實驗三元液液平衡數(shù)據(jù)的測定

1、實驗三 三元液液平衡數(shù)據(jù)的實驗測定液-液平衡數(shù)據(jù)是液 - 液萃取塔設(shè)計及生產(chǎn)操作的主要依據(jù)，平衡數(shù)據(jù)的獲得 目前尚依賴于實驗測定 。 在化學(xué)工業(yè)中，蒸餾、吸收過程的工藝和設(shè)備設(shè)計都需 要準(zhǔn)確的液 - 液平衡數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)對提供最佳化的操作條件，減少能源消耗和降低 成本等，都具有重要的意義。盡管有許多體系的平衡數(shù)據(jù)可以從資料中找到，但 這往往是在特定溫度和壓力下的數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展，以及新產(chǎn)品，新工 藝的開發(fā)，許多物系的平衡數(shù)據(jù)還未經(jīng)前人測定過，這都需要通過實驗測定以滿 足工程計算的需要。準(zhǔn)確的平衡數(shù)據(jù)還是對這些模型的可靠性進(jìn)行檢驗的重要依 據(jù)。一、實驗?zāi)康?1) 測定醋酸水醋酸乙烯在 25

2、C下的液液平衡數(shù)據(jù)( 2)用醋酸 -水，醋酸 -醋酸乙烯兩對二元系的汽 - 液平衡數(shù)據(jù)以及醋酸 - 水二 元系的液 -液平衡 數(shù)據(jù)，求得的活度系數(shù)關(guān)聯(lián)式常數(shù)， 并推算三元液 - 液平衡數(shù)據(jù)， 與實驗數(shù)據(jù)比較。( 3)通過實驗，了解三元系液液平衡數(shù)據(jù)測定方法掌握實驗技能，學(xué)會三角 形相圖的繪制。二、實驗原理 三元液液平衡數(shù)據(jù)的測定，有兩不同的方法。一種方法是配置一定的三元混 合物，在恒定溫度下攪拌，充分接觸，以達(dá)到兩相平衡；然后靜止分層，分別取 出兩相溶液分析其組成。這種方法可以直接測出平衡連接線數(shù)據(jù)，但分析常有困 難。 另一種方法是先用濁點法測出三元系的溶解度曲線，并確定溶解度曲線上的 組成與

3、某一物性(如折光率、密度等)的關(guān)系，然后再測定相同溫度下平衡接線-水-醋酸乙烯數(shù)據(jù)。這時只需要根據(jù)已確定的曲線來決定兩相的組成。對于醋酸 這個特定的三元系，由于分析醋酸最為方便，因此采用濁點法測定溶解度曲線，并按此三元溶解度數(shù)據(jù)，對水層以醋酸及醋酸乙烯為坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)繪，畫成曲線，以備測定結(jié)線時應(yīng)用。然后配制一定的 三元混合物，經(jīng)攪拌，靜止分層后，分別 取出兩相樣品，圖1Hac-H0-Vac的三元相圖示意分析其中的醋酸含量，有溶解度 曲線查出另一組分的含量，并用減量法確定第三組分的含量。三、實驗裝置(1) 木制恒溫箱(其結(jié)構(gòu)如圖2所示)的作用原理是：由電加熱器加熱并用風(fēng)扇攪動氣流，使箱內(nèi)溫度均勻，

4、溫度有半導(dǎo)體溫度計測量，并由恒溫控制器控制加熱溫度。實驗前先接通電源進(jìn)行加熱，使溫度達(dá)到25 C,并保持恒溫。(2) 實驗儀器包括電光分析天平，具有側(cè)口的100mL三角磨口燒瓶及醫(yī)用注 射器等實驗恒溫裝置示意圖1-導(dǎo)體溫度計；2 -恒溫控制器；3 -木箱；4 -風(fēng)扇5 -電加熱器；6 -電磁攪拌器；7 -三角燒瓶(3) 實驗用的物料包括醋酸、醋酸乙烯酯及去離子水，它們的物理常如下表品名沸點密度醋酸118醋酸乙烯酯水100四、預(yù)習(xí)與思考(1) 請指出圖1溶液的總組成點在 A,B,C,D,E點會出現(xiàn)什么現(xiàn)象(2) 何謂平衡聯(lián)結(jié)線 . 有什么性質(zhì)(3) 本實驗通過怎樣的操作達(dá)到液液平衡(4) 擬用濃

5、度為L的NaOH定法測定實驗系統(tǒng)共軛兩相中醋酸組成的方法和計 算式。 取樣時應(yīng)注意哪些事項，H2O及VAc的組成如何得到五、實驗操作指導(dǎo)1、實驗準(zhǔn)備按P4頁配樣表制備實驗溶液：用 50ml的滴定管2根，按配樣瓶的序號及配樣表的數(shù)據(jù)，分別將水、醋酸乙烯酯加入到下口瓶中，然后用移液管移取醋酸后 加入到上瓶中，蓋好蓋子。共配 4個樣讓學(xué)生選擇。2、實驗裝置的操作( 1)插上電源。( 2)按上裝置的電源按鈕，指示燈亮，電源接通。(3)設(shè)定裝置控制溫度，一般設(shè)定溫度：25 C。加熱至恒溫。( 4)將樣品瓶放入恒溫箱中，按動 4 個開磁力攪拌的按鈕，攪拌開始。攪拌15 分鐘，靜止 15 分鐘。( 5)用

6、2 個 1ml 的洗凈干燥針筒，分別從樣品瓶的上口及下支口取樣。上層 樣取，下層樣取 , 在分析天平上稱重后，分別快速打入事先已加入約10ml 水的 2個錐形瓶中，將錐形瓶搖動后，分別稱出兩個空針筒的重量，抽樣后針筒的重量 與空針筒的重量差即為樣品的重量。(6)用的標(biāo)準(zhǔn)NaOH溶液滴定，中性紅或酚酞作指示劑，記錄終點時所消耗的NaOH勺體積。( 7)按公式計算出上、下層的醋酸的組成。(8)由下層的醋酸含量查下層HAc Vac關(guān)系圖，得到醋酸乙酯的含量從而計算出水的含量；由上層的醋酸含量查上層HAc HbO關(guān)系圖，得到上層平衡樣中水的含量。從而計算出 VAc的含量。(10)實驗結(jié)束，關(guān)掉磁力攪拌

7、器，關(guān)掉電源。3、注意事項(1) 本實驗裝置只提供加熱裝置。(2) 設(shè)定控制的溫度應(yīng)高于室溫 10 C以上，否則由于設(shè)備運行時的發(fā)熱，影 響溫度的控制。(3) 將針頭插入下口瓶支口硅橡膠上時，應(yīng)慢插入慢拔出。(4) 取好上層樣后應(yīng)接著取下層樣，以免影響溶液組成的平衡。(5) 抽樣后的針筒及空針筒的重量應(yīng)及時稱，否則會影響實驗數(shù)據(jù)的精度。(6) 指示劑用中性紅比較好，溶液的顏色從紅色變到黃色，但平衡樣中醋酸 的濃度較多時，指示劑變色遲緩。(7) 針筒及針頭應(yīng)及時清洗。六、數(shù)據(jù)記錄1、平衡標(biāo)準(zhǔn)液配制表錐形瓶VAC( ml)H0( ml)HAC( ml)11310721312631710441315

8、3配樣方法：在干燥潔凈的液液平衡配樣瓶中，用2支滴定管安上表格中的數(shù)2、二兀液液平衡標(biāo)準(zhǔn)樣品組成表樣品瓶號1234上層醋酸（）水（）醋酸乙烯酯（）下層醋酸（）水（）醋酸乙烯酯（）3、總組成點七、樣品（瓶）號1234醋酸（）水（）醋酸乙烯酯（）據(jù)理數(shù)處（包括計算過程舉例）（1）在三角形相圖中，將本實驗附錄中給出的醋酸水醋酸乙烯三元體系中 的溶解度數(shù)據(jù)作成光 滑的溶解度曲線，將測得的數(shù)據(jù)標(biāo)繪在圖上。（2）將溫度、溶液的HAc H2O VAc,質(zhì)量分?jǐn)?shù)輸入計算機(jī)，得出兩相的計 算值（以摩爾分?jǐn)?shù)表示）及實驗值（以摩爾分?jǐn)?shù)表示）進(jìn)行比較。具體計算方法見本 實驗附錄。八、實驗結(jié)果與討論（1 ）在二元汽液平

9、衡相圖上，將附錄中給出的醋酸-水二元系統(tǒng)的汽液平衡數(shù)據(jù)作成光滑的曲線。把計算值與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，討論誤差原因(2) 為何液相中Hac的濃度大于氣相(3) 若改變實驗壓力，汽液平衡相圖將作如何變化，試用簡圖表明(4) 用本實驗裝置，設(shè)計作出本系統(tǒng)汽液平衡相圖的操作步驟。(5) 經(jīng)過實驗，對 預(yù)習(xí)與思考題進(jìn)行補(bǔ)充完善。九、主要符號說明K-平衡常數(shù)一活度系數(shù)；x 液相摩爾分?jǐn)?shù)；p密度。附錄1 HAc-H 20-VAc三元液液平衡溶解度數(shù)據(jù)表(278K)No HAcHbOVAcNoHAcHOVAc172839410511612附錄2三元液液平衡的推算若已知互溶的兩對二元汽液平衡數(shù)據(jù)以及部分互溶對二

10、元的液液平衡的數(shù)據(jù)，應(yīng)用非線性型最小二乘法?？汕蟪鰧Χ疃认禂?shù)關(guān)聯(lián)式的參數(shù)。由于Wils on方程對部分互溶體系不適用，因此關(guān)聯(lián)液液平衡常用 NRTL或UNIQUA方程.當(dāng)已計算出 HAc- HO, HAc- VAc, VAc - HO三對二元體系的 NRTL或UNIQUAC參數(shù)后，用可用Null法求出在某一溫度下，已知三對二元 的活度系數(shù)關(guān)聯(lián)式參數(shù)，并已知溶液的總組成， 即可計算平衡液相的組成。另溶液的總組成為Xif,分成兩液層,一層為A,組成為XiA,另一層為B ,組成為XiB, 設(shè)混合物的總量為1mol,其中液相占Mmol,液相b占（1-M）mol.對j組分進(jìn)行物料衡算:(1)XifX

11、iA A(1 M )XiB若將,x if在三角坐標(biāo)中標(biāo)繪.則三點應(yīng)在一條直線上.此直線稱為共軛線.根據(jù)液液熱力平衡關(guān)系式:XiAiA XiBiBXiAXiBKi XiBiA式中KiiBiA將式（2）代入式（1）XiB1 M (Ki 1)Xif由于刀XiA = 1及刀XiB=1因此Xf=11 M (Ki 1)刀XiA=E KxiB=1Xif刀XiB -刀XiA =刀1 M (Ki1)Ki Xif1 M(Ki 1)經(jīng)整理得E (Ki 1)Xif =01 M (Ki 1)對三元系可展幵為iA是A相組成及溫度的函數(shù)，iB是B相組成及溫度的函數(shù)。Xf是已知數(shù)，先假定兩相混合的組成。由式（2）可求得K、&、K3，式（4）中只有M是未知數(shù)， 因此是個一元函數(shù)求零