二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測定[資料分享]

1、各類材料1 化 工 專 業(yè) 實(shí) 驗(yàn) 實(shí) 驗(yàn) 名 稱： 二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測定 學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級： 化工 092 班 姓 名： 蘆亞婷 學(xué) 號 09402010206 指 導(dǎo) 教 師： 王劍鋒 日 期： 2012 年 5 月 14 日 各類材料2 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?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(shù)據(jù)的方法。 2.了解締合系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法，從實(shí)驗(yàn)測得的 T-p-x-y 數(shù)據(jù)計(jì)算 各組分的活度系數(shù)。 3.通過實(shí)驗(yàn)了解平衡釜的構(gòu)造，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)原理二、

2、實(shí)驗(yàn)原理 以循環(huán)法測定氣液平衡數(shù)據(jù)的平衡雖多，但基本原理相同，如圖 1 所示。 當(dāng)體系達(dá)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(shù)據(jù)。 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(dāng)達(dá)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(xué)位也相 等，即逸度相等，其熱力學(xué)基本關(guān)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(guān)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(jì)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(shù) 各類材料3 由實(shí)驗(yàn)測得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用 (3) 0 i px py i i i 計(jì)算出不同組成下的活度系數(shù)。 本實(shí)驗(yàn)中活度系數(shù)和組成關(guān)系采用 Wilson 方程關(guān)聯(lián)。 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(shù) 12和 21采用非線性最小二乘法，由二元?dú)庖浩?衡數(shù)據(jù)回歸得到。 目標(biāo)函數(shù)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(jì)實(shí)計(jì)實(shí) 三、主要儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)裝置流程圖三、主要儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)步驟四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、測 11 組二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室大氣壓值取 101.325kPa。 2、平衡釜內(nèi)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(nèi) 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(jì)的讀數(shù)，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(zhì)，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(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布不均，重 復(fù)實(shí)驗(yàn) 5 次。 5、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉電源和水源，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 (1) 數(shù)據(jù)處理 甲醇密度 = 0.792g/ml 甲醇摩爾質(zhì)量= 32g/mol 異丙醇密度 = 0.785g/ml 異丙醇摩爾質(zhì)量= 60g/mol 表 1 二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù) 甲醇的體積分?jǐn)?shù)%甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)%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(shí)驗(yàn)測定混合液兩相平衡數(shù)據(jù) 折射率 組號平衡溫度 氣相液相 甲醇?xì)庀?摩爾分?jǐn)?shù) y1 甲醇液相 摩爾分?jǐn)?shù) 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(jù)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(shù)據(jù)由已知數(shù)據(jù)用內(nèi)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(jì)算不同組成下的活度: 已知兩個配偶系數(shù)分別為 12=0，21=1，由式(4)和(5)求得 ln1和 ln2，再根據(jù) s ii i i px py 可求得 yi。所得數(shù)據(jù)如下表： 表 5 各組分氣相摩爾分?jǐn)?shù)的計(jì)算值 溫度/12氣相甲醇計(jì)算值 y1 氣相異丙醇計(jì)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(jì)實(shí)計(jì)實(shí) (2) 氣相組成實(shí)驗(yàn)值與計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 1. 影響氣液平衡測定準(zhǔn)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(shù)誤差；3) 氣液平衡時間 各類材料9 的判定誤差；4) 實(shí)驗(yàn)器材的氣密性；5) 取樣時存在的誤差等。 2. 誤差產(chǎn)生的原因： 答：1) 儀器本身存在的誤差；2) 數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)所給的溶液的純度存在誤差。 七、思考題七、思考題 1、實(shí)驗(yàn)中怎樣判斷氣液兩相已達(dá)到平衡？ 答：氣液兩相達(dá)平衡