鐘潔水，黃曉娟，蔣錦旭，楊　霞（.青島科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與化工研究所，山東青島266042；2.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州70050；.甘肅銀光聚銀化工有限公司，甘肅白銀70900）

電石渣漿中乙炔含量的測(cè)定

鐘潔水1，黃曉娟2，3，蔣錦旭3，楊霞1
（1.青島科技大學(xué)計(jì)算機(jī)與化工研究所，山東青島266042；2.蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州730050；3.甘肅銀光聚銀化工有限公司，甘肅白銀730900）

建立了測(cè)定電石渣漿中乙炔含量的實(shí)驗(yàn)室裝置，根據(jù)道爾頓分壓定律和亨利定律測(cè)定出實(shí)際生產(chǎn)中乙炔發(fā)生器產(chǎn)生的電石渣漿中的乙炔含量。測(cè)定方法的建立有助于標(biāo)定生產(chǎn)中乙炔的溶解損失，并計(jì)算出渣漿回收乙炔裝置的回收效率。

電石渣漿；乙炔；溶解

電石法濕法聚氯乙烯生產(chǎn)工藝會(huì)產(chǎn)生大量含固量10%～20%的電石渣漿。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，每生產(chǎn)1 t樹脂，同時(shí)產(chǎn)生含固量5%～15%的電石渣漿9～15 t。由于電石渣漿中大部分是氫氧化鈣，氫氧化鈣對(duì)乙炔氣有強(qiáng)烈的吸附作用，乙炔在渣漿中的含量大大超過其在水中的飽和溶解度。

測(cè)定電石渣漿中的乙炔含量對(duì)乙炔流失標(biāo)定有重要意義，同時(shí)，對(duì)電石渣漿回收乙炔裝置的回收效率有指導(dǎo)作用。

1　實(shí)驗(yàn)原理

氣液兩相接觸，氣體溶解在液體中，溶于液體中的氣體，作為溶質(zhì)，必然產(chǎn)生一定的分壓。當(dāng)溶質(zhì)產(chǎn)生的分壓和氣相中該氣體的分壓相等時(shí)，達(dá)到氣液平衡。

由道爾頓分壓定律氣液平衡時(shí)氣相中乙炔摩爾分率可以用其分壓占總壓的分率：

式中：Pi—溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；

yi—溶質(zhì)在氣相中的摩爾分?jǐn)?shù)；

n1、n2—?dú)庀嘀幸胰埠涂諝獾牡哪柫?，mol。

相平衡的建立，標(biāo)志著傳質(zhì)達(dá)到極限。對(duì)于大多數(shù)氣體的稀溶液，氣液間的平衡關(guān)系可用亨利定律表示。亨利系數(shù)，其數(shù)值僅隨物系的特性及溫度而異，在恒定溫度和平衡狀態(tài)下其值是個(gè)常數(shù)。

在恒定溫度和平衡狀態(tài)下，氣體在液體中的溶解度和該氣體的平衡分壓成正比。

式中：Pi—溶質(zhì)在氣相中的平衡分壓，kPa；

Xi—溶質(zhì)在液相中的摩爾濃度，mol/L；

E—亨利系數(shù)，（kPa·L·mol-1）。

取一定量電石渣漿置于密閉容器中，在一定溫度下達(dá)到氣液平衡，測(cè)定其壓力，攪拌后，乙炔氣溢出，再次達(dá)到氣液平衡，通過壓力的改變值結(jié)合亨利定律可計(jì)算出電石渣漿中的乙炔含量。

2　試劑與儀器

2.1試劑

電石：粒度1～3 mm；飽和食鹽水；溶解乙炔的電石渣漿；蒸餾水。

2.2儀器

蒸餾燒瓶：1 L，1個(gè)；恒壓漏斗：250 mL，1個(gè)；聚乙烯氣袋：10 L，1個(gè)；汞封電動(dòng)攪拌機(jī)：1臺(tái)；溫度計(jì)：1支；注射器：100 mL，1支，內(nèi)壁涂有液體石蠟；恒溫水浴儀：1臺(tái)；U型管壓差計(jì)（汞柱）：1個(gè)；彈簧夾：若干；玻璃、橡膠導(dǎo)管：若干；燒杯：250 mL，若干；冷凝器：1臺(tái)。

3　實(shí)驗(yàn)過程

3.1乙炔氣的制取

在實(shí)驗(yàn)室中用電石和飽和食鹽水反應(yīng)制得乙炔氣，用10 L聚乙烯氣袋收集產(chǎn)生的乙炔氣。

電石和水發(fā)生乙炔氣裝置見圖1。

圖1　乙炔發(fā)生裝置

按圖1組裝好儀器，在蒸餾燒瓶中加入幾小塊電石，恒壓漏斗中加入飽和食鹽水。往燒瓶中滴加飽和食鹽水，用10L聚乙烯盛氣袋收集反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。

3.2電石渣漿中乙炔含量的測(cè)定

乙炔溶解平衡實(shí)驗(yàn)裝置見圖2。

3.2.1裝置氣密性的檢驗(yàn)

恒溫水浴儀設(shè)定溫度為25℃，燒瓶?jī)?nèi)加入500 mL蒸餾水，放入水浴儀，插入溫度計(jì)，瓶?jī)?nèi)空氣溫度為25℃時(shí)，如圖2組裝好儀器。

圖2　乙炔溶解平衡實(shí)驗(yàn)裝置

在100 mL玻璃針筒內(nèi)壁涂液體石蠟，旋緊螺旋夾B，抽取100 mL氮?dú)庾⑷? L燒瓶中，旋緊螺旋夾A，5 min后緩慢打開螺旋夾B，記錄型管壓差計(jì)右側(cè)汞柱上升高度。12 h后，若右側(cè)汞柱高度基本上不下降，可認(rèn)為裝置氣密性完好。若右側(cè)汞柱高度下降較多，說明裝置漏氣，找到漏氣位置，采取措施，直到裝置不漏氣可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

3.2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

恒溫水浴儀設(shè)定溫度為25℃，1 L燒瓶?jī)?nèi)加入500 mL蒸餾水，放入水浴儀，插入溫度計(jì)，瓶?jī)?nèi)空氣溫度為25℃時(shí)，如圖2組裝好儀器。用玻璃針筒抽取氣袋中乙炔氣20 mL，針筒與膠管相接，旋緊螺旋夾B，將乙炔氣緩慢加入燒瓶中。旋緊螺旋夾A，5 min后緩慢打開螺旋夾B，U型管壓差計(jì)汞柱高度發(fā)生變化，開動(dòng)電動(dòng)攪拌器攪拌一定時(shí)間，汞柱高度在4 h內(nèi)基本不再變化時(shí)可認(rèn)為已達(dá)到平衡，記錄汞柱高度差。達(dá)到平衡后，按上述操作繼續(xù)用玻璃針筒往裝置內(nèi)注射20 mL乙炔氣，共操作10次，分別記錄平衡后的汞柱高度差。

以加入乙炔的量為橫坐標(biāo)，高度差為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3.2.3實(shí)際生產(chǎn)中電石渣漿乙炔氣含量的測(cè)定

實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，電石渣漿取樣裝置圖見圖3。

在1 L燒瓶外壁上標(biāo)500 mL線，3個(gè)瓶口塞上塞子，稱取其凈重為m1，水浴恒溫儀設(shè)定為25℃。在電石渣漿排放管上設(shè)置取樣口，取樣口連接小型冷凝器，將電石渣漿冷到25℃。取500 mL左右渣漿于燒瓶中，燒瓶3個(gè)口塞上塞子，稱取其重量記為m2。恒溫水浴儀設(shè)定溫度為25℃，將裝有電石渣漿的燒瓶放入恒溫水浴儀中。燒瓶中間口插入電動(dòng)攪拌器，另一個(gè)口接上U型壓差計(jì)，確保裝置密封性良好。開電動(dòng)攪拌器一段時(shí)間，汞柱高度在4 h內(nèi)基本不再變化時(shí)可認(rèn)為已達(dá)到平衡，記錄汞柱高度差。

圖3　含乙炔電石渣漿的取樣裝置圖

4　結(jié)果和討論

4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，本實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際生產(chǎn)中電石渣漿溶解的乙炔量見表4。

4.2討論

由前述數(shù)據(jù)，可知電石渣漿中乙炔平均含量為370.67mL/kg。乙炔在25℃時(shí)密度約為1.0725g/mL。所以電石渣漿中乙炔平均含量為397.54 mg/kg，與文獻(xiàn)上所述1 kg電石渣漿中含乙炔300～400 mg基本相符。由甘肅銀光聚銀化工有限公司12萬t/a PVC生產(chǎn)裝置統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其產(chǎn)生電石渣漿約170 t/h，渣漿回收裝置回收乙炔60 kg/h，可計(jì)算出新上渣漿回收裝置回收效率約為88.78%。

表4　電石渣漿中乙炔含量　×10-6

［1］嚴(yán)福英．聚氯乙烯工藝學(xué)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990．

［2］朱華英．乙炔制取及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)探究．教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2007，23（9），16－17．

［3］全國(guó)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)有機(jī)分會(huì)．GB10665－2004碳化鈣（電石）．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005．

［4］鄭石子，顏才南，胡志宏，等．聚氯乙烯生產(chǎn)與操作．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008．

［5］焦高成．電石渣漿回收乙炔氣運(yùn)行總結(jié)．聚氯乙烯，2012，40（4），42－44．

［6］夏清，陳常貴，等．化工原理．天津：天津大學(xué)出版社，2005．

Experimental determination of the content of acetylene in carbide slag slurry

ZHONG Jie-shui1，HUANG Xiao-juan2，3，JIANG Jin-xu3，YANG xia1
（1.Research Center for Computer and Chemical Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao 266042，China；2.School of Petrochemical Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China；3.Gansu Yinguang Juyin Chemical Co.，Ltd，Baiyin 730900，China）

Experimental devices for the content of acetylene in carbide slag slurry were established，and the content of acetylene in carbide slag slurry in factory were determined by Dalton’s law of partial pressure and Henry’s law.Accurate determination will contribute to the loss of acetylene in carbide slag slurry in factory and the effect of the devices for acetylene recovery.

carbide slag slurry；acetylene；dissolution

075+.3

B

1009-1785（2016）06-0037-03

2016-03-10