甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的測定與關(guān)聯(lián)

李 靜 齊鳴齋

華東理工大學(xué)化工學(xué)院 （上海 200237）

技術(shù)進(jìn)步

甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的測定與關(guān)聯(lián)

李 靜 齊鳴齋

華東理工大學(xué)化工學(xué)院 （上海 200237）

采用靜態(tài)法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度區(qū)間的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，并用Antoine方程lnps=AB/(T+C)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，獲得Antoine常數(shù)A、B、C分別為15.0499、3020.65和-98.10。Antoine方程計(jì)算得到的飽和蒸汽壓值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，平均相對誤差為0.86%。通過Clausius-Clapeyron方程計(jì)算得到甲基烯丙醇在335.05～388.29K范圍內(nèi)的平均摩爾蒸發(fā)熱為46.47kJ·mol-1。實(shí)驗(yàn)所得飽和蒸汽壓方程對甲基烯丙醇的精餾分離過程設(shè)計(jì)具有重要意義。

甲基烯丙醇 飽和蒸汽壓 Antoine方程 摩爾蒸發(fā)熱

甲基烯丙醇（MAO）是一種重要的化工中間體，主要用于合成香料、樹脂等。以甲基烯丙醇和環(huán)氧乙烷為原料合成的甲基烯丙醇聚氧乙烯醚（TPEG），是新一代高性能混凝土減水劑，主要用于機(jī)場、港口碼頭、水電站、高架道路、軍事設(shè)施等的建設(shè)，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣闊，近年來該行業(yè)發(fā)展迅速。蒸汽壓是物質(zhì)的重要物理化學(xué)性質(zhì)之一，反應(yīng)體系中各組分的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)是精餾塔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法和飽和氣流法。靜態(tài)法將被測物質(zhì)放在一個(gè)密閉的體系中，在不同溫度下直接測量其飽和蒸汽壓，在不同外壓下測量相應(yīng)的沸點(diǎn)，具有操作簡單、結(jié)果比較準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。目前，還未見甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的報(bào)道，本文采用靜態(tài)法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度區(qū)間內(nèi)的飽和蒸汽壓。采用非線性擬合的方法得到了甲基烯丙醇在該溫度區(qū)間內(nèi)的Antoine方程系數(shù)以及摩爾蒸發(fā)熱，從而為精餾提純甲基烯丙醇的過程開發(fā)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑及裝置

甲基烯丙醇由山東易達(dá)利化工有限公司提供，其純度經(jīng)氣相色譜分析，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.9%（面積歸一法）。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，主要有真空泵、U型壓差計(jì)、沸點(diǎn)儀及加熱裝置等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

冷凝管與U型壓差計(jì)6和緩沖瓶11相接。在緩沖瓶11和安全瓶12之間接旋塞8，用來控制封閉體系的壓強(qiáng)。安全瓶中的負(fù)壓通過真空泵抽真空來實(shí)現(xiàn)。沸點(diǎn)儀3中裝待測液體，當(dāng)U型壓差計(jì)兩端水銀面高度穩(wěn)定時(shí)，體系汽液兩相平衡的溫度為液體在此外壓下的沸點(diǎn)。通過旋塞控制體系內(nèi)的壓強(qiáng)，待甲基烯丙醇溶液沸騰時(shí)，用當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)減去U型壓差計(jì)兩水銀柱的高度差，即為該溫度下液體的飽和蒸汽壓。通過旋塞10調(diào)節(jié)緩沖瓶內(nèi)的壓強(qiáng)，使體系產(chǎn)生新的沸騰，再次測量蒸汽壓與外壓平衡時(shí)的溫度，反復(fù)多次測定。由于實(shí)驗(yàn)中采用水銀溫度計(jì)，為了測量的準(zhǔn)確性，必須對待測液的沸點(diǎn)溫度進(jìn)行校正，實(shí)驗(yàn)中采用溫度計(jì)露莖校正法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 Antoine方程參數(shù)的回歸

實(shí)驗(yàn)前測定實(shí)驗(yàn)環(huán)境的大氣壓強(qiáng)為101.2183kPa，實(shí)驗(yàn)測得的不同真空度下甲基烯丙醇的沸點(diǎn)溫度以及校正溫度列于表1。

純液體的蒸汽壓與溫度的關(guān)系可以用Clausius-Clapeyron方程式（1）來表示：

式中，ps表示純液體溫度為T時(shí)的飽和蒸汽壓；T為熱力學(xué)溫度；△vapHm為液體的摩爾蒸發(fā)熱；R為摩爾氣體常數(shù)，值為8.314J·(mol·K)-1。Clausius-Clapeyron方程給出了液體的沸點(diǎn)與外壓的函數(shù)關(guān)系，甚為重要。但在工程上廣泛使用與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好的經(jīng)驗(yàn)方程——Antoine方程，其形式如式（2）表示：

式中，A、B、C是與物質(zhì)有關(guān)的特性常數(shù)，稱為Antoine常數(shù)。以pabs對Tadj作圖，為表示方便和直觀，以下pabs和Tadj均用ps和T代替，并根據(jù)式（2）進(jìn)行非線性擬合，見圖2，其相關(guān)系數(shù)R2=0.9993，得到甲基烯丙醇的Antoine常數(shù)分別為：A=15.0499、B=3020.65、C=-98.10，甲基烯丙醇的Antoine方程式（3）為：

式（3）中壓力單位為kPa，溫度單位為K。

用Antoine方程計(jì)算所得的甲基烯丙醇飽和蒸汽壓見表1第6列，實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的平均相對偏差為0.86%。因此擬合得到的Antoine方程能夠很好地描述甲基烯丙醇的飽和蒸汽壓。計(jì)算得出甲基烯丙醇在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kPa）下的沸點(diǎn)為387.67 K，即114.52℃，與實(shí)際情況相符。

2.2 摩爾蒸發(fā)熱與溫度的關(guān)系

在較小的壓強(qiáng)變化范圍內(nèi)，通?？梢院雎詨簭?qiáng)對摩爾蒸發(fā)熱的影響，但摩爾蒸發(fā)熱隨溫度升高呈現(xiàn)下降的趨勢，因此溫度對摩爾蒸發(fā)熱的影響往往不可忽視。由Clausius-Clapeyron方程式（1）可以得到，摩爾蒸發(fā)熱△vapHm與溫度的關(guān)系為：

將式（5）帶入式（4）中，得到甲基烯丙醇摩爾蒸發(fā)熱與溫度的關(guān)系式（6），由式（6）計(jì)算得到各實(shí)驗(yàn)溫度對應(yīng)的摩爾蒸發(fā)熱，見表1第8列。

3 結(jié)論

（1）采用靜態(tài)法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度范圍內(nèi)的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)，擬合得到甲基烯丙醇的Antoine方程為：lnps=15.0499－3020.65/ (T－98.10)。實(shí)驗(yàn)值與Antoine計(jì)算值的平均相對偏差為0.86%，吻合良好。

Measurement and Correlation of Saturated Vapor Pressure Data of Methall yAlcohol

Li Jing Qi Mingzhai

The data of saturated vapor pressures of methally alcohol (MAO) were measured in the temperature range of 335.05～388.29 K by static method,then they were correlated by the Antoine equation lnps=A-B/(T+C). The constants of the equation were calculated as A=15.049, B=3020.65, C=-98.10. The average relative error between the data of saturated vapor pressures calculated by Antoine equation and the experimental data was 0.86%, indicating that the calculated values agreed with the measured ones well.The average molar evaporation heat of MAO at 335.05～388.29 K was also estimated by Clausius-Claperyron equation and the value was 46.47 kJ· mol-1.The saturated vapor pressure equation obtained from the experiment has great significance for the design of distillation separation process of MAO.

Methally alcohol;Saturated vapor pressure;Antoine equation;Molar evaporation heat

（略）

TQ 013.1

2014年4月

李靜 男 1988生 碩士研究生 主要從事化工分離研究