β-苯乙醇与乙醇汽液相平衡数据测定与关联

第41卷第11期广州化工Vol 41 No. 112013年6月Guangzhou Chemical IndustryJune 2013β-苯乙醇与乙醇汽液相平衡数据测定与关联付正立(福州工业学校,福建福州350018)摘要:利用沸点仪测定B-苯乙醇与乙醇的汽液相平衡数据,同时实验测得的B-苯乙醇的饱和蒸汽压与温度,采用LeeKesler法估算不同温度下B-苯乙醇的饱和蒸气压,得到B-苯乙醇的 Antoine方程,应用 Wilson方程进行关联,获得相应的模型参数,为βB-苯乙醇的分离提纯工艺提供了基础数据与理论依据。关键词:B-苯乙醇;饱和蒸气压;汽液平衡; Wilson方程中图分类号:065文献标识码:A文章编号: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-苯乙醇是一种具有淡雅、细腻而持久的玫瑰气味的芳管拿下,在该处连接真空泵,通过4阀门的调节来调节系统的香醇,在食品、药品、化妆品、烟草和日化用品中有着广泛的真空度。应用。B-苯乙醇的生产方法主要有物理提取法、化学合成法和生物转化法等2,其中生物转化法生产得到的B-苯乙醇无不良副产物,产品品质高,被广泛应用于B-苯乙醇的合成。发酵液经树脂吸附和乙醇洗脱后含有少量水的乙醇、B-苯乙醇洗脱液需经过精馏分离和精制才能获得β-苯乙醇产品,并冷却水回收洗脱剂乙醇。然而B-苯乙醇与乙醇二元系汽液平衡数据目前尚未见公开的文献报道。因此,本文对B-苯乙醇与乙醇元体系汽液相平衡数据进行测定,这不仅对生物法合成B苯乙醇的工业应用具有十分重要的意义,而且也为洗脱液中冷却水β-苯乙醇的分离提纯工艺提供了基础数据与理论依据。汽液平衡数据实验采用直接法中的汽相单循环法测定3。1乙醇一β-苯乙醇体系汽液平衡数据1.1汽液平衡实验装置图1汽液平衡实验装置实验装置如图1所示1.加热套;2.沸石;3.沸点仪;4.汽相取样口;该装置为接有回流冷凝管的圆底烧瓶,冷凝管底部有一小5冷凝管;6.温度计;7.铁架台槽,用以收集冷凝下来的平衡蒸汽的样品,该样品可用细长的胶头滴管从取样口4抽取,液相样品则通过烧瓶口抽取。同本实验乙中国煤化工衡和精馏实验样品时,该装置还可用来测饱和蒸汽压,测饱和蒸汽压时,将冷凝组成的分析用HCNMHG乙醇和乙醇的折射率相差较大,且折射率法所需的样品量少,测量较为迅速,因作者简介:付正立(1968-),男,硕土,讲师,主要从事传质分离研究。广州化工013年6月此本实验适用。折射率是物质的一个特征数值。溶液的折射率和蒸汽压,下面就对B-苯乙醇饱和蒸汽压进行测定。与组成有关,因此测得一系列已知浓度的溶液折射率,做出在2.1B-苯乙醇饱和蒸汽压的测定定温度下溶液的折射率一组成工作曲线,就可以按内插法得本实验测定饱和蒸汽压的装置如图3所示。到这种未知溶液的组成。测定时,保持温度在30℃,测得乙醇-B-苯乙醇的组成折光率工作曲线如图2所示,得到乙醇-B-苯乙醇溶液中乙醇的质量分数y与折光率n的关系为:y=6.17ln2-23.67ln+21.775y=61711n2-23.671n+21.75R2=0.9999毅0图3饱和蒸汽压测定装置J041.加热套;2.沸石;3.烧瓶;4.放空口;5.真空泵;6.铁架台该装置通过真空泵抽气,并通过放空口的调节来保持系统压力的稳定,当烧瓶内溶液沸腾且温度稳定后,从温度计上读1.35得温度,从真空泵上的真空表读得压力,这样就能得到烧瓶内折光率n液体的饱和蒸汽压P,与温度T的数据。图2乙醇-B-苯乙醇溶液的阿贝折射仪标准曲线(30℃实验测得的B-苯乙醇的饱和蒸汽压与温度如表2所示。1.2实验步骤表2B-苯乙醇饱和燕汽压实验值实验测定乙醇-B-苯乙醇体系汽液平衡的步骤如下℃(1)配制某一浓度的B-苯乙醇-乙醇混合液,加人沸点仪124.80(2)搭好装置,开始加热,当混合液沸腾且温度稳定约169.52026020min后,汽相及液相各取一个样39507(3)用阿贝折射仪测定汽相和液相样品的折射率;(4)在原来的混合液中再加入B-苯乙醇或乙醇,改变混199.9合液的组成,重复(2)、(3)步骤。208.91.3汽液平衡数据216.5101300实验得到的乙醇-B-苯乙醇汽液平衡数据,按特鲁顿规2.2β-苯乙醇饱和蒸汽压的估算则及克劳休斯一克拉贝龙公式计算进行温度校正,得到汽液平衡数据。2.2.1估算方法蒸汽压P,的估算方法有多种,此处用Lee- Kesler法表1校正温度后的汽液平衡数据(摩尔摩尔分率)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—临界温度,K0.74380.995686.20.08150.7915170.9P。—临界压力0.69930.995487.90.文献中未能查到β-苯乙醇的7、P,因此,还必须对B-0.65190.993289.20.00050.0105214.5苯乙醇的7、P讲行估算世外用 Lydersen法,其计算方法0.68820.9954中国煤化工TICNMHGT )]-(7)2B-苯乙醇的饱和蒸汽压M[034+∑4pd](8)由于汽液相平衡数据关联时需用到B-苯乙醇和乙醇的饱上式中,温度单位为K,压力单位为atm,T为沸点,第41卷第11期付正立:B-苯乙醇与乙醇汽液相平衡数据测定与关联16l△T、4pA为k基团的贡献值,可从文献中查得,M为分子量。222B-苯乙醇饱和蒸汽压的估算lp=2.1435-3450587(10)-54.5374对于B-苯乙醇,其分子中有5个CH、1个2个式中:P—饱和蒸汽压,PaT—温度,K一CH2-、1个-OH(醇类),查得它们的ΔT值分别为0.0l0011、0.020、0.082,A值分别为0.154、0.154、0.227、3汽液相平衡数据的关联006,所以B-苯乙醇饱和燕汽压的估算如下:要清晰地描述汽液平衡数据,需要提供平衡体系的温度T∑△Tt=0.01×5+0.011+0.02×2+0.082=0.188压力P、汽相组成y和液相组成x。这些参数可以通过实验测∑0054×5+0.154+0.227×2+0.06=1438得,但更多时候,需要建立模型以便计算得到更多的(T,P∑(△7)2=0.02×5+002+0.0m2×2+0x2=0.085y,x)数据,才能满足工程实践的需要。采用活度系数法1),常用的汽液平衡计算通式为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—相平衡的压力p=M[0.34+∑4412=M034+∑4p]2y—i组元在汽相中的摩尔分数=12.16×(0.34+1438)2=38.64atm组元在汽相混合物中的逸度系数T27315+2190p一相平衡温度T下纯物质i的饱和蒸汽压中—i组元作为纯气体时,在相平衡温度T、饱和5.92714+6.096488-1+1.28862hn6-0.1693476蒸汽压p下的逸度系数152518-15.68750-13.472ln+0.4357=1.04i组元的活度系数取T=219.00℃,即T=492.15K,则x一组元在液相中的摩尔分数492.15V—纯物质i的液相摩尔体积T=7.=659.0=0.746745R—通用气体常数=592714-6.096488862xhn0.746745+T相平衡温度0.7467450.169347×0.746745°=-1.83125本实验在常压下进行,压力不大1;f1)=15.2518-15.6875×0.7467451-13.472l且常压下,汽相可视为理想气体,于是有中=1,=1。所lno.746745+0.43577×0.746745°=-1.74620以,式(11)可表达为y38.64--1.83125-1.044×1.74620P,=p,yx;(i=1,2,…,N)式(12)中,y可用 Wilson模型计算得出;计算y需用求得P,=0.99975am,即P2=101300Pa取T为不同的值,计算p,得到B-苯乙醇饱和蒸汽压估到x,故将x视为已知值;P=∑以x。于是可得:算值,进行lp,-T的关系拟合,得到B-苯乙醇的 Antoine方(13)程为5637.59176P为相平衡温度T下纯物质i的饱和蒸汽压,p可由Anyp,=25.1968278.28913(9) toine方程求得。式中:P,饱和蒸汽压,Pa3.1模型说明T温度,K1964年Won首先提出了以局部组成概念为基础的超额自将B-苯乙醇的饱和蒸汽压估算值与实验值作比较,如图由焓G的函数模型与活度系数方程,给出了半理论的假设,4,由图可看出估算值与实验值差值不大,所以可以利用以上使活度系数计算方法的研究进入了一个新阶段。 Wilson建议采佔算方法来确定B-苯乙醇的饱和蒸汽压。用局部体积分率替代由Floy和 Huggins推到的无热溶液超额自由焓方程中的总体平均体积分率,得多元体系超额自由焙的实验值Wilson模型:RT-2* In( 2,,(14)其中A,=exp[ -(g-g)/RT(15)20000式中,A称为 Wilson参数,是无因次变量,其中A,>0,A≠,而A。=A2=1;(B-ga)为二元交互作用能量参数,可以为正值或负值;V和V表示纯液体i和j的摩尔体积;x为i组元的平均图4估算值与实验值的比较中国煤化工由式(11)CNMH对0-230℃温度范围内乙醇饱和蒸汽压数据进行拟合得到乙醇的饱和蒸汽压方程为m=-l(24,x)-2∑162广州化工2013年6月3.2关联结果以汽相组成绝对偏差和温度相对偏差的平方和为目标函数F,如下式:k∑[对于本文所研究的乙醇(1)-β一苯乙醇(2)二元体系Wilson方程为:m=-(x+A122)+x24ax,+anx x2+A2xr(18a)Imy2-In(x2+A21x,)+(Ay_Ax2+A21x1x+A12x2本模型的两个参数A12和A2为Ar=exp[-(gn2 -gu)/RT(18c)AV2[-(gn-g2)/RT](18d)用 Wilson模型对汽液平衡数据进行关联,获得相应的模型参数分别为:A12=0.4272,A2=2.5683。最终关联得到的数据与实验所得数据如表3所示。表3乙醇B-苯乙醇汽液相平衡实验值与图5汽液平衡y-x图(a)和Ty图(b)Wilson计算值(摩尔分率由图5可看出,在y-x图上和Txy图上, Wilson模型的计T/℃算值与实验值的吻合度很好。其标准误差(RMSD)计算式如下: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实验值关联值0.87800.997783.20.999981.81.000.730.85300.996784.10.999982.61.000.73计算得到的汽液相平衡组成与实验测定值的标准误差为0.82550.996285.10.999883.60.990.740.026。0.79490.995985.80.999884.60.990.754结论0.74380.995686.60.999786.60.980.70.69930.995488.30.999588.50.980.78通过实验测得的B-苯乙醇的饱和蒸汽压与温度,采用Lee0.65190.993289.60.999490.70.970.80Kesler法估算了B-苯乙醇的饱和蒸气压,并将估算结果关0.6820.995487.9099589.00.909联得到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在常压条件下,利用沸点仪测定了B-苯乙醇与乙醇的汽0.50780.989894.0.998399.10.920.85液相平衡数据,应用 Wilson方程进行关联,获得相应的模型参0.47620.988698.20.9979101.40.910.86数分别为:A12=9.4272,A2=2.5683;得到的汽液相平衡组0.42990.9869101.20.9970105.10.890.88成与实验测定值的标准误差为0.026,计算值与实验值的吻合0.35710.9853105.60.994611220.850.91度很好。0.30740.9791110.80.9916118.30.820.930.27140.9685122.30.9880123.50.790.90.13860.8982148.30.9348·152.50.660.98参考文献0.08150.7915171.80.8197173.80.600.99[1]关昂,王航,孟春,等原位转移技术用于酵母合成2-苯乙醇[]0.02450.3636204.80.3995203.40.521.00过程工程学报,2009,9(1):129-1320.00050.0105215.50.0099217.20.491.00[2]翟红,解海.B-苯乙醇合成工艺的研究[门].山西大同大学学报:自然科学版,2009,25(5):38-40根据表3数据作汽液平衡图,如图5[3]张勃,郝佳.汽液相平衡测定的研究进展[].河南化工[J],20825TV中国煤化工[4]卢焕章∏ CNMHG七京:化学工业出版社,[5]陈新志.化工热力学[M].北京:化学工业出版社,2009:85-87