甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的測定與關聯

李 靜 齊鳴齋

華東理工大學化工學院 （上海 200237）

技術進步

甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的測定與關聯

李 靜 齊鳴齋

華東理工大學化工學院 （上海 200237）

采用靜態法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度區間的飽和蒸汽壓數據，并用Antoine方程lnps=AB/(T+C)進行了關聯，獲得Antoine常數A、B、C分別為15.0499、3020.65和-98.10。Antoine方程計算得到的飽和蒸汽壓值與實驗數據吻合較好，平均相對誤差為0.86%。通過Clausius-Clapeyron方程計算得到甲基烯丙醇在335.05～388.29K范圍內的平均摩爾蒸發熱為46.47kJ·mol-1。實驗所得飽和蒸汽壓方程對甲基烯丙醇的精餾分離過程設計具有重要意義。

甲基烯丙醇 飽和蒸汽壓 Antoine方程 摩爾蒸發熱

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，主要用于機場、港口碼頭、水電站、高架道路、軍事設施等的建設，應用領域非常廣闊，近年來該行業發展迅速。蒸汽壓是物質的重要物理化學性質之一，反應體系中各組分的飽和蒸汽壓數據是精餾塔設計的基礎數據。液體飽和蒸汽壓的測量方法主要有三種：靜態法、動態法和飽和氣流法。靜態法將被測物質放在一個密閉的體系中，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的沸點，具有操作簡單、結果比較準確等優點。目前，還未見甲基烯丙醇飽和蒸汽壓的報道，本文采用靜態法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度區間內的飽和蒸汽壓。采用非線性擬合的方法得到了甲基烯丙醇在該溫度區間內的Antoine方程系數以及摩爾蒸發熱，從而為精餾提純甲基烯丙醇的過程開發提供了基礎數據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗試劑及裝置

甲基烯丙醇由山東易達利化工有限公司提供，其純度經氣相色譜分析，質量分數為99.9%（面積歸一法）。實驗裝置如圖1所示，主要有真空泵、U型壓差計、沸點儀及加熱裝置等。

1.2 實驗方法

冷凝管與U型壓差計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。安全瓶中的負壓通過真空泵抽真空來實現。沸點儀3中裝待測液體，當U型壓差計兩端水銀面高度穩定時，體系汽液兩相平衡的溫度為液體在此外壓下的沸點。通過旋塞控制體系內的壓強，待甲基烯丙醇溶液沸騰時，用當時的大氣壓強減去U型壓差計兩水銀柱的高度差，即為該溫度下液體的飽和蒸汽壓。通過旋塞10調節緩沖瓶內的壓強，使體系產生新的沸騰，再次測量蒸汽壓與外壓平衡時的溫度，反復多次測定。由于實驗中采用水銀溫度計，為了測量的準確性，必須對待測液的沸點溫度進行校正，實驗中采用溫度計露莖校正法。

2 實驗結果與討論

2.1 Antoine方程參數的回歸

實驗前測定實驗環境的大氣壓強為101.2183kPa，實驗測得的不同真空度下甲基烯丙醇的沸點溫度以及校正溫度列于表1。

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

式中，ps表示純液體溫度為T時的飽和蒸汽壓；T為熱力學溫度；△vapHm為液體的摩爾蒸發熱；R為摩爾氣體常數，值為8.314J·(mol·K)-1。Clausius-Clapeyron方程給出了液體的沸點與外壓的函數關系，甚為重要。但在工程上廣泛使用與實驗數據符合較好的經驗方程——Antoine方程，其形式如式（2）表示：

式中，A、B、C是與物質有關的特性常數，稱為Antoine常數。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，并根據式（2）進行非線性擬合，見圖2，其相關系數R2=0.9993，得到甲基烯丙醇的Antoine常數分別為：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方程計算所得的甲基烯丙醇飽和蒸汽壓見表1第6列，實驗值與計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。計算得出甲基烯丙醇在標準大氣壓（101.325kPa）下的沸點為387.67 K，即114.52℃，與實際情況相符。

2.2 摩爾蒸發熱與溫度的關系

在較小的壓強變化范圍內，通常可以忽略壓強對摩爾蒸發熱的影響，但摩爾蒸發熱隨溫度升高呈現下降的趨勢，因此溫度對摩爾蒸發熱的影響往往不可忽視。由Clausius-Clapeyron方程式（1）可以得到，摩爾蒸發熱△vapHm與溫度的關系為：

將式（5）帶入式（4）中，得到甲基烯丙醇摩爾蒸發熱與溫度的關系式（6），由式（6）計算得到各實驗溫度對應的摩爾蒸發熱，見表1第8列。

3 結論

（1）采用靜態法測定了甲基烯丙醇在335.05～388.29K溫度范圍內的飽和蒸汽壓數據，擬合得到甲基烯丙醇的Antoine方程為：lnps=15.0499－3020.65/ (T－98.10)。實驗值與Antoine計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