二元系統(tǒng)氣液平衡數據測定[資料分享]

1、各類材料1 化 工 專 業(yè) 實 驗 實 驗 名 稱： 二元系統(tǒng)氣液平衡數據測定 學 院： 化學工程學院 專 業(yè)： 化學工程與工藝 班 級： 化工 092 班 姓 名： 蘆亞婷 學 號 09402010206 指 導 教 師： 王劍鋒 日 期： 2012 年 5 月 14 日 各類材料2 一、實驗目的一、實驗目的 1.了解和掌握用雙循環(huán)汽液平衡器測定二元系統(tǒng)氣液平衡數據的方法。 2.了解締合系統(tǒng)汽液平衡數據的關聯方法，從實驗測得的 T-p-x-y 數據計算 各組分的活度系數。 3.通過實驗了解平衡釜的構造，掌握氣液平衡數據的測定方法和技能。 4.掌握二元系統(tǒng)氣液平衡相圖的繪制。 二、實驗原理二、

2、實驗原理 以循環(huán)法測定氣液平衡數據的平衡雖多，但基本原理相同，如圖 1 所示。 當體系達到平衡時，兩個容器的組成不隨時間變化，這時從 A 和 B 兩容器中取 樣分析，即可得到一組平衡數據。 冷凝器 凝液 蒸氣循環(huán)線 蒸氣 加熱 液體 液體循環(huán)線 圖1 平衡法測定氣液平衡原理圖 B A 圖 1 平衡法測定氣液平衡原理圖 當達到平衡時，除了兩相的溫度和壓力分別相等外，每一組分化學位也相 等，即逸度相等，其熱力學基本關系為： (1) V i L i ff iii xfpy 0 ii 常壓下，氣相可視為理想氣體，再忽略壓力對流體逸度的影響， 從 0 ii pf 而得出低壓下氣液平衡關系式為： pyi=

3、i (2) 0 i p i x 式中，p體系壓力（總壓） ； 純組分 i 在平衡溫度下的飽和蒸汽壓，可用 Antoine 公式計算； 0 i p xi、yi分別為組分 i 在液相和氣相中的摩爾分率； i組分 i 的活度系數 各類材料3 由實驗測得等壓下氣液平衡數據，則可用 (3) 0 i px py i i i 計算出不同組成下的活度系數。 本實驗中活度系數和組成關系采用 Wilson 方程關聯。 Wilson 方程為： ln1=ln(x1+12x2)+x2() (4) 2121 12 xx 1212 21 xx ln2=ln(x2+21x1)+x1() (5) 1212 21 xx 2121

4、 12 xx Wilson 方程二元配偶函數 12和 21采用非線性最小二乘法，由二元氣液平 衡數據回歸得到。 目標函數選為氣相組成誤差的平方和，即 = (6)F 2 22 1 2 11 ( j m j j yyyy） 計實計實 三、主要儀器設備與實驗裝置流程圖三、主要儀器設備與實驗裝置流程圖 1. 平衡釜一臺 2. 阿貝折射儀一臺 3. 超級恒溫槽一臺 4. 50-100 十分之一的標準溫度計一支 5. 所用試劑（無水甲醇、異丙醇）為分析純試劑。 6. 1ML 注射器十支、5ML 注射器三支。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 圖2小氣液平衡釜示意

5、圖 1磨口；2氣相取樣口；3氣相貯液槽；4連通管；5緩沖球；6回流管； 7平衡室；8鐘罩；9溫度計套管；10液相取樣口；11液相貯液槽；12提升管； 13沸騰室；14加熱套管；15真空夾套；16加料液面 各類材料4 四、實驗步驟四、實驗步驟 1、測 11 組二元系統(tǒng)氣液平衡標準數據。實驗室大氣壓值取 101.325kPa。 2、平衡釜內加入一定濃度的甲醇異丙醇溶液，并沒過注射器針頭。打開冷卻 水，接通電源。開始時加熱電流給到 0.2A，五分鐘后給到 0.24A，以平衡釜內 液體沸騰，冷凝回流液控制在每秒 12 滴。穩(wěn)定回流約 15min，以建立平衡狀 態(tài)。 3、到平衡后，記錄溫度計的讀數，用微

6、量注射器分別取兩相樣品，用阿貝折射 儀測定其折射率。 4、注射器從釜中取出 2ml 混合溶液，然后加入等量的一種純物質，重新加熱建 立平衡。加入哪種物料，視上一次平衡組成而定，以免各實驗點分布不均，重 復實驗 5 次。 5、實驗完畢，關掉電源和水源，處理實驗數據。 五、實驗數據處理五、實驗數據處理 (1) 數據處理 甲醇密度 = 0.792g/ml 甲醇摩爾質量= 32g/mol 異丙醇密度 = 0.785g/ml 異丙醇摩爾質量= 60g/mol 表 1 二元系統(tǒng)氣液平衡標準數據 甲醇的體積分數%甲醇的摩爾分數%折射率 100 100 1.3272 90 94.4523 1.3310 80

7、88.3271 1.3369 70 81.5294 1.3440 60 73.9419 1.3500 50 65.4185 1.3535 40 55.7746 1.3569 30 44.7739 1.3610 20 32.1081 1.3671 10 17.3684 1.3712 0 0 1.3761 各類材料5 表 2 實驗測定混合液兩相平衡數據 折射率 組號平衡溫度 氣相液相 甲醇氣相 摩爾分數 y1 甲醇液相 摩爾分數 x1 169.91.34411.35140.76400.6120 270.31.34461.35280.75260.5826 370.61.34501.35480.745

8、40.5419 471.51.35081.35510.62650.5356 572.61.35121.35900.61510.4541 查資料得，列表如下： 表 3 組分ABC 異丙醇6.866341360.183197.593 根據安托尼(Antoine)公式，lg(Ps/kPa)=A-B/(C + t/)，求得異丙醇在各溫度下飽 和蒸汽壓。甲醇的飽和蒸汽壓數據由已知數據用內插法求得。列表如下： 表 4 各溫度下組分的飽和蒸汽壓 溫度/甲醇的飽和蒸汽壓 PS/kPa異丙醇的飽和蒸汽 PS/kPa 69.9126.5360.45 70.3128.4361.52 各類材料6 70.6129.86

9、62.33 71.5134.1564.81 72.6139.3967.96 計算不同組成下的活度: 已知兩個配偶系數分別為 12=0，21=1，由式(4)和(5)求得 ln1和 ln2，再根據 s ii i i px py 可求得 yi。所得數據如下表： 表 5 各組分氣相摩爾分數的計算值 溫度/12氣相甲醇計算值 y1 氣相異丙醇計算值 y2 69.91.10851.84410.84720.4269 70.31.13071.79070.83500.4538 70.61.16721.71930.81060.4845 71.51.17351.70850.83210.5075 72.61.2758

10、1.57480.79700.5765 27988 . 0 )5765 . 0 3849 . 0 ()797 . 0 6151 . 0 ()5075 . 0 3735 . 0 ( )8321. 06265 . 0 ()4845 . 0 2546 . 0 ()8106 . 0 7454 . 0 ()4538. 02474 . 0 ( )835. 07526 . 0 ()4269. 0236. 0()8472 . 0 764 . 0 ( 222 2222 2222 22 1 2 11 j m j j yyyyF） 計實計實 (2) 氣相組成實驗值與計算值的比較 各類材料7 (3) 溫度組成圖 t-x-y（甲醇） 各類材料8 六、實驗結果與討論六、實驗結果與討論 1. 影響氣液平衡測定準確度的因素： 答：1) 阿貝折射儀的儀器誤差；2) 阿貝折射儀的讀數誤差；3) 氣液平衡時間 各類材料9 的判定誤差；4) 實驗器材的氣密性；5) 取樣時存在的誤差等。 2. 誤差產生的原因： 答：1) 儀器本身存在的誤差；2) 數據處理時有效值的取值存在誤差；3) 用針 筒取液體時存在主觀誤差；4) 實驗所給的溶液的純度存在誤差。 七、思考題七、思考題 1、實驗中怎樣判斷氣液兩相已達到平衡？ 答：氣液兩相達平衡