电石渣浆中乙炔含量的测定

钟洁水，黄晓娟，蒋锦旭，杨　霞（.青岛科技大学计算机与化工研究所，山东青岛266042；2.兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州70050；.甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃白银70900）

电石渣浆中乙炔含量的测定

钟洁水1，黄晓娟2，3，蒋锦旭3，杨霞1
（1.青岛科技大学计算机与化工研究所，山东青岛266042；2.兰州理工大学石油化工学院，甘肃兰州730050；3.甘肃银光聚银化工有限公司，甘肃白银730900）

建立了测定电石渣浆中乙炔含量的实验室装置，根据道尔顿分压定律和亨利定律测定出实际生产中乙炔发生器产生的电石渣浆中的乙炔含量。测定方法的建立有助于标定生产中乙炔的溶解损失，并计算出渣浆回收乙炔装置的回收效率。

电石渣浆；乙炔；溶解

电石法湿法聚氯乙烯生产工艺会产生大量含固量10%～20%的电石渣浆。根据生产经验，每生产1 t树脂，同时产生含固量5%～15%的电石渣浆9～15 t。由于电石渣浆中大部分是氢氧化钙，氢氧化钙对乙炔气有强烈的吸附作用，乙炔在渣浆中的含量大大超过其在水中的饱和溶解度。

测定电石渣浆中的乙炔含量对乙炔流失标定有重要意义，同时，对电石渣浆回收乙炔装置的回收效率有指导作用。

1　实验原理

气液两相接触，气体溶解在液体中，溶于液体中的气体，作为溶质，必然产生一定的分压。当溶质产生的分压和气相中该气体的分压相等时，达到气液平衡。

由道尔顿分压定律气液平衡时气相中乙炔摩尔分率可以用其分压占总压的分率：

式中：Pi—溶质在气相中的平衡分压，kPa；

yi—溶质在气相中的摩尔分数；

n1、n2—气相中乙炔和空气的的摩尔量，mol。

相平衡的建立，标志着传质达到极限。对于大多数气体的稀溶液，气液间的平衡关系可用亨利定律表示。亨利系数，其数值仅随物系的特性及温度而异，在恒定温度和平衡状态下其值是个常数。

在恒定温度和平衡状态下，气体在液体中的溶解度和该气体的平衡分压成正比。

式中：Pi—溶质在气相中的平衡分压，kPa；

Xi—溶质在液相中的摩尔浓度，mol/L；

E—亨利系数，（kPa·L·mol-1）。

取一定量电石渣浆置于密闭容器中，在一定温度下达到气液平衡，测定其压力，搅拌后，乙炔气溢出，再次达到气液平衡，通过压力的改变值结合亨利定律可计算出电石渣浆中的乙炔含量。

2　试剂与仪器

2.1试剂

电石：粒度1～3 mm；饱和食盐水；溶解乙炔的电石渣浆；蒸馏水。

2.2仪器

蒸馏烧瓶：1 L，1个；恒压漏斗：250 mL，1个；聚乙烯气袋：10 L，1个；汞封电动搅拌机：1台；温度计：1支；注射器：100 mL，1支，内壁涂有液体石蜡；恒温水浴仪：1台；U型管压差计（汞柱）：1个；弹簧夹：若干；玻璃、橡胶导管：若干；烧杯：250 mL，若干；冷凝器：1台。

3　实验过程

3.1乙炔气的制取

在实验室中用电石和饱和食盐水反应制得乙炔气，用10 L聚乙烯气袋收集产生的乙炔气。

电石和水发生乙炔气装置见图1。

图1　乙炔发生装置

按图1组装好仪器，在蒸馏烧瓶中加入几小块电石，恒压漏斗中加入饱和食盐水。往烧瓶中滴加饱和食盐水，用10L聚乙烯盛气袋收集反应产生的气体。

3.2电石渣浆中乙炔含量的测定

乙炔溶解平衡实验装置见图2。

3.2.1装置气密性的检验

恒温水浴仪设定温度为25℃，烧瓶内加入500 mL蒸馏水，放入水浴仪，插入温度计，瓶内空气温度为25℃时，如图2组装好仪器。

图2　乙炔溶解平衡实验装置

在100 mL玻璃针筒内壁涂液体石蜡，旋紧螺旋夹B，抽取100 mL氮气注入1 L烧瓶中，旋紧螺旋夹A，5 min后缓慢打开螺旋夹B，记录型管压差计右侧汞柱上升高度。12 h后，若右侧汞柱高度基本上不下降，可认为装置气密性完好。若右侧汞柱高度下降较多，说明装置漏气，找到漏气位置，采取措施，直到装置不漏气可进行下一步实验。

3.2.2标准曲线的绘制

恒温水浴仪设定温度为25℃，1 L烧瓶内加入500 mL蒸馏水，放入水浴仪，插入温度计，瓶内空气温度为25℃时，如图2组装好仪器。用玻璃针筒抽取气袋中乙炔气20 mL，针筒与胶管相接，旋紧螺旋夹B，将乙炔气缓慢加入烧瓶中。旋紧螺旋夹A，5 min后缓慢打开螺旋夹B，U型管压差计汞柱高度发生变化，开动电动搅拌器搅拌一定时间，汞柱高度在4 h内基本不再变化时可认为已达到平衡，记录汞柱高度差。达到平衡后，按上述操作继续用玻璃针筒往装置内注射20 mL乙炔气，共操作10次，分别记录平衡后的汞柱高度差。

以加入乙炔的量为横坐标，高度差为纵坐标绘制标准曲线。

3.2.3实际生产中电石渣浆乙炔气含量的测定

实际工业生产中，电石渣浆取样装置图见图3。

在1 L烧瓶外壁上标500 mL线，3个瓶口塞上塞子，称取其净重为m1，水浴恒温仪设定为25℃。在电石渣浆排放管上设置取样口，取样口连接小型冷凝器，将电石渣浆冷到25℃。取500 mL左右渣浆于烧瓶中，烧瓶3个口塞上塞子，称取其重量记为m2。恒温水浴仪设定温度为25℃，将装有电石渣浆的烧瓶放入恒温水浴仪中。烧瓶中间口插入电动搅拌器，另一个口接上U型压差计，确保装置密封性良好。开电动搅拌器一段时间，汞柱高度在4 h内基本不再变化时可认为已达到平衡，记录汞柱高度差。

图3　含乙炔电石渣浆的取样装置图

4　结果和讨论

4.1实验结果

根据标准曲线，本实验测定实际生产中电石渣浆溶解的乙炔量见表4。

4.2讨论

由前述数据，可知电石渣浆中乙炔平均含量为370.67mL/kg。乙炔在25℃时密度约为1.0725g/mL。所以电石渣浆中乙炔平均含量为397.54 mg/kg，与文献上所述1 kg电石渣浆中含乙炔300～400 mg基本相符。由甘肃银光聚银化工有限公司12万t/a PVC生产装置统计数据，其产生电石渣浆约170 t/h，渣浆回收装置回收乙炔60 kg/h，可计算出新上渣浆回收装置回收效率约为88.78%。

表4　电石渣浆中乙炔含量　×10-6

［1］严福英．聚氯乙烯工艺学．北京：化学工业出版社，1990．

［2］朱华英．乙炔制取及性质实验探究．教学仪器与实验，2007，23（9），16－17．

［3］全国化学标准化技术委员会有机分会．GB10665－2004碳化钙（电石）．北京：中国标准出版社，2005．

［4］郑石子，颜才南，胡志宏，等．聚氯乙烯生产与操作．北京：化学工业出版社，2008．

［5］焦高成．电石渣浆回收乙炔气运行总结．聚氯乙烯，2012，40（4），42－44．

［6］夏清，陈常贵，等．化工原理．天津：天津大学出版社，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