β-苯乙醇與乙醇汽液相平衡數據測定與關(guān)聯(lián)

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據測定與關(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(diǎn)儀測定B-苯乙醇與乙醇的汽液相平衡數據,同時(shí)實(shí)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B-苯乙醇的飽和蒸氣壓,得到B-苯乙醇的 Antoine方程,應用 Wilson方程進(jìn)行關(guān)聯(lián),獲得相應的模型參數,為βB-苯乙醇的分離提純工藝提供了基礎數據與理論依據。關(guān)鍵詞:B-苯乙醇;飽和蒸氣壓;汽液平衡; Wilson方程中圖分類(lèi)號:065文獻標識碼:A文章編號:1001-9677(2013)11-0159-04Determination and Correlation of Vapor-liquid equilibriumData for B-phenylethanol and EthanolFU Zheng-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 satu-rated 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 processre providedKey words: B-phenylethanol; saturated vapor pressure; vapour liquid equilibrium; Wilson equationβ-苯乙醇是一種具有淡雅、細膩而持久的玫瑰氣味的芳管拿下,在該處連接真空泵,通過(guò)4閥門(mén)的調節來(lái)調節系統的香醇,在食品、藥品、化妝品、煙草和日化用品中有著(zhù)廣泛的真空度。應用。B-苯乙醇的生產(chǎn)方法主要有物理提取法、化學(xué)合成法和生物轉化法等2,其中生物轉化法生產(chǎn)得到的B-苯乙醇無(wú)不良副產(chǎn)物,產(chǎn)品品質(zhì)高,被廣泛應用于B-苯乙醇的合成。發(fā)酵液經(jīng)樹(shù)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(guò)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(niǎo)-苯乙醇與乙醇二元系汽液平衡數據目前尚未見(jiàn)公開(kāi)的文獻報道。因此,本文對B-苯乙醇與乙醇元體系汽液相平衡數據進(jìn)行測定,這不僅對生物法合成B苯乙醇的工業(yè)應用具有十分重要的意義,而且也為洗脫液中冷卻水β-苯乙醇的分離提純工藝提供了基礎數據與理論依據。汽液平衡數據實(shí)驗采用直接法中的汽相單循環(huán)法測定3。1乙醇一β-苯乙醇體系汽液平衡數據1.1汽液平衡實(shí)驗裝置圖1汽液平衡實(shí)驗裝置實(shí)驗裝置如圖1所示1.加熱套;2.沸石;3.沸點(diǎn)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(lái)的平衡蒸汽的樣品,該樣品可用細長(cháng)的膠頭滴管從取樣口4抽取,液相樣品則通過(guò)燒瓶口抽取。同本實(shí)驗乙中國煤化工衡和精餾實(shí)驗樣品時(shí),該裝置還可用來(lái)測飽和蒸汽壓,測飽和蒸汽壓時(shí),將冷凝組成的分析用HCNMHG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(jiǎn)介:付正立(1968-),男,碩土,講師,主要從事傳質(zhì)分離研究。廣州化工013年6月此本實(shí)驗適用。折射率是物質(zhì)的一個(gè)特征數值。溶液的折射率和蒸汽壓,下面就對B-苯乙醇飽和蒸汽壓進(jìn)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(xiàn),就可以按內插法得本實(shí)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(shí),保持溫度在30℃,測得乙醇-B-苯乙醇的組成折光率工作曲線(xiàn)如圖2所示,得到乙醇-B-苯乙醇溶液中乙醇的質(zhì)量分數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J041.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(guò)真空泵抽氣,并通過(guò)放空口的調節來(lái)保持系統壓力的穩定,當燒瓶?jì)热芤悍序v且溫度穩定后,從溫度計上讀1.35得溫度,從真空泵上的真空表讀得壓力,這樣就能得到燒瓶?jì)日酃饴蕁液體的飽和蒸汽壓P,與溫度T的數據。圖2乙醇-B-苯乙醇溶液的阿貝折射儀標準曲線(xiàn)(30℃實(shí)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(shí)驗步驟表2B-苯乙醇飽和燕汽壓實(shí)驗值實(shí)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B-苯乙醇-乙醇混合液,加人沸點(diǎn)儀124.80(2)搭好裝置,開(kāi)始加熱,當混合液沸騰且溫度穩定約169.52026020min后,汽相及液相各取一個(gè)樣39507(3)用阿貝折射儀測定汽相和液相樣品的折射率;(4)在原來(lái)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(2)、(3)步驟。208.91.3汽液平衡數據216.5101300實(shí)驗得到的乙醇-B-苯乙醇汽液平衡數據,按特魯頓規2.2β-苯乙醇飽和蒸汽壓的估算則及克勞休斯一克拉貝龍公式計算進(jìn)行溫度校正,得到汽液平衡數據。2.2.1估算方法蒸汽壓P,的估算方法有多種,此處用Lee- Kesler法表1校正溫度后的汽液平衡數據(摩爾摩爾分率)其估算公式如下T/℃P(1)0.99951.000078.80.66340.994888.70.98330.9979.20.59870.99326.09648f0=59214-7-1.28862lnT,+0.1693477(2)0.96510.999680.00.55430.990992.315.2518-15.687571-13.4172llnT,+0.435777(3)0.94580.998680.70.50780.9898-lnn-5.92714+6.096488+1.28862lm6-0.16934760.92440.99838l.10.47620.988697.815.2518-15.68756-1-13.4721l+0.43577(4)0.90490.99810.42990.98T.=T0.87800.99782.80.35710.9853105.4(5)0.85300.996783.70.30740.9791110.60.82550.996284.70.27140.9685122.20.79490.995985.40.13860.8982148.1式中:T—臨界溫度,K0.74380.995686.20.08150.7915170.9P?！R界壓力0.69930.995487.90.文獻中未能查到β-苯乙醇的7、P,因此,還必須對B-0.65190.993289.20.00050.0105214.5苯乙醇的7、P講行估算世外用 Lydersen法,其計算方法0.68820.9954中國煤化工TICNMHGT )]-(7)2B-苯乙醇的飽和蒸汽壓M[034+∑4pd](8)由于汽液相平衡數據關(guān)聯(lián)時(shí)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atm,T為沸點(diǎn),第41卷第11期付正立:B-苯乙醇與乙醇汽液相平衡數據測定與關(guān)聯(lián)16l△T、4pA為k基團的貢獻值,可從文獻中查得,M為分子量。222B-苯乙醇飽和蒸汽壓的估算lp=2.1435-3450587(10)-54.5374對于B-苯乙醇,其分子中有5個(gè)CH、1個(gè)2個(gè)式中:P—飽和蒸汽壓,PaT—溫度,K一CH2-、1個(gè)-OH(醇類(lèi)),查得它們的ΔT值分別為0.0l0011、0.020、0.082,A值分別為0.154、0.154、0.227、3汽液相平衡數據的關(guān)聯(lián)006,所以B-苯乙醇飽和燕汽壓的估算如下:要清晰地描述汽液平衡數據,需要提供平衡體系的溫度T∑△Tt=0.01×5+0.011+0.02×2+0.082=0.188壓力P、汽相組成y和液相組成x。這些參數可以通過(guò)實(shí)驗測∑0054×5+0.154+0.227×2+0.06=1438得,但更多時(shí)候,需要建立模型以便計算得到更多的(T,P∑(△7)2=0.02×5+002+0.0m2×2+0x2=0.085y,x)數據,才能滿(mǎn)足工程實(shí)踐的需要。采用活度系數法1),常用的汽液平衡計算通式為7=T[0.567+∑4Ta-∑(ATn)2V:(P-Pi)=(273.15+219)[0.567+0.188-0.00825]Py中2=p中 Yi liexpi=1,2,…,N)(11)RT=659.06K式中:p—相平衡的壓力p=M[0.34+∑4412=M034+∑4p]2y—i組元在汽相中的摩爾分數=12.16×(0.34+1438)2=38.64atm組元在汽相混合物中的逸度系數T27315+2190p一相平衡溫度T下純物質(zhì)i的飽和蒸汽壓中—i組元作為純氣體時(shí),在相平衡溫度T、飽和5.92714+6.096488-1+1.28862hn6-0.1693476蒸汽壓p下的逸度系數152518-15.68750-13.472ln+0.4357=1.04i組元的活度系數取T=219.00℃,即T=492.15K,則x一組元在液相中的摩爾分數492.15V—純物質(zhì)i的液相摩爾體積T=7.=659.0=0.746745R—通用氣體常數=592714-6.096488862xhn0.746745+T相平衡溫度0.7467450.169347×0.746745°=-1.83125本實(shí)驗在常壓下進(jìn)行,壓力不大1;f1)=15.2518-15.6875×0.7467451-13.472l且常壓下,汽相可視為理想氣體,于是有中=1,=1。所lno.746745+0.43577×0.746745°=-1.74620以,式(11)可表達為y38.64--1.83125-1.044×1.74620P,=p,yx;(i=1,2,…,N)式(12)中,y可用 Wilson模型計算得出;計算y需用求得P,=0.99975am,即P2=101300Pa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=∑以x。于是可得:算值,進(jìn)行lp,-T的關(guān)系擬合,得到B-苯乙醇的 Antoine方(13)程為5637.59176P為相平衡溫度T下純物質(zhì)i的飽和蒸汽壓,p可由Anyp,=25.1968278.28913(9) toine方程求得。式中:P,飽和蒸汽壓,Pa3.1模型說(shuō)明T溫度,K1964年Won首先提出了以局部組成概念為基礎的超額自將B-苯乙醇的飽和蒸汽壓估算值與實(shí)驗值作比較,如圖由焓G的函數模型與活度系數方程,給出了半理論的假設,4,由圖可看出估算值與實(shí)驗值差值不大,所以可以利用以上使活度系數計算方法的研究進(jìn)入了一個(gè)新階段。 Wilson建議采佔算方法來(lái)確定B-苯乙醇的飽和蒸汽壓。用局部體積分率替代由Floy和 Huggins推到的無(wú)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焙的實(shí)驗值Wilson模型:RT-2* In( 2,,(14)其中A,=exp[ -(g-g)/RT(15)20000式中,A稱(chēng)為 Wilson參數,是無(wú)因次變量,其中A,>0,A≠,而A。=A2=1;(B-ga)為二元交互作用能量參數,可以為正值或負值;V和V表示純液體i和j的摩爾體積;x為i組元的平均圖4估算值與實(shí)驗值的比較中國煤化工由式(11)CNMH對0-230℃溫度范圍內乙醇飽和蒸汽壓數據進(jìn)行擬合得到乙醇的飽和蒸汽壓方程為m=-l(24,x)-2∑162廣州化工2013年6月3.2關(guān)聯(lián)結果以汽相組成絕對偏差和溫度相對偏差的平方和為目標函數F,如下式:k∑[對于本文所研究的乙醇(1)-β一苯乙醇(2)二元體系Wilson方程為:m=-(x+A122)+x24ax,+anx x2+A2xr(18a)Imy2-In(x2+A21x,)+(Ay_Ax2+A21x1x+A12x2本模型的兩個(gè)參數A12和A2為Ar=exp[-(gn2 -gu)/RT(18c)AV2[-(gn-g2)/RT](18d)用 Wilson模型對汽液平衡數據進(jìn)行關(guān)聯(lián),獲得相應的模型參數分別為:A12=0.4272,A2=2.5683。最終關(guān)聯(lián)得到的數據與實(shí)驗所得數據如表3所示。表3乙醇B-苯乙醇汽液相平衡實(shí)驗值與圖5汽液平衡y-x圖(a)和Ty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/℃算值與實(shí)驗值的吻合度很好。其標準誤差(RMSD)計算式如下:0.98330.999979.6178.80.96510.999680.41.000079.31.000.700.94580.99868L.11.000079.81.00(16)0.92440.998381.50.999980.41.000.70.90490.998182.40.999981.01.000.72式中:exp實(shí)驗值關(guān)聯(lián)值0.87800.997783.20.999981.81.000.730.85300.996784.10.999982.61.000.73計算得到的汽液相平衡組成與實(shí)驗測定值的標準誤差為0.82550.996285.10.999883.60.990.740.026。0.79490.995985.80.999884.60.990.754結論0.74380.995686.60.999786.60.980.70.69930.995488.30.999588.50.980.78通過(guò)實(shí)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,并將估算結果關(guān)0.6820.995487.9099589.00.909聯(lián)得到B-苯乙醇的 Antoine方程:0.66340.994889.20.999490.10.970.800.59870.993290.50.999193.40.950.82lnpn,=25.1982-563759176T-78.289130.55430.990992.70.998896.00.940.83在常壓條件下,利用沸點(diǎn)儀測定了B-苯乙醇與乙醇的汽0.50780.989894.0.998399.10.920.85液相平衡數據,應用 Wilson方程進(jìn)行關(guān)聯(lián),獲得相應的模型參0.47620.988698.20.9979101.40.910.86數分別為:A12=9.4272,A2=2.5683;得到的汽液相平衡組0.42990.9869101.20.9970105.10.890.88成與實(shí)驗測定值的標準誤差為0.026,計算值與實(shí)驗值的吻合0.35710.9853105.60.994611220.850.91度很好。0.30740.9791110.80.9916118.30.820.930.27140.9685122.30.9880123.50.790.90.13860.8982148.30.9348·152.50.660.98參考文獻0.08150.7915171.80.8197173.80.600.99[1]關(guān)昂,王航,孟春,等原位轉移技術(shù)用于酵母合成2-苯乙醇[]0.02450.3636204.80.3995203.40.521.00過(guò)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[門(mén)].山西大同大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2009,25(5):38-40根據表3數據作汽液平衡圖,如圖5[3]張勃,郝佳.汽液相平衡測定的研究進(jìn)展[].河南化工[J],20825TV中國煤化工[4]盧煥章∏ CNMHG七京:化學(xué)工業(yè)出版社,[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