丙酮-环已烷-水液液平衡数据的测定与关联

丙酮-环已烷-水液液平衡数据的测定与关联
齐晓梅
【摘要】为获取丙酮(1)-环己烷(2)-水(3)三元液液平衡基础数据,采用浊点法测定了该体系25℃下LLE数据,经NRTL方程关联,在σ都取0.2时,A12、A21,A13、A31、A23和A32分别为559、-148、177、282、2902和2772.%To obtain the liquid - liquid equilibrium data for acetone (1) - cyclohexane (2 ) - water ( 3), turbidity point titration is adopted to measure the LLE. Data at the temperature of 25°C. Binary interaction parameters of NRTL are regressed when a is 0.2, and A12, A21, A13, A31, A23 and A32 in SI unit are respectively 559, -148, 177, 282, 2902 and 2772.
【期刊名称】《渤海大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(032)002
【总页数】4页(P191-194)
【关键词】浊点滴定法;液液相平衡;NRTL
【作者】齐晓梅
【作者单位】中国石油锦州石化公司研究院辽宁锦州,121001
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
0 前言
异丙醇是一种重要的工业溶剂和有机原料。

Veba法是异丙醇重要生产方法之一。

Veba法副产少量的丙酮〔1〕，丙酮在脱水塔脱水罐水层富集。

研究丙酮在脱水
剂层和水层的分配规律对指导异丙醇脱水单元设计和操作有重要意义。

有关丙酮－环己烷－水三元体系的液液平衡数据尚未见文献报导。

本文以浊点法研究了该体系的LLE平衡。

1 实验部分
1.1 实验原料、分析仪器及实验装置
实验原料性质见表1
折光率仪(RE－40型，美国梅特勒－托利多公司);密度测定仪(DMA－4500，奥地利安东帕公司);超级恒温水浴(LB801型，辽阳市恒温仪器厂);分析天平(ESJ200－4，沈阳龙腾电子有限公司)
表1 实验中所用物料的物理性质密度/(g.ml－1)(25℃) 折光指数 n25D实验值文
献值〔2，3〕实验值文献值〔2，3〕0.99705 0.99707 1.3308 1.33250异丙醇0.78151 0.7808 1.3738 1.3751环已烷 0.77382 0.77853 1.4224 1.42623丙酮
0.78480 0.78498 1.3547 1.35628水
1.2 实验与分析方法
1.2.1 液液分层曲线及标准曲线的测定
由于浊点法是通过滴定终点为混浊现象来获得混溶点数据的，因此本文通过预实验将实验范围分为二个层次，环已烷质量分率大于0.4和环已烷质量分率小于0.25。

环已烷质量分率小于0.25:先定量配制一定组成的丙酮和水混合溶液，在恒温条件下，边搅拌边向其中滴加环已烷，至溶液刚出现混浊为止，准确称重加入的环已烷量，计算三者的组成。

环已烷质量分率大于0.4时:先定量配制一定组成的丙酮和环已烷混合溶液，在恒
温条件下，边搅拌边向其中滴加水，至溶液刚出现混浊为止。

准确称重加入的水量，
计算三者的组成。

对上述终点溶液中环已烷含量较大的溶液测定其折光指数，对水含量较大的溶液测其密度。

根据以上步骤，分别测定了本三元体系在25℃下的液－液分层曲线，溶液折光指数－环已烷质量分率曲线及溶液密度－水质量分率曲线数据。

经拟合得到以下两个方程:
25℃下丙酮－环已烷－水混合溶液折光指数－环已烷质量分率曲线方程为:
25℃下丙酮－环已烷－水混合溶液密度－水质量分率曲线方程为:
1.2.3 结线的测定
根据相律，对恒温下液液两相平衡共存的体系，其自由度数为3，在恒温恒压下，借助体系的液液分层曲线，只要确定三元体系中的任何一个特定性质的值，就能确定整个体系的性质，即整个体系的组成。

按不同比例称取一定量的三组分混合溶液置于平衡釜中，在恒温下搅拌、静止一定时间后，混合溶液分层，取上层溶液测定其折光指数，根据溶液折光指数－环已烷质量分率曲线确定环己烷质量分率，进而确定溶液中各组分的质量分率;取下层溶液测定其密度，根据溶液密度－水质量分率曲线确定该溶液中水的质量分率，进而确定溶液中各组分的质量分率。

水相和油相的组成满足杠杆原理。

不符合杠杆原理的数据未采用。

2 实验结果与讨论
2.1 实验结果
根据以上介绍的实验方法，在常压、25℃条件下，测定了丙酮－环已烷－水三元体系液－液平衡数据，结果见下表2。

表2 25℃条件下酮－环已烷－水三元体系液－液平衡数据所获得的结线图如图1
所示。

w/w(液相组成) w/w(油相组成) w/w(水相组成)序号环已烷丙酮水环已烷
丙酮水折光指数环已烷丙酮水密度1 0.1459 0.6808 0.1733 0.3232 0.6244 0.0524 1.3747 0.0717 0.7044 0.2239 0.84396 2 0.1561 0.6374 0.2066 0.4082 0.5578 0.0340 1.3798 0.0391 0.6742 0.2867 0.85998 3 0.1864 0.5693 0.2442 0.5295 0.4540 0.0165 1.3882 0.0186 0.6258 0.3556 0.87754 4 0.2119 0.5125 0.2757 0.6097 0.3796 0.0108 1.3949 0.0136 0.5786 0.4078 0.89084 5 0.2338 0.4695 0.2968 0.6613 0.3302 0.0085 1.4001 0.0111 0.5419 0.4470 0.90083
图1 25℃丙酮－环已烷－水三元体系结线图
2.2 数据质量的检验
Othmer－Tobias关联式检验
1942年，Othmer与Tobias〔4〕两人提出一个经验方程式，将液液平衡所求出
的结线两端点数据做关联，认为是呈直线关系，用于验证该液液平衡是否准确。

Othmer－Tobias关联式的经验方程式如下:
此式中，w11代表水在水相的质量分率，w33代表萃取剂在有机相中的质量分率，在本实验的三元体系中则是指环已烷的质量分率。

将表1的数据使用此式关联后
发现其R2均达到了0.99，线性很好，说明数据质量很高。

2.3 NRTL 方程关联
采用NRTL方程〔5〕对本实验中所测的LLE体系的数据进行关联，结果见表3
表3 环己烷－丙酮－水体系LLE平衡NRTL参数(SI单位)组分 I 组分 J 参数值标
准偏差CYCLO －01 ACETONE－148.332 6.5 ACETONE CYCLO －01 559.014 4.6 CYCLO －01 WATER 2902.195 74.3 WATER CYCLO －01 2772.160 44.9 ACETONE WATER 176.725 11.4 WATER ACETONE 282.290 16.3
2.2.3 结线数据的理论值与实验值对比
根据以上的NRTL关联参数对液－液平衡体系的各个实验值进行理论计算，如表4、表5所示。

表4 25℃环己烷－丙酮－水体系LLE平衡数据温度的实验值与计算值序号实验值/(℃) 计算值/(℃) 相对误差/%1 25 24.95－0.19 2 25 24.96－0.17 3 25 25.01 0.02 4 25 25.04 0.17 5 25 25.04 0.16
表5 25℃环己烷－丙酮－水体系LLE平衡数据的实验值与计算值序号环已烷异丙醇水实验值计算值相对误差%实验值计算值相对误差%实验值计算值相对误
差%1 0.2968 0.3105 4.6 0.5877 0.5778－1.7 0.1155 0(油相组
成)mol/mol.1117－3.3 2 0.4188 0.4356 4.0 0.5203 0.5003－3.9 0.0609
0.0641 5.2 3 0.5039 0.4976－1.2 0.4546 0.4555 0.20 0.0415 0.0469 13.0 4 0.5607 0.5350－4.6 0.4046 0.4269 5.2 0.0335 0.0381 13.8 5 0.2195 0.2148－2.1 0.6144 0.6178 0.55 0.16610.1674 0.77 1 0.0166 0.0169 1.7 0.4148
0.4265 2.8 0.5686 0.(水相组成)mol/mol.4654－4.8 5567－2.1 2 0.0072
0.0074 3.4 0.3506 0.3370－3.9 0.6422 0.6555 2.1 3 0.0049 0.0049 0.45
0.3042 0.2960－2.7 0.6909 0.6990 1.2 4 0.0039 0.0038－2.5 0.2723 0.2722－0.036 0.7238 0.7240 0.03 5 0.0335 0.0325－3.0 0.4774 0.5021 5.2 0.4891 0
从以上数据可以看到计算值与实验值的相对误差都很小，证明本文所设计的实验可以满足三元液－液平衡体系的测定。

用NRTL模型关联的参数可满足工程计算的
要求。

3 结论
1、本文采用浊点法测定了25℃下丙酮－水－环已烷三元体系的液液平衡数据，
经Othmer－Tobias关联式验证，所测得的数据可靠。

2、本实验所测定的数据经NRTL模型关联后，计算值与实验值的标准偏差大部分小于2%，证明本文所设计的实验可以满足三元液－液平衡体系的测定。

用NRTL
模型关联的参数也可满足工程计算的要求。

【相关文献】
〔1〕Sommer A.and Heitmann W.Method of preparing alcohols having two to four carbon atoms by catalytic hydration of olefins:USP，4351970〔P〕.1982.
〔2〕程能林.溶剂手册:第三版〔M〕.北京:化学工业出版社，2002.
〔3〕夏玉宇.化学实验室手册〔M〕.北京:化学工业出版社，2004.
〔4〕Othmer，D.F.and Tobias，P.E.，Tie Line Correlation.〔J〕.Ind.Eng.Chem.，1942 ，34:690 －692.
〔5〕Renon，H.and Prausnitz，J.M.，Local Composition in Thermodynamic Excess Functions for Liquid Mixtures〔J〕.AIChE J.，1968，14:135 －144.。