二元系统气液平衡数据测定
. 化工专业实验 实验名 学 专 班 姓 指导教 日 称：二元系统气液平衡数据测定 院：化学工程学院 业：化学工程与工艺 级：化工 092 班 名：芦亚婷 学号 09402010206 师：王剑锋 期：2012 年 5 月 14 日 精品 . 一、实验目的一、实验目的 1.了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。 2.了解缔合系统汽—液平衡数据的关联方法，从实验测得的 T-p-x-y 数据计算 各组分的活度系数。 3.通过实验了解平衡釜的构造，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。 4.掌握二元系统气液平衡相图的绘制。 二、实验原理二、实验原理 以循环法测定气液平衡数据的平衡虽多，但基本原理相同，如图1 所示。当 体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从 A 和 B 两容器中取样 分析，即可得到一组平衡数据。 蒸气循环线 蒸气 冷凝器 凝液 A 加热 B 液体 液体循环线 图 1平衡法测定气液平衡原理图 当达到平衡时， 除了两相的温度和压力分别相等外， 每一组分化学位也相等， 即逸度相等，其热力学基本关系为： f i L f i V(1) i py i i f i 0 x i 而得出低压下气液平衡关系式为： py i=γi p i 0 x i (2) 式中，p—体系压力（总压） ； p i 0—纯组分 i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用 Antoine 公式计算； x i、yi—分别为组分 i 在液相和气相中的摩尔分率； γ i—组分 i 的活度系数 由实验测得等压下气液平衡数据，则可用 图1 平衡法测定气液平衡原理图 常压下，气相可视为理想气体，再忽略压力对流体逸度的影响， f i p i 0从 精品 . i py i(3) x i p i 0 计算出不同组成下的活度系数。 本实验中活度系数和组成关系采用 Wilson 方程关联。 Wilson 方程为： lnγ 1=－ln(x1+Λ12x2)+x2( 21 12－)(4) x 2 21 x 1 x 1 12 x 2 lnγ 2=－ln(x2+Λ21x1)+x1( 21 12－)(5) x 2 21x1 x 1 12 x 2 Wilson 方程二元配偶函数Λ 12 和Λ 21 采用非线性最小二乘法，由二元气液平 衡数据回归得到。 目标函数选为气相组成误差的平方和，即 22 F=(y 1实 y 1计）j (y 2实 y 2计）j (6) j1 m 三、主要仪器设备与实验装置流程图三、主要仪器设备与实验装置流程图 1. 平衡釜一台 2. 阿贝折射仪一台 3. 超级恒温槽一台 4. 50-100 十分之一的标准温度计一支 5. 所用试剂（无水甲醇、异丙醇）为分析纯试剂。 6. 1ML 注射器十支、5ML 注射器三支。 15 6 16 7 2 3 4 5 8 9 1 10 11 12 13 14 图2－小气液平衡釜示意图 1－磨口；2－气相取样口；3－气相贮液槽；4－连通管；5－缓冲球；6－回流管； 7－平衡室；8－钟罩；9－温度计套管；10－液相取样口；11－液相贮液槽；12－提升管； 13－沸腾室；14－加热套管；15－真空夹套；16－加料液面 精品 . 四、实验步骤四、实验步骤 1、测 11 组二元系统气液平衡标准数据。实验室大气压值取 101.325kPa。 2、平衡釜内加入一定浓度的甲醇－异丙醇溶液，并没过注射器针头。打开冷却 水，接通电源。开始时加热电流给到 0.2A，五分钟后给到 0.24A，以平衡釜内液 体沸腾，冷凝回流液控制在每秒 1~2 滴。稳定回流约 15min，以建立平衡状态。 3、到平衡后，记录温度计的读数，用微量注射器分别取两相样品，用阿贝折射 仪测定其折射率。 4、注射器从釜中取出 2ml 混合溶液，然后加入等量的一种纯物质，重新加热建 立平衡。加入哪种物料，视上一次平衡组成而定，以免各实验点分布不均，重复 实验 5 次。 5、实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。 五、实验数据处理五、实验数据处理 (1) 数据处理 甲醇密度 ρ= 0.792g/ml甲醇摩尔质量= 32g/mol 异丙醇密度 ρ= 0.785g/ml异丙醇摩尔质量= 60g/mol 表 1二元系统气液平衡标准数据 甲醇的体积分数% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 甲醇的摩尔分数% 100 94.4523 88.3271 81.5294 73.9419 65.4185 55.7746 44.7739 32.1081 折射率 1.3272 1.3310 1.3369 1.3440 1.3500 1.3535 1.3569 1.3610 1.3671 精品 . 10 0 17.3684 0 1.3712 1.3761 表 2实验测定混合液两相平衡数据 折射率 组号平衡温度 气相液相 y 1 1 2 3 4 69.9 70.3 70.6 71.5 1.3441 1.3446 1.3450 1.3508 1.3514 1.3528 1.3548 1.3551 0.7640 0.7526 0.7454 0.6265 x 1 0.6120 0.5826 0.5419 0.5356 甲醇气相 摩尔分数 甲醇液相 摩尔分数 精品 . 572.61.35121.35900.61510.4541 查资料得，列表如下： 表 3 组分 异丙醇 A 6.86634 B 1360.183 C 197.593 根据安托尼(Antoine)公式，lg(Ps/kPa)=A-B/(C + t/℃)，求得异丙醇在各温度下饱 和蒸汽压。甲醇的饱和蒸汽压数据由已知数据用内插法求得。列表如下： 表 4各温度下组分的饱和蒸汽压 甲醇的饱和蒸汽压 PS/kPa 69.9 70.3 70.6 71.5 72.6 计算不同组成下的活度: 已知两个配偶系数分别为 Λ 12=0，Λ21=1，由式(4)和(5)求得 lnγ1 和 lnγ 2，再根据 126.53 128.43 129.86 134.15 139.39 异丙醇的饱和蒸汽 PS /kPa 60.45 61.52 62.33 64.81 67.96 温度/℃ i py i x i p i s 可求得 y。所得数据如下表： i 表 5各组分气相摩尔分数的计算值 温度/℃ 69.9 70.3 70.6 71.5 72.6 γ 1 1.1085 1.1307 1.1672 1.1735 1.2758 γ2 1.8441 1.7907 1.7193 1.7085 1.5748 气相甲醇计算值 y1 0.8472 0.8350 0.8106 0.8321 0.7970 精品 气相异丙醇计算值 y2 0.4269 0.4538 0.4845 0.5075 0.5765 . 22222F (y 1实 y 1计）j (y 2实 y 2计）j (0.7640.8472 ) (0.2360.4269 ) (0.75260.835) j1 m (0.24740.4538 )2(0.7454
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