水盐体系相平衡测定及硫酸钾和氯化钠的制备实验预习报告

水盐体系相平衡测定及硫酸钾和氯化钠的制备实验预习报告实验日期：2009.12.09一、实验目的：1、掌握溶解度数据的测定方法。能绘制干基四元正方形相图并学会分析和研究相图，模拟工艺流程的计算机程序。2、通过相图进行研究分析研究获得制备各种产品难易的信息，提出工艺路线开展试验研究确定较合适的工艺路线，通过实验了解化工产品的开发过程和方法，掌握化工产品生产工艺过程的基本技能。二、实验原理：1、水盐体系相平衡数据的测定相平衡数据的测定方法有很多，常用的比较重要的方法是等温法和多温法。等温法：在某一恒定的温度下，是一定组成的系统在试验装置内达到相平衡，然后直接测定液相的组成并液相呈平衡的固相情况，从而获得相平衡数据。要测定一个未知的多元体系的相平衡数据，应按照由二元、三元到多元，由简到繁的程序进行。该法测定结果可靠准确，但较麻烦费时。多温法通过测定不同组成的体系在变温过程中发生相变是的温度，得到组成与相变温度关系曲线，进而根据作图可确定体系的相平衡数据。变温过程可以是冷却也可以是加热。多温法测定比较简单，只需要配好各种组成的系统，进行冷却或者加热，测定发生相变的温度即可。并可获得一定温度范围内的连续数据。但是犹豫进程可能发生过冷现象，会使相变的温度测定不准确；另外，对于多元体系其剖面选择有限，难免漏掉小的饱和面，测定结果不够准确。2、相图标绘分析及硫酸钾与氯化钠制备工艺可根据实际测定25℃和100℃相平衡数据容易绘制出K+、Na+//Cl-、SO42—H2O体系的相图。25℃时候一共存在6个结晶区间，他们分别是AEGF→结晶区、FHRG→结晶区、HRJKB→NaCl结晶区、EGRJPM→结晶区、KJPNC→KCl结晶区、MPND→K2SO4结晶区。100℃一共存在5个结晶区、、NaCl、、KCl。直接法生产K2SO4:把配料组成点配制为a点，其反应为,其中W为水，P为含有Na+、SO42—、K+、Cl-、H2O的盐溶液。理论上计算钾的收率为26-29%之间。间接法生产K2SO4:把配料组成点配制成为点“1”处，其反应方程式：，其中为水，R为含有Na+、SO42—、K+、Cl-、H2O的盐溶液，为钾芒硝，用g表；g与KCl、H2O配制成物系点b，反应式为，其中W2为水，P为盐溶液，性质同前；P盐溶液与配制成物系点“3”反应式为，其中W3为增加水量或减少水量，R性质同前：以此反复，此工艺过程的钾收率达到了80%左右。闭路法生产和回收NaCl工艺：此工艺在间接法的基础上回收了R盐溶液中的NaCl和钾芒硝g。有R点组成经人为调节到“4”处于100℃点处，蒸发掉部分水分，由于溶液“4”处于100℃时候NaCl结晶区内，故析出NaCl，过滤得到NaCl和C100℃盐溶液。C100℃盐溶液处于25℃的钾芒硝结晶区内，故当冷却至25℃时，得到钾芒硝和盐溶液“3”，把钾芒硝和盐溶液“3”反复应用，并结合25℃和100℃条件的相图的应用，理论上钾的收率达到100%。三、工艺流程和模拟计算依据相图分析大致可提出三种工艺路线，即直接法、间接法、闭路法。各自流程拟定如下：直接法见图2，间接法见图3，闭路法见图4.K2cl2Na2SO4WH2O盐浆图2直接法工艺流程P（盐液）K2SO4K2cl2Na2SO4K2cl2Na2SO4W1W（H2O）H2O盐浆盐浆K2cl2R（盐液）g1（复盐）R（盐液）W2H2Og2（复盐）盐浆P（盐液）25℃反应液固分离25℃反应固液分离25℃反应固液分离25℃反应固液分离K2SO4图3间接法生产K2SO4工艺流程四、实验装置和实验方法相平衡数据测定方法：（1）加热水浴于25±0.05℃；（2）按相图R、P点用台秤称量，干盐总量不超过20g；（3）先加入少量水于平衡管中，在依次加入Kcl、Nacl、Na2SO4、K2SO4，开搅拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，记时间、温度、平衡搅动2—3小时；（4）停止搅动，静止澄清1—2小时，分别取清液分析和湿渣固体分析或固体鉴定。制备K2SO4的方法：（1）加热水浴25℃，按相图用杠杆原理或用R、P、g的溶解度数据计算物系点“1”、“a”、“3”、“b”所需各自原料量，干盐总量不超过50g；（2）按物系点计算出所需的Na2SO4、Kcl、W（H2O）、g（复盐）、p（盐溶液）、R（盐溶液）的量，用台秤称量；（3）开搅拌器，先加入少量水于反应器中，然后依据不同反应依次加入Kcl、g（复盐）、Na2SO4，最后把所余的水全部加入，记温度、时间，反应3—4小时；（4）反应结束后，盐浆用真空系统过滤，收集固体和液体，并用台秤称量，关闭反应体系和真空体系；（5）用分析天平称固、液样品，用重量法测定固、液体中K+含量，用容量法测固、液中的cl-、SO4含量；（6）根据分析结果计算K2SO4中K+、cl-、SO42-的含量，钾芒硝中K+、cl-、SO42-的含量，K+收率。制备Nacl的方法：①按相图，用杠杆原理或用100℃和“4”点溶解度数据计算蒸发的水量；②用电炉蒸发水量，用台秤称量；③在100±5℃条件下过滤，并称量固体质量；④用分析天平称取样品，用容量法测定cl-的含量；⑤计算Nacl的含量。相平衡数据测定方法：（1）加热水浴于250.05℃；（2）按相图R、P点用台秤称量，干盐总量不超过20g；（3）先加入少量水于平衡管中，再一次加入KCl、NaCl、Na2SO4,开搅拌器，最后把所有水量全部倒入平衡管中，记时间、温度、平衡搅动2-3小时；（4）停止搅动，静止澄清1-2小时，分别取清液分析和湿渣固体分析。制备K2SO4的方法：（1）加热水浴25℃，按相图用杠杆原理或用R、P、g的溶解度数据计算物系点“1”、“a”、“3”、“b”所需各自的原料量，干盐总量不超过50g；（2）按物系点计算出所需的Na2SO4、Kcl、W（H2O）、g（复盐）、p（盐溶液）、R（盐溶液）的量，用台秤称量；（3）开搅拌器，先加少量水于反应器中，然后依据不同反应一次加入Kcl、g（复盐）、Na2SO4，最后把所余的水全部加入，记温度、时间，反应3-4小时；（4）反应结束后，盐浆用真空系统抽滤，收集固体和液体，并用台秤称量，关闭反应系统和真空系统；（5）用分析天平称固、液样品，用重量法测定固、液体中K+的含量，用容量法测量固、液中Cl-、SO42-含量；（6）根据分析结果计算K2SO4中K+、Cl-、SO42-的含量，钾芒硝中K+、Cl-、SO42-的含量及K+的收率。氯离子含量的测定：（1）测定原理在中性或弱碱性溶液中以铬酸钾（K2CrO4）为批示挤，用硝酸银（AgNO3）直接滴定，其反应如下：Nacl+AgNO3→NaNO3+Agcl↓（白色）Mgcl2+2AgNO3→Mg（NO3）2+2Agcl（白色）Kcl+AgNO3→KNO3+Agcl↓（白色）K2CrO4+2AgNO3→2KNO3+AgCrO4↓（砖红色）因为氯化银的浓度积较铬酸银小，所以氯化银先沉淀，直至溶液中氯离子全部变为氯化银沉淀后，则砖红色铬酸银沉淀出现，即为滴定终点。（2）仪器和试剂25毫升移液管，250毫升容量瓶。L：液体5ml（准确到四位小数）溶于500ml容量瓶中。S：固体1g（准确到四位小数）左右溶于250ml两瓶中。250高升锥形瓶，50毫升量筒，50毫升棕色滴定管；5%K2CrO4和0.05NAgNO3(3)测定手续用移液管吸取10毫升上面制备的稀释液于250毫升锥形瓶中，加入约20毫升蒸馏水，加5%K2CrO4批示挤5~7滴，在充分摇动下，用0.065NAgNO3标准溶液滴定至悬浊液由淡黄色变为微砖红色，经充分摇动后不消失，即为终点。（4）计算方法Cl-%=式中V——滴定时所消耗的0.05NAgNO3毫升数；N——AgNO3标准溶液的当量度；G——L,S样品重量；0.03546——CT的毫克当量，克。（5）注意事项①溶液的PH最好为9，不得高于10.5及低于6.5。因为溶液为酸性时，则AgNO3+H2SO4→Ag2SO4+H2CrO4会降低生成Ag2CrO4的灵敏度，同时Ag2CrO4能溶解于酸中。当溶液为碱性时，则AgNO3+NaOH→AgOH+NaNO32AgOH→Ag2O↓(黑色)+H2O硫酸钠含量的测定：（1）用Bacl2标准溶液滴定试样中的SO4-，使沉淀带负电荷。当达到等当点后，过量的钡离子（Ba++）被硫酸钡吸附，使沉淀带正电荷，此时，带负电荷的指示剂离子（C14H4OS-）被吸附于沉淀表面，与Ba++生成红色的络合物。溶液中加乙醇可降低BaSO4溶解度，并能得到表面积较人的细小BaSO4结晶，使吸附能力增强，终于变色明显。用6N醋酸（HAc）调整溶液深度，使PH在3～3.5之间，避免碳酸根（CO4-）的干扰。（2）仪器和试剂分析天平，称量瓶，10毫升移液管，250毫升容量瓶，25毫升滴定管，250毫升烧杯，10毫升量筒，30毫升滴瓶；0.2%茜素红，6NHAc，无水乙醇，0.1Bacl2标准溶液。（3）测定手续用称量瓶在分析天平上称取S：固体1～2g（准确到四位小数）；L：液体7.5～8g（准确到四位小数）。置于250毫升烧杯中，加入100毫升溶解。溶液移入250毫升容量瓶，用水洗涤烧杯数次，洗涤并入容量瓶，然后以水稀释至刻度，摇匀。用移液管取10毫升稀释液注入250毫升烧杯中，加5毫升H2O加茜素红的指示剂6滴，6NHAc3毫升，摇匀后，再加无水乙醇10毫升，迅速以0.1NBacl2滴定，将到终点时每次加入Bacl2应间隔3～5秒钟，并充分搅拌，直至悬浊液呈现淡红色为终点。（4）计算方法：Na2SO4%=×100式中：V——所消耗Bacl2标准溶液的毫升数；N——Bacl2标准溶液的当量浓度；0.07103——Na2SO4的毫克当量；G——S,L样品重量；（5）注意事项：①最好在滴定开始时将Bacl2标准溶液需要量的90%迅速加入，近终点时逐渐滴加入，并充分搅拌。②溶液温度宜在20℃以下，温度过高，沉淀吸附能力减弱，终于不明显。③溶液的PH值在3～3.5时终点明显。④溶液中乙醇含量以30～40%为宜。⑤当水硝中CaSO4，MSO4含量较低时，在计算Na2SO4含量的公式中可忽略不计；若含量高，则在计算公式另应减去其SO4-的含量。⑥固体鉴定。