒瓶,冷凝管底部有一小5.冷凝管;6.溫度計;7.鐵架臺槽,用以收集冷凝下來的平衡蒸汽的樣品,該樣品可用細(xì)長的膠頭滴管從取樣口4抽取,液相樣品則通過燒瓶口抽取。同本實驗乙醇-B-苯乙醇體系的汽液平衡和精餾實驗樣品時,該裝置還可用來測飽和蒸汽壓,測飽和蒸汽壓時,將冷凝組成的分析用阿貝折射儀分析。因為B-苯乙醇和乙醇的折射率相差較大,且折射率法所需的樣品量少,測量較為迅速,因作者簡介:付正立(1968-),男,碩士,講師,主要從事傳質(zhì)分離研究廣州化工2013年6月此本實驗適用。折射率是物質(zhì)的一個特征數(shù)值。溶液的折射率和蒸汽壓,下面就對B-苯乙醇飽和蒸汽壓進行測定與組成有關(guān),因此測得一系列已知濃度的溶液折射率,做出在2.1B-苯乙醇飽和蒸汽壓的測定定溫度下溶液的折射率一組成工作曲線,就可以按內(nèi)插法得本實驗測定飽和蒸汽壓的裝置如圖3所示。到這種未知溶液的組成。測定時,保持溫度在30℃,測得乙醇-B-苯乙醇的組成折光率工作曲線如圖2所示,得到乙醇-B-苯乙醇溶液中乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)y與折光率n的關(guān)系為y=6.17ln2-23.67ln+21.775y=61711n2-23.671n+21.75R2=0.9999毅0圖3飽和蒸汽壓測定裝置1.加熱套;2.沸石;3.燒瓶;4.放空口;5.真空泵;6.鐵架臺該裝置通過真空泵抽氣,并通過放空口的調(diào)節(jié)來保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定,當(dāng)燒瓶內(nèi)溶液沸騰且溫度穩(wěn)定后,從溫度計上讀得溫度,從真空泵上的真空表讀得壓力,這樣就能得到燒瓶內(nèi)折光率n液體的飽和蒸汽壓P,與溫度T的數(shù)據(jù)。圖2乙醇-B-苯乙醇溶液的阿貝折射儀標(biāo)準(zhǔn)曲線(30℃)實驗測得的B-苯乙醇的飽和蒸汽壓與溫度如表2所示。1.2實驗步驟表2B-苯乙醇飽和燕汽壓實驗值實驗測定乙醇-B-苯乙醇體系汽液平衡的步驟如下(1)配制某一濃度的β-苯乙醇-乙醇混合液,加入沸點儀(2)搭好裝置,開始加熱,當(dāng)混合液沸騰且溫度穩(wěn)定約169.5min后,汽相及液相各取一個樣;l86.1(3)用阿貝折射儀測定汽相和液相樣品的折射率;(4)在原來的混合液中再加入B-苯乙醇或乙醇,改變混199.9合液的組成,重復(fù)(2)、(3)步驟。208.91.3汽液平衡數(shù)據(jù)216.501300實驗得到的乙醇-B-苯乙醇汽液平衡數(shù)據(jù),按特魯頓規(guī)則及克勞休斯一克拉貝龍公式計算進行溫度校正,得到汽液平2.2B-苯乙醇飽和蒸汽壓的估算衡數(shù)據(jù)。2.2.1估算方法蒸汽壓p,的估算方法有多種,此處用Le- Kesler法(,表1校正溫度后的汽液平衡數(shù)據(jù)(摩爾摩爾分率)其估算公式如下:T℃T℃P0.99951.000078.80.66340.9948P0.98330.999979.20.59870.9932f=5.9714~6.096481.28862lnT,+0.163477(2)80.00.55430.990992.30.94580.998680.70.50780.9898f)=15.2518-15.687571-13.472lnT,+0.43577°(3)-lnn-5.92714+6.0964861+1.28862ln-0.16934760.92440.998381.10.47620.988697.815.2518-15.68756-1-13.4721l19+0.435770.90490.998182.00.42990.9869100.80.87800.997782.80.35710.9853(5)0.85300.996783.70.30740.9791110.6T0.82550.9962(6)0.27140.9685122.20.79490.995985.40.13860.8982148.1式中:T——臨界溫度,K0.74380.995620.08150.7915170.9P—臨界壓力,atm0.69930.995487.936203.8獻(xiàn)中未能查到B-苯乙醇的T、P,因此,還必須對B0.65190.993289.20.0.0105214.5苯乙醇的T、P進行估算。此處用 Lydersen法4),其計算方法0.68820.99544如下:T=7[0.567+∑AT-∑(△7)2](72B-苯乙醇的飽和蒸汽壓P.=M[034+∑4]2由于汽液相平衡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時需用到B-苯乙醇和乙醇的飽上式中,溫度單位為K,壓力單位為am,T為沸點,第41卷第l1期付正立:B-苯乙醇與乙醇汽液相平衡數(shù)據(jù)測定與關(guān)聯(lián)161△T、4paA為k基團的貢獻(xiàn)值,可從文獻(xiàn)中查得,M為分子量。n=23.14336-3450(10)2.22B-苯乙醇飽和蒸汽壓的估算對于B-苯乙醇,其分子中有5個2個式中:P—飽和蒸汽壓,PaT—溫度,K一CH2-、1個-OH(醇類),查得它們的△T值分別為0.011、0011、0.020、0.082,A值分別為0.154、0.154、0.227、3汽液相平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)006,所以B-苯乙醇飽和蒸汽壓的估算如下要清晰地描述汽液平衡數(shù)據(jù),需要提供平衡體系的溫度∑△7=0.011×5+0.011+0.02×2+0.0832=0.188壓力P、汽相組成y和液相組成x1。這些參數(shù)可以通過實驗測∑4p4=0.054×5+0.154+0.227×2+0.06=1438得,但更多時候,需要建立模型以便計算得到更多的(T,p,∑(47)2=0.02×5+0012+00m2×2+0.0g2=00825x,x)數(shù)據(jù),才能滿足工程實踐的需要。采用活度系數(shù)法常用的汽液平衡計算通式為T=T[0.567+∑4Ta-∑(ATn)2=(273.15+219)[0.567+0.188-0.00825]中!= P: y, expV(P-P)N)(11)RT659.06K式中:P—相平衡的壓力P.=M[0.34+∑△p4]2=M034+∑4]2y—i組元在汽相中的摩爾分?jǐn)?shù)=122.16x(0.34+1.438)=38.64amd—i組元在汽相混合物中的逸度系數(shù)T273.15+219相平衡溫度T下純物質(zhì)i的飽和蒸汽壓=0.7467T659.06中—i組元作為純氣體時,在相平衡溫度T、飽和ln-5.92714+6096488-1+1.28862hn0-0.1693476蒸汽壓p下的逸度系數(shù)u=-15.2518-15.687591-13.4721l+0.4357=2.04i組元的活度系數(shù)取T=219.00℃,即T=49215K,則組元在液相中的摩爾分?jǐn)?shù)492.15659.06=0.746745v—純物質(zhì)i的液相摩爾體積R——通用氣體常數(shù)f=592714、6.09648-1.28862×hn0.746745+T—相平衡溫度0.746745v(P-p0.169347×0.746745°=-1.83125本實驗在常壓下進行,壓力不大,(Rr-)-1f=15.2518-15.6875×0.7467451-13.4721X且常壓下,汽相可視為理想氣體,于是有中=1,的=1。所n0.746745+0.43577×0.746745°=-1.74620以,式(11)可表達(dá)為38.641.83125-1.044×1.74P=Pyx(i=1,2,…,N)式(12)中,y,可用Wlon模型計算得出;計算y需用取T為不同的值,計算P,得到B-苯乙醇飽和蒸汽壓估到x,故將x視為已知值;P=∑px。于是可得求得P,=0.9975am,即P=101300Pa算值,進行l(wèi)n,-T的關(guān)系擬合,得到B-苯乙醇的 Antoine方PiyiXi(13)程為p為相平衡溫度T下純物質(zhì)i的飽和蒸汽壓,p可由Anlnp,=25.19682(9)方程求得式中:P—飽和蒸汽壓,Pa3.1模型說明7—溫度,K1964年Won首先提出了以局部組成概念為基礎(chǔ)的超額自將B-苯乙醇的飽和蒸汽壓估算值與實驗值作比較,如圖由焓G的函數(shù)模型與活度系數(shù)方程,給出了半理論的假設(shè),由圖可看出估算值與實驗值差值不大,所以可以利用以上使活度系數(shù)計算方法的研究進入了一個新階段。Wlom建議采佔算方法來確定B-苯乙醇的飽和蒸汽壓。用局部體積分率替代由 Flory和 Huggins推到的無熱溶液超額自由焓方程中的總體平均體積分率,得多元體系超額自由焓的實驗值Wilson模型G2x其中20000式中,A稱為 Wilson參數(shù),是無因次變量,其中A,>0≠A,而An=A2=1;(g.-g)為二元交互作用能量參數(shù),050100150200250可以為正值或負(fù)值;V和V表示純液體i和j的摩爾體積;x為i組元的平均摩爾分?jǐn)?shù)圖4估算值與實驗值的比較由式(11)對x1微分可導(dǎo)出 Wilson方程對0-230℃溫度范圍內(nèi)乙醇飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)進行擬合,∑A)-早Ak(16)得到乙醇的飽和蒸汽壓方程為A廣州化工2013年6月3.2關(guān)聯(lián)結(jié)果以汽相組成絕對偏差和溫度相對偏差的平方和為目標(biāo)函數(shù)F,如下式:N∑[)2(17)對于本文所研究的乙醇(1)-β一苯乙醇(2)二元體系,其Wilson方程為lm=-hn(x1+A12x2)+(x+A12馬2+)(18a)0.20.4Iny2=-In(=2+42x, )+4=2+42*, *1+An*(18b)本模型的兩個參數(shù)A12和A21為A12=rexp[-(gu2 -gM)/RT](18c)Ap[-(g2-gn)/RT(18d)用 Wilson模型對汽液平衡數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián),獲得相應(yīng)的模型參數(shù)分別為:A12=0.4272,A21=2.5683。最終關(guān)聯(lián)得到的數(shù)據(jù)與實驗所得數(shù)據(jù)如表3所示。表3乙醇B-苯乙醇汽液相平衡實驗值與圖5汽液平衡y-x圖(a)和Txy圖(b)Wilson計算值(摩爾分率由圖5可看出,在y-x圖上和Txy圖上, Wilson模型的計T/℃Y2算值與實驗值的吻合度很好0.99951.000079.2其標(biāo)準(zhǔn)誤差(RMSD)計算式如下:0.98330.999979.61.000078.81.000.700.96510.999680.41.000079.31.000.700.92440.998381.50.1.00式中:exp實驗值0.90490.998182.40.81.01.000.72關(guān)聯(lián)值0.87800.997783.20.999981.81.000.730.85300.996784.10.999982.6L.000.73計算得到的汽液相平衡組成與實驗測定值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.82550.996285.10.999883.60.990.740.0260.9490.990580.9988.6090.754結(jié)論0.69930.995488.30.999588.50.980.78通過實驗測得的B-苯乙醇的飽和蒸汽壓與溫度,采用Lee0.65190.993289.60.999490.70.970.80Kesler法估算了B-苯乙醇的飽和蒸氣壓,并將估算結(jié)果關(guān)0.6820.995487.90.99589.00.909聯(lián)得到B-苯乙醇的 Antoine方程0.66340.994889.20.999490.10.970.800.59870.993290.50.999193.40.950.82lnp.=25.196820.55430.990992.70.998896.00.940.83在常壓條件下,利用沸點儀測定了B-苯乙醇與乙醇的汽0.50780.989894.80.998399.10.920.85液相平衡數(shù)據(jù),應(yīng)用 Wilson方程進行關(guān)聯(lián),獲得相應(yīng)的模型參0.47620.988698.20.9979101.40.910.86數(shù)分別為:A12=9.4272,A21=2.5683;得到的汽液相平衡組0.42990.9869101.20.9970105.10.890.88成與實驗測定值的標(biāo)準(zhǔn)誤差為0.026,計算值與實驗值的吻合0.35710.9853105.60.994611220.850.91度很好。0.30740.9791110.80.9916118.30.820.930.27140.9685122.30.9880123.50.790.940.13860.8982148.30.9348·152.50.660.98參考文獻(xiàn)0.08150.7915171.80.8197173.80.600.99[1]關(guān)昂,王航,孟春,等原位轉(zhuǎn)移技術(shù)用于酵母合成2-苯乙醇[J]0.02450.3636204.80.3995203.40.521.00過程工程學(xué)報,2009,9(1):129-1320.00050.0105215.50.0099217.20.491.00[2]翟紅,解海.B-苯乙醇合成工藝的研究[].山西大同大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版,2009,25(5):38-40根據(jù)表3數(shù)據(jù)作汽液平衡圖,如圖5。[3]張勃,郝佳,汽液相平衡測定的研究進展[J].河南化工[J]2008,25(2):12-15[4]盧煥章.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1984:1,9495[5]陳新志.化工熱力學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009:85-87