實驗3三元液液平衡數(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。在化學工業(yè)中，蒸餾、吸收過程的工藝和設(shè)備設(shè)計都需要準確的液-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。準確的平衡數(shù)據(jù)還是對這些模型的可靠性進行檢驗的重要依據(jù)。一、實驗?zāi)康模?）測定醋酸水醋酸乙烯在25下的液液平衡數(shù)據(jù) （2）用醋酸

2、-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數(shù)據(jù)

3、。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-水-醋酸乙烯這個特定的三元系，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進行標繪，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-H2O-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扇攪動氣流，使箱內(nèi)溫度均勻，溫度有半導體溫度計測量，并由恒溫控制器控制加熱溫度。實驗前先接通電源進

4、行加熱，使溫度達到25，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導體溫度計；2恒溫控制器； 3木箱；4風扇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1181.049醋酸乙烯酯72.50.9312水1000.997四、預(yù)習與思考（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到液液平衡? （4）擬用濃度為0.1mol/L的NaOH定法測定實驗系統(tǒng)共軛兩

5、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1、實驗準備按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。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

6、1.0ml，下層樣取0.5ml,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0.1mol的標準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的體積。（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HAcVac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HAcH2O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)掉磁力攪拌器，關(guān)掉電源。3、注意事項(1) 本實驗裝置只提供加熱裝置。

7、(2) 設(shè)定控制的溫度應(yīng)高于室溫10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、平衡標準液配制表錐形瓶VAC（ml）H2O（ml）HAC（ml）113107213126317104413153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)據(jù)分別

8、加入水和醋酸乙烯酯，然后用10ml的移液管加入醋酸。2、三元液液平衡標準樣品組成表 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、總組成點樣品（瓶）號1234醋酸（）水（）醋酸乙烯酯（）七、數(shù)據(jù)處理（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)標繪在圖上。 （2）將溫度、溶液的HAc、H2O、VAc，質(zhì)量分數(shù)輸入計算機，得出兩相的計算值(以摩爾分數(shù)表示)及實驗值(以摩爾分數(shù)表示)進行比較。具體計算方法見本實驗附錄。 八、實驗結(jié)果與討論（1）在二元汽液平衡相圖上，將附錄中

9、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)標準值進行比較，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1.4 預(yù)習與思考題進行補充完善。九、主要符號說明K平衡常數(shù) 活度系數(shù)； x液相摩爾分數(shù)； 密度。附錄1 HAc-H2O-VAc三元液液平衡溶解度數(shù)據(jù)表（278K）NoHAcH2OVAcNoHAcH2OVAc10.050.0170.93370.350.5040.14620.100.0340.86680.300.6050.095

10、30.150.0550.79590.250.6800.07040.200.0810.719100.200.7470.05350.250.1210.629110.150.8060.04460.300.1850.515120.100.8630.037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)以及部分互溶對二元的液液平衡的數(shù)據(jù)，應(yīng)用非線性型最小二乘法。可求出對二元活度系數(shù)關(guān)聯(lián)式的參數(shù)。由于Wilson 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UNIQUAC方程.當已計算出HAc- H2O，HAc- VAc， VAc - H2O三對二元體系的NRTL或UNIQUAC參數(shù)

11、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組分進行物料衡算: (1)若將xiA.xiB,xif在三角坐標中標繪.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: = (2)式中 將式（2）代入式（1） (3)由于xiA=1及xiB=1因此 xiB=1xiA=KixiB=1xiB-xiA=-=0經(jīng)整理得=0 (4)對三元系可展開為: 是A相組成及溫度的函數(shù)， 是B相組成及溫度的函數(shù)。xif是已知數(shù)，先假定兩相混合的組成。由式（2）可求得K1、K2、K3，式（4）中只有M是未知數(shù)