Способ определения концентрации уксусной кислоты
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.
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 концентрации | |||||
| 5% | 6% | 7% | ||||
| Р | dp/dT | Р | dp/dT | Р | dp/dT | |
| 0 | 1,00880 | 1,01060 | 1,01240 | |||
| 10 | 1,00760 | 1,00920 | 1,01080 | |||
| 11 | 1,00740 | 1,00898 | 1,01056 | |||
| 12 | 1,00720 | -0,00020 | 1,00876 | -0,00022 | 1,01032 | -0,00024 |
| 13 | 1,00700 | 1,00854 | 1,01008 | |||
| 14 | 1,00680 | 1,00832 | 1,00984 | |||
| 15 | 1,00660 | 1,00810 | 1,00960 | |||
| 16 | 1,00638 | 1,00786 | 1,00934 | |||
| 17 | 1,00616 | 1,00762 | 1,00908 | |||
| 18 | 1,00594 | -0,00022 | 1,00738 | 0,00024 | 1,00882 | -0,00026 |
| 19 | 1,00572 | 1,00714 | 1,00856 | |||
| 20 | 1,00550 | 1,00690 | 1,00830 | |||
| 21 | 1,00522 | 1,00662 | 1,00800 | |||
| 22 | 1,00494 | 1,00634 | 1,00770 | |||
| 23 | 1,00466 | -0,00028 | 1,00606 | -0,00028 | 1,00740 | -0,00030 |
| 24 | 1,00438 | 1,00578 | 1,00710 | |||
| 25 | 1,00410 | 1,00550 | 1,00680 | |||
| 26 | 1,00376 | 1,00514 | 1,00644 | |||
| 27 | 1,00342 | 1,00478 | 1,00608 | |||
| 28 | 1,00308 | -0,00034 | 1,00442 | -0,00036 | 1,00572 | -0,00036 |
| 29 | 1,00274 | 1,00406 | 1,00536 | |||
| 30 | 1,00240 | 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 концентрации | |||||
| 68% | 69% | 70% | ||||
| Р | dp/dT | Р | dp/dT | Р | dp/dT | |
| 0 | 1,08600 | 1,08650 | 1,08690 | |||
| 1 | 1,08511 | 1,08560 | 1,08600 | |||
| 2 | 1,08422 | 1,08470 | 1,08510 | |||
| 3 | 1,08333 | 1,08380 | 1,08420 | |||
| 4 | 1,08244 | 1,08290 | 1,08330 | |||
| 5 | 1,08155 | -0,00089 | 1,08120 | -0,00090 | 1,08240 | -0,00090 |
| 6 | 1,08066 | 1,08110 | 1,08150 | |||
| 7 | 1,07977 | 1,08020 | 1,08060 | |||
| В | 1,07888 | 1,07930 | 1,07970 | |||
| 9 | 1,0,7799 | 1,07840 | 1,07880 | |||
| 10 | 1,07710 | 1,07750 | 1,07790 | |||
| 11 | 1,07618 | 1,07658 | 1,07696 | |||
| 12 | 1,07525 | 1,07566 | 1,07602 | |||
| 13 | 1,07434 | -0,00092 | 1,07474 | -0,00092 | 1,07508 | -0,00094 |
| 14 | 1,07342 | 1,07382 | 1,07414 | |||
| 15 | 1,07250 | 1,07290 | 1,07320 | |||
| 16 | 1,07156 | 1,07196 | 1,07226 | |||
| 17 | 1,07062 | 1,07102 | 1,07132 | |||
| 18 | 1,06968 | -0,00094 | 1,07008 | -0,00094 | 1,07038 | -0,00094 |
| 19 | 1,06874 | 1,06914 | 1,06944 | |||
| 20 | 1,06780 | 1,06820 | 1,06850 | |||
| 21 | 1,06686 | 1,06724 | 1,06754 | |||
| 22 | 1,06592 | -0,00094 | 1,06628 | 1,06658 |
| Таблица 1.3. Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации. | ||||||
| Температура,°С | Плотность и dp/dT при указанной концентрации | |||||
| 79% | 80% | 81% | ||||
| Р | dp/dT | Р | dp/dT | Р | dp/dT | |
| 0 | 1,08940 | 1,08950 | 1,08950 | |||
| 1 | 1,08844 | 1,08853 | 1,08852 | |||
| 2 | 1,08748 | 1,08756 | 1,08754 | |||
| 3 | 1,08652 | 1,08652 | 1,08656 | |||
| 4 | 1,08556 | 1,08556 | 1,08558 | |||
| 5 | 1,08460 | -0,00096 | 1,08456 | -0,00097 | 1,08460 | -0,00098 |
| 6 | 1,08364 | 1,08368 | 1,08362 | |||
| 7 | 1,08268 | 1,08271 | 1,08264 | |||
| 8 | 1,08172 | 1,08172 | 1,08166 | |||
| 9 | 1,08076 | 1,08077 | 1,08068 | |||
| 10 | 1,07980 | 1,07980 | 1,07970 | |||
| 11 | 1,07878 | 1,07878 | 1,07866 | |||
| 12 | 1,07776 | -0,00102 | 1,07776 | -0,00102 | 1,07762 | -0,00104 |
| 13 | 1,07674 | 1,07674 | 1,07762 | |||
| 14 | 1,07572 | 1,07674 | 1,07658 | |||
| 15 | 1,07470 | 1,07470 | 1,07450 | |||
| 16 | 1,07376 | 1,07376 | 1,07358 | |||
| 17 | 1,07282 | -0,00094 | 1,07282 | -0,00094 | 1,07266 | -0,00092 |
| 18 | 1,07188 | 1,07188 | 1,07174 | |||
| 19 | 1,07094 | 1,07984 | 1,07082 | |||
| 20 | 1,07000 | 1,07000 | 1,06990 | |||
| 21 | 1,06896 | 1,06894 | 1,06884 | |||
| 22 | 1,06792 | -0,00104 | 1,06788 | 1,06778 |
| Таблица 1.4. Плотность водных растворов уксусной кислоты в зависимости от температуры и концентрации. | ||||||
| Температура, °С. | Плотность и dp/dT при указанной концентрации | |||||
| 92% | 93% | 94% | ||||
| Р | dp/dT | Р | dp/dT | Р | dp/dT | |
| К) | 1,07490 | 1,07390 | 1,07270 | |||
| 11 | 1,07372 | 1,07272 | 1,07150 | |||
| 12 | 1,07254 | -0,00118 | 1,07154 | -0,00118 | 1,07030 | -0,00120 |
| 13 | 1,07136 | 1,07036 | 1,06910 | |||
| 14 | 1,07018 | 1,06918 | 1,06790 | |||
| 15 | 1,06900 | 1,06800 | 1,06670 | |||
| 16 | 1,06806 | -0,00094 | 1,06704 | -0,00096 | 1,06574 | -0,00096 |
| 17 | 1,06712 | 1,06608 | 1,06478 | |||
| 18 | 1,06618 | 1,06512 | 1,06382 | |||
| 19 | 1,06524 | 1,06416 | 1,06286 | |||
| 20 | 1,06430 | 1,06320 | 1,06190 | |||
| 21 | 1,06318 | 1,06210 | 1,06080 | |||
| 22 | 1,06206 | -0,00112 | 1,06100 | -0,00110 | 1,05970 | -0,00110 |
| 23 | 1,06094 | 1,05990 | 1,05860 | |||
| 24 | 1,05982 | 1,05880 | 1,05750 | |||
| 25 | 1,05870 | 1,05770 | 1,05640 | |||
| 26 | 1,05756 | 1,05652 | 1,05524 | |||
| 27 | 1,05642 | -0,00114 | 1,05534 | -0,00118 | 1,05408 | -0,00116 |
| 28 | 1,05528 | 1,05416 | 1,05292 | |||
| 29 | 1,05414 | 1,05298 | 1,05176 | |||
| 30 | 1,05300 | 1,05180 | 1,05060 |
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.
