СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ Российский патент 2006 года по МПК G01N9/36 

Изобретение относится к области химии, в частности к определению концентрации уксусной кислоты в широком диапазоне температур.

Известен способ определения концентрации уксусной кислоты методом титрования /ТУ 9182-022-0334586-03. Кислота уксусная пищевая, г.Москва, с.16/.

Способ заключается в следующем.

Берут навеску анализируемого раствора, разбавляют водой. Далее проводят титрование раствором гидроксида натрия с индикатором фенолфталеином до перехода окраски из бесцветной в малиновую. Затем поводят расчет массовой доли уксусной кислоты в% /X₁/ по формуле

X₁=(V*0,6005*100):m-1,3 X₂,

где V - объем раствора гидроксида натрия концентрации точно 1 моль/дм³, израсходованный на титрование, см³,

m - навеска анализируемого раствора, г,

Х₂ - массовая доля муравьиной кислоты, %.

Недостатками способа являются:

- наличие сложного оборудования,

- сложность приготовления титрованного раствора гидроксида натрия,

- использование гидроксида натрия только квалификации «хч»,

- сложность методики определения массовой доли муравьиной кислоты.

Известен также способ определения концентрации уксусной кислоты, взятый в качестве прототипа /ТУ 9182-022-00334586-03. Кислота уксусная пищевая, г.Москва, с.16-18, с.24-25/.

Способ заключается в следующем.

Берут навеску 200 г анализируемого раствора концентрации 70%; 80% и разбавляют таким же количеством воды. Доводят температуру до 20°С и переливают раствор в цилиндр. Определяют температуру раствора, далее ареометром определяют плотность и снова измеряют температуру раствора. Затем берут среднее арифметическое значение температуры до и после измерения плотности. По известной зависимости плотности от концентрации при 20°С (Справочник химика, т. Ш, с.577-578; М. - Л., 1964 г.) определяют концентрацию раствора, удваивают и получают исходную концентрацию.

Недостатками способа являются:

- невозможность определения концентрации уксусной кислоты при температурах, отличающихся от 20°С;

- низкая точность определения концентрации, так как точность доведения температуры до 20°С составляет около 1°С,

- длительное время анализа из-за взятия навески и доведения температуры разбавленного раствора до 20°С;

- изменение структуры полимерного раствора при разбавлении водой, что также влияет на точность определения концентрации.

Задачей изобретения является повышение точности при определении концентрации уксусной кислоты в диапазоне от 0 до 100% в диапазоне температур от 0 до 40°С.

Поставленная задача достигается тем, что в способе определения концентрации уксусной кислоты, включающем определение плотности раствора и установление соответствующей ей концентрации, согласно изобретению, определяют зависимость плотности от концентрации и температуры через 1°С в диапазоне от 0 до 40°С методом линейной интерполяции по известной зависимости плотности от концентрации в диапазоне от 0 до 100 мас.% и температуры от 0 до 40°С через 5; 10°С, после гомогенизации раствора определяют температуру раствора уксусной кислоты в напорной емкости с точностью до 0,1°С и плотность, при целых значениях температуры находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и два значения концентрации, им соответствующие, определяют первую производную от концентрации по плотности и если |dc/dp|≤3,3·10³, то концентрацию уксусной кислоты определяют методом линейной интерполяции по зависимости плотности от концентрации при температуре опыта с точностью до 0,1% а, если |dc/dp|>3,3·10³, в напорную емкость вводят воду в таком количестве, чтобы попасть в зону |dc/dp|≤3,3·10³ для определения концентрации уксусной кислоты после разбавления и расчета исходной концентрации, исходя из количества добавленной воды; в случае нецелых значений температуры производят следующие действия: для наиболее близкого к экспериментальному целого значения температуры находят два соседние значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и соответствующие им значения концентрации, по зависимости плотности от температуры для двух значений концентрации находят два значения плотности при температуре эксперимента и определяют первую производную от концентрации по плотности, а далее операции повторяют как для целого значения температуры.

Такой способ позволяет выявить зону концентраций /60-85%/, в которой зависимость плотности от температуры является практически линейной, что позволяет определить концентрацию с высокой точностью.

На фиг.1 приведены зависимости плотности водных растворов уксусной кислоты от концентрации для температур 0, 20, 30°С.

На фиг.2 приведена концентрационная зависимость первой производной от концентрации по плотности при 20°С: dc/dp=f(C).

На фиг.3 приведена концентрационная зависимость абсолютной величины первой производной от плотности по температуре |dp/dT|=f(C).

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют зависимость плотности от концентрации и температуры через 1°С в диапазоне температур от 0 до 40°С методом линейной интерполяции по известной зависимости плотности раствора от концентрации в диапазоне от 0 до 100% через 1% и от температуры в диапазоне от 0 до 40°С через 5; 10°С.

Во всем диапазоне температур зависимости плотности от концентрации проходят через максимум при концентрациях 76-83% (фиг.1). Это означает, что первая производная от плотности по концентрации обращается в 0 и для определения концентрации требуется введение воды. Для упрощения приведены следующие фрагменты таблицы:

- таблица 1.1 для концентрации 5-7% и температур 10-30°С;

- таблица 1.2 для концентрации 68-70% и температур 0-22°С;

- таблица 1.3 для концентрации 79-81% и температур 0-22°С;

- таблица 1.4 для концентрации 92-94% и температур 10-30°С.

Далее осуществление способа рассмотрено на примерах при различных плотностях и температурах.

Пример 1.

В напорной емкости вместимостью 5 м³, содержащей 4700 дм³ водного раствора уксусной кислоты, гомогенизируют его путем циркуляции по контуру: напорная емкость - насос, непосредственно в емкости определяют температуру раствора 19,0°С и в отобранной пробе определяют плотность с помощью ареометра 1,0690. Затем по полученной зависимости плотности от концентрации и температуры (табл.1.2) находят при температуре 19°С два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному 1,06874 и 1,06914, и два значения концентрации, им соответствующие 68 и 69%. Рассчитывают значение первой производной от концентрации по плотности dc/dp:

dc/dp=(69-68):(1,06914-1,06874)=2,5·10³

Первая производная от концентрации по плотности менее 3,3·10³. Из фиг.2 следует, что при ее значении <3,3·10³ возможно определение концентрации, а если |dc/dp|>3,3·10³, то производная быстро возрастает, стремясь к бесконечности, что не позволяет определить концентрацию.

Методом линейной интерполяции из зависимости концентрации от плотности при Т=19°С, используя найденное значение dc/dp, находят концентрацию:

с=68+2,5·10³·(1,0690-1,06874)=68,65˜68,6%.

Пример 2.

В напорной емкости гомогенизируют 4800 дм³ раствора уксусной кислоты. Непосредственно в емкости определяют температуру 15,7°С, в отобранной пробе определяют плотность с помощью ареометра 1,0725. По табл.1.2 находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному при целом значении температуры 16°С: 1,07196 и 1,07226, и два значения концентрации, им соответствующие: 69 и 70%. Методом линейной интерполяции из зависимости плотности от температуры для двух концентраций, используя значения производных dp/dT, приведенные в табл.1.2, рассчитывают плотности при нецелом значении температуры:

69%: р=1,07196+/-0,00094/*/15,7-16/=1,07224

70%: р=1,07226+/-0,00094/*/15,7-16/=1,07254.

Рассчитывают значение первой производной от концентрации по плотности при температуре 15,7°С:

dc/dp=(70-69):(1,07254-1,07224)=3,3·10³.

dc/dp=3,3·10³. Концентрацию рассчитывают методом линейной интерполяции из зависимости концентрации от плотности при температуре 15,7°С:

с=69+3,3·10³/1,0725-1,07224/=69,89˜69,9%.

Из фиг.3 следует, что абсолютная величина производной от плотности по температуре |dp/dT| нелинейно возрастает с ростом концентрации, достигая предельного значения при с >90%. На фиг.3 приведены также абсолютные ошибки в определении этой производной с 95%-ной доверительной вероятностью. В диапазоне концентраций 60-80% относительные ошибки не превышают 1,9%.

Пример 3.

В напорной емкости после гомогенизации получают 4350 дм³ раствора уксусной кислоты. Определяют температуру непосредственно в напорной емкости 12,2°С, в отобранной пробе определяют плотность 1,0725. По табл.1.3 находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному при целом значении температуры 12°С: 1,07776 и 1,07762, и два значения концентрации, им соответствующие 80 и 81%. Аналогично примеру 2 методом линейной интерполяции рассчитывают два значения плотности для нецелого значения температуры и двух концентраций:

80%: р=1,07756

81%: р=1,07741.

Рассчитывают значение первой производной от концентрации по плотности при температуре опыта:

dc/dp=(81-80):(1,07741-1,07756)=-6,6·10³; |dc/dp|>3,3·10³.

В напорную емкость вводят 660 дм³ воды, гомогенизируют раствор, определяют температуру 13,2°С, плотность 1,0748. По зависимости плотности от концентрации и температуры /табл.1.2/ находят два значения плотности при температуре 13°С, наиболее близкие к экспериментальному 1,07474 и 1,07508, и два значения концентрации, им соответствующие 69 и 70%. Аналогично примеру 2 находят два значения плотности при температуре опыта: 13,2°С:

69%: р=1,07456

70%: р=1,07490.

Рассчитывают значение dc/dp при 13,2°С:

dc/dp=(70-69):(1,07490-1,07456)=2,9·10³:|dc/dp|<3,3·10³.

Методом линейной интерполяции из зависимости концентрации от плотности определяют концентрацию:

с=69+2,92·10³/1,0748-1,07456/=69,71˜69,7%.

Затем рассчитывают концентрацию до введения воды. Она составляет 79,5%.

Пример 4.

В напорной емкости вместимостью 1000 дм³ готовят 970 кг раствора столового уксуса. Непосредственно в емкости определяют температуру 21,3°С, в отобранной пробе определяют плотность 1,0062.

По табл.1.1. при наиболее близком целом значении температуры 21°С находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному 1,00522 и 1,00662, и соответствующие им два значения концентрации 5 и 6%.

Методом линейной интерполяции из зависимости плотности от температуры рассчитывают два значения плотности для нецелого значения температуры и двух концентраций:

5%: р=1,00522+/-0,00028/*(21,3-21)=1,00514

6%: р=1,00622+/-0,00028/*(21,3-21)=1,00654

Далее рассчитывают значение первой производной от концентрации по плотности при нецелом значении температуры:

dc/dp=(6-5):(1,00654-1,00514)=714; |dc/dp|<3.3·10³.

Методом линейной интерполяции из зависимости концентрации от плотности рассчитывают концентрацию:

с=5+714/1,0062-1,00513/=5,76˜5,8%.

Пример 5.

В железнодорожную цистерну вместимостью 73 м³, содержащую 66,6 т концентрированной уксусной кислоты, подают воду, затем раствор гомогенизируют, определяют температуру 15,0°С и плотность 1,0683.

По табл. 1.4 находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментально найденному при температуре 15,0°С: 1,0690 и 1,0680, и два значения концентрации, им соответствующие 92 и 93%. Рассчитывают значение первой производной от концентрации по плотности:

dc/dp=(93-92):(1,0680-1,0690)=-1,0·10³; [dc/dp]<3,3·10³.

Рассчитывают концентрацию из зависимости концентрации от плотности при 15,0°С методом линейной интерполяции:

с=92+/-1.0·10³/1,0680-1,0690/=92,7%.

Такой способ позволяет определять с высокой точностью любую концентрацию уксусной кислоты в широком диапазоне температур.

Таблица 1.1.
Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации.Температура, °С.Плотность и dp/dT при указанной концентрации5%6%7%Рdp/dTРdp/dTРdp/dT01,00880 1,01060 1,01240        101,00760 1,00920 1,01080        111,00740 1,00898 1,01056 121,00720-0,000201,00876-0,000221,01032-0,00024131,00700 1,00854 1,01008 141,00680 1,00832 1,00984        151,00660 1,00810 1,00960        161,00638 1,00786 1,00934 171,00616 1,00762 1,00908 181,00594-0,000221,007380,000241,00882-0,00026191,00572 1,00714 1,00856        201,00550 1,00690 1,00830        211,00522 1,00662 1,00800 221,00494 1,00634 1,00770 231,00466-0,000281,00606-0,000281,00740-0,00030241,00438 1,00578 1,00710        251,00410 1,00550 1,00680        261,00376 1,00514 1,00644 271,00342 1,00478 1,00608 281,00308-0,000341,00442-0,000361,00572-0,00036291,00274 1,00406 1,00536        301,00240 1,00370 1,00500 

Таблица 1.2.
Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации.Температура, °С.Плотность и dp/dT при указанной концентрации68%69%70%Рdp/dTРdp/dTРdp/dT01,08600 1,08650 1,08690        11,08511 1,08560 1,08600 21,08422 1,08470 1,08510 31,08333 1,08380 1,08420 41,08244 1,08290 1,08330 51,08155-0,000891,08120-0,000901,08240-0,0009061,08066 1,08110 1,08150 71,07977 1,08020 1,08060 В1,07888 1,07930 1,07970 91,0,7799 1,07840 1,07880        101,07710 1,07750 1,07790        111,07618 1,07658 1,07696 121,07525 1,07566 1,07602 131,07434-0,000921,07474-0,000921,07508-0,00094141,07342 1,07382 1,07414        151,07250 1,07290 1,07320        161,07156 1,07196 1,07226 171,07062 1,07102 1,07132 181,06968-0,000941,07008-0,000941,07038-0,00094191,06874 1,06914 1,06944        201,06780 1,06820 1,06850        211,06686 1,06724 1,06754 221,06592-0,000941,06628 1,06658 

Таблица 1.3.
Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации.Температура,°СПлотность и dp/dT при указанной концентрации79%80%81%Рdp/dTРdp/dTРdp/dT01,08940 1,08950 1,08950        11,08844 1,08853 1,08852 21,08748 1,08756 1,08754 31,08652 1,08652 1,08656 41,08556 1,08556 1,08558 51,08460-0,000961,08456-0,000971,08460-0,0009861,08364 1,08368 1,08362 71,08268 1,08271 1,08264 81,08172 1,08172 1,08166 91,08076 1,08077 1,08068        101,07980 1,07980 1,07970        111,07878 1,07878 1,07866 121,07776-0,001021,07776-0,001021,07762-0,00104131,07674 1,07674 1,07762 141,07572 1,07674 1,07658        151,07470 1,07470 1,07450        161,07376 1,07376 1,07358 171,07282-0,000941,07282-0,000941,07266-0,00092181,07188 1,07188 1,07174 191,07094 1,07984 1,07082        201,07000 1,07000 1,06990        211,06896 1,06894 1,06884 221,06792-0,001041,06788 1,06778 

Таблица 1.4.
Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации.Температура, °С.Плотность и dp/dT при указанной концентрации92%93%94%Рdp/dTРdp/dTРdp/dTК)1,07490 1,07390 1,07270        111,07372 1,07272 1,07150 121,07254-0,001181,07154-0,001181,07030-0,00120131,07136 1,07036 1,06910 141,07018 1,06918 1,06790        151,06900 1,06800 1,06670        161,06806-0,000941,06704-0,000961,06574-0,00096171,06712 1,06608 1,06478 181,06618 1,06512 1,06382 191,06524 1,06416 1,06286        201,06430 1,06320 1,06190        211,06318 1,06210 1,06080 221,06206-0,001121,06100-0,001101,05970-0,00110231,06094 1,05990 1,05860 241,05982 1,05880 1,05750        251,05870 1,05770 1,05640        261,05756 1,05652 1,05524 271,05642-0,001141,05534-0,001181,05408-0,00116281,05528 1,05416 1,05292 291,05414 1,05298 1,05176        301,05300 1,05180 1,05060 

Изобретение относится к области химии, в частности к определению концентрации уксусной кислоты в широком диапазоне температур. Технический результат - повышение точности при определении концентрации уксусной кислоты в диапазоне температур от 0 до 40°С. По предлагаемому способу методом линейной интерполяции определяют зависимость плотности от концентрации и температуры через 1°С в диапазоне температур от 0 до 40°С по известной зависимости плотности от концентрации в диапазоне от 0 до 100% и от температуры от 0 до 40°С через 5; 10°С. Далее гомогенизируют раствор и определяют температуру раствора в напорной емкости с точностью до 0,1°С и плотность. При целых значениях температуры по полученной зависимости находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и два значения концентрации, им соответствующие, и определяют первую производную от концентрации по плотности. Если |dc/dp|≤3,3·10³, то концентрацию определяют методом линейной интерполяции по полученной зависимости плотности от концентрации с точностью до 0,1%. Если |dc/dp|>3,3·10³, то в напорную емкость вводят воду в таком количестве, чтобы попасть в зону |dc/dp|≥3,3·10³ для определения концентрации уксусной кислоты. В случае нецелых значений температуры производят следующие действия: для наиболее близкого к экспериментальному целого значения температуры находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и соответствующие им два значения концентрации, по полученной зависимости плотности от температуры находят два значения плотности при температуре эксперимента и определяют первую производную от концентрации по плотности, а далее операции повторяют как для целого значения температуры. 4 табл., 3 ил.

Способ определения концентрации уксусной кислоты, включающий определение плотности раствора и установление соответствующей ей концентрации, отличающийся тем, что определяют зависимость плотности раствора от концентрации и температуры через 1°С в диапазоне от 0 до 40°С методом линейной интерполяции по известной зависимости плотности раствора от концентрации в диапазоне от 0 до 100 мас.% и температуры от 0 до 40°С, после гомогенизации раствора определяют температуру раствора уксусной кислоты в напорной емкости с точностью до 0,1°С и плотность, при целых значениях температуры находят по полученной зависимости два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и два значения концентрации, им соответствующие, определяют первую производную от концентрации по плотности и, если концентрацию уксусной кислоты определяют методом линейной интерполяции по полученной зависимости концентрации от плотности с точностью до 0,1%, а если то в напорную емкость вводят воду в таком количестве, чтобы попасть в зону для определения концентрации уксусной кислоты после разбавления и расчета исходной концентрации, исходя из количества добавленной воды; в случае нецелых значений температуры производят следующие действия: для наиболее близкого к экспериментальному целого значения температуры находят два значения плотности, наиболее близкие к экспериментальному, и соответствующие им два значения концентрации, по полученной зависимости плотности от температуры для двух значений концентрации находят два значения плотности при температуре эксперимента и определяют первую производную от концентрации по плотности, а далее операции повторяют как для целого значения температуры.