氣液平衡實驗報告

1、化工專業(yè)實驗報告實驗名稱：二元氣液平衡數(shù)據(jù)的測定實驗人員：同組人實驗地點：天大化工技術(shù)實驗中心606室實驗時間：2015年4月20日下午14:00年級：2014碩;專業(yè)：工業(yè)催化；組號：10（裝置2）;學(xué)號:指導(dǎo)教師：趙老師實驗成績：一.實驗?zāi)康?1)測定苯-正庚烷二元體系在常壓下的氣液平衡數(shù)據(jù)；(2)通過實驗了解平衡釜的結(jié)構(gòu)，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測定方法和技能；(3)應(yīng)用Wilson方程關(guān)聯(lián)實驗數(shù)據(jù)。二.實驗原理氣液平衡數(shù)據(jù)是化學(xué)工業(yè)發(fā)展新產(chǎn)品、開發(fā)新工藝、減少能耗、進(jìn)行三廢處理的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一?；どa(chǎn)中的蒸儲和吸收等分離過程設(shè)備的改造與設(shè)計、挖潛與革新以及對最佳工藝條件的選擇，都需要精確

2、可靠的氣液平衡數(shù)據(jù)。這是因為化工生產(chǎn)過程都要涉及相問的物質(zhì)傳遞，故這種數(shù)據(jù)的重要性是顯而易見的。平衡數(shù)據(jù)實驗測定方法有兩類，即間接法和直接法。直接法中又有靜態(tài)法、流動法和循環(huán)法等。其中循環(huán)法應(yīng)用最為廣泛。若要測得準(zhǔn)確的氣液平衡數(shù)據(jù)，平衡釜是關(guān)鍵?，F(xiàn)已采用的平衡釜形式有多種，而且各有特點，應(yīng)根據(jù)待測物系的特征，選擇適當(dāng)?shù)母汀Ｓ贸Ｒ?guī)的平衡釜測定平衡數(shù)據(jù)，需樣品量多，測定時間長。所以,本實驗用的小型平衡釜主要特點是釜外有真空夾套保溫，釜內(nèi)液體和氣體分別形成循環(huán)系統(tǒng)，可觀察釜內(nèi)的實驗現(xiàn)象，且樣品用量少，達(dá)到平衡速度快，因而實驗時問短。以循環(huán)法測定氣液平衡數(shù)據(jù)的平衡釜類型雖多，但基本原理相同，如圖1所

3、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)。當(dāng)達(dá)到平衡時，除了兩相的壓力和溫度分別相等外，每一組分的化學(xué)位也相等,即逸度相等，其熱力學(xué)基本關(guān)系為:In 1* _. In t v -L A v 1 -X- yA2AII，/ jJ-ll 1 1 jf * X? i中活度系數(shù)和組成關(guān)系米用Wilsox + Al2r2 與+A與占/n方程關(guān)聯(lián)。Wilson方程為計算出不同組成下的活度系數(shù)：常壓下，氣相可視為理想氣體，=1；再忽略壓力對液體逸度的影響，fi=p0,從而得出低壓下氣液平衡關(guān)系式為：w=仆f式中，p體系壓力（總壓）；pi0純組分i在平

4、衡溫度下飽和蒸氣壓；xyi分別為組分i在液相和氣相中的摩爾分率；ri組分i的活度系數(shù)；由實驗測得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用下式計算不同組成下的活度系數(shù)：y二兀aAPi用2小衡如意國1磨口2(相取樣Lk3-(相貯液槽：4送詡臂：A緩沖球】I時沈曾$科斯室*一16IM計變管io-廉和WM1HH1管:It一沸脾塞：14加熱食世；I1真空奧食；1&一加料液面圖2小氣液平衡釜示意圖四、實驗過程(1)首先開啟超級恒溫槽，調(diào)節(jié)溫度至測定折射率所需溫度25Co(2)測溫套管中道入甘油，將標(biāo)準(zhǔn)溫度計插入套管中，并在溫度計露出部分中間固定一支溫度計。因本實驗對溫度要求較嚴(yán)，需對溫度進(jìn)行校正。(3)檢查整個系統(tǒng)的氣

5、密性，因為我們這個系統(tǒng)都是密閉的。檢測方法是將100毫開針筒與系統(tǒng)相連，并使系統(tǒng)與大氣隔絕，針筒緩緩抽出一點壓力，發(fā)現(xiàn)硅油U型管的兩個液柱差不變時(說明系統(tǒng)是密閉的)，然后再通大氣(已由教師檢測完成)。(4)我們做的是常壓下的氣液平衡，當(dāng)天的大氣壓需要讀出。(5)在平衡釜內(nèi)加入一定濃度的苯一正庚烷混合液約20-30ml(已加好)，使液體處在圖2中加料液面處，一般由實驗點數(shù)決定，通常取摩爾濃度在0.1-0.15之間變化，故開始加入的濃度可使輕組分含量較多，然后慢慢增加重組分的濃度。打開冷卻水，安放好加熱器，接通電源?？刂萍訜犭娏?，開始時給0.1A,5min后給0.2A,慢慢調(diào)到0.25A左右即可

6、，以平衡釜內(nèi)液體沸騰為準(zhǔn)。冷凝回流液控制在每秒2-3滴。穩(wěn)定地回流15min左右，以建立平衡狀態(tài)。(6)達(dá)到平衡后，需要記錄下兩個溫度計的讀數(shù)，此溫度為平衡溫度，并用微量注射器分別取兩相樣品，通過阿貝折射儀測定樣品的折射率，然后根據(jù)平衡圖，查得不同的組成含量。關(guān)掉電源，加熱器拿下，釜液停止沸騰。(7)用注射器從釜中取出3ml的混合液，然后加入4或5ml左右的苯純?nèi)芤?，重新建立平衡。加哪一種純物料，根據(jù)你上一次的平衡溫度而定，以免各實驗點分配不均，重復(fù)上述操作5次，得到不同組成下平衡組成。(8)實驗完畢，關(guān)掉電源和水源。1所示:五、實驗數(shù)據(jù)記錄和處理表1實驗數(shù)據(jù)記錄表t主（C）t輔（C）液相折射

7、率液相組成（）氣相折射率氣相組成（）94.0025.001.394621.41.396524.488.5524.801.401530.41.413445.087.9025.801.410641.21.419650.886.1525.111.415046.61.430259.284.2524.501.427056.81.442068.8通過多次改變混合液的組成，得到五組實驗數(shù)據(jù)如下表（一）混合液氣液平衡時原始數(shù)據(jù)（二）實際平衡溫度的計算平衡溫度的計算方法如下：t實際=t主+t修正+t校正其中：t校正=kn（t主-t輔）k取0.00016;n取60C；修正值x 85 x 90 x 80 x 900

8、.080.0780 85 80 9085 80 85 90 x 80 x 850.07 90 80 90 85t修正可以通過溫度計修正記錄表（表2）數(shù)據(jù)使用三階樣條插值法，得到每次的修正溫度。表2溫度計修正記錄表溫度50556065707580859095100修正0.010.070.10.120.090.050.080.070.070.090.08例如使用t主=879C為例：（當(dāng)x=87.9時，修正值：0.069）經(jīng)過計算得到液體平衡時實際的溫度如表3所示:表3氣液平衡時實際溫度t主（C）t輔(C)t修正（C）t校正（C）t實際(C)94.0025.000.08840.662494.7508

9、88.5524.800.06890.612089.230987.90P25.800.06880.596288.565086.1525.110.06910.586086.805184.2524.500.07080.573684.8944（三）苯和正庚烷純組分在本實驗不同溫度下的飽和蒸汽壓和活度系數(shù)的計算（1）苯和正庚烷純組分在本實驗不同溫度下的飽和蒸汽壓的計算由Antoine(安托尼)公式:lgPi0=Ai-Bi/(Ci+t)P0一飽和蒸汽壓，mmHg式中：t溫度，C（即計算所得的實際溫度）所以可得到：Pi0=10(Ai-Bi/(Ci+t)純物料的Antoine常數(shù)見表4表4:純物料的安托尼常數(shù)

10、組分ABCt范圍（C）苯6.879871196.76219.16111584正庚烷6.893861264.37216.643127以87.90C為例:苯的飽和蒸氣壓p10=10(6.87987-1196.76Z9.161+88.5650)=979.10mmHg正庚烷的飽和蒸氣壓P20=io(6.89386-1264.376.64+88.5650)=563.86mmHg計算五組純組分飽和蒸汽計算結(jié)果見表5表5:純組分飽和蒸汽在實驗溫度下計算結(jié)果組號12345Pi0/mmHg1168.05998.21979.10929.91878.77P20/mmHg681.49575.69563.86533.4

11、8502.04（2）苯和正庚烷純組分在本實驗不同溫度下的活度系數(shù)的計算由實驗測得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù),則可用下式計算不同組成下的活度系數(shù):以87.90C為例計算:pyi0X1P1760 50.8041.2 979.100.9570py2760(10050.80)11278%x2P0(10041.2)563.86表6苯和正庚烷活度系數(shù)計算表t實際(C)組成（）組成（）蒸氣壓（mmHg）和蒸氣壓（mmHg）系數(shù)度系數(shù)94.750821.424.41168.05681.490.74181.072689.230930.445.0998.21575.691.12701.043288.565041.250.

12、8979.10563.860.95701.127886.803646.659.2929.90533.481.03831.088584.894456.868.8878.77502.041.04761.0933（四）用非線形最小二乘法回歸配偶參數(shù)A12、A21并求液相組成活度系數(shù)和組成關(guān)系采用Wilson方程關(guān)聯(lián)ln1=-ln(x1122112x2)x2()xi12x2x221xiln2=-ln(x22112、21x1)x1()X221x1x112x2目標(biāo)函數(shù)選為氣相組成誤差的平方和，即mF=（y1實-y1計）2j+（y2實-y2計）2jj1用非線性最小二乘法擬合：matlab擬合程序見下：fun

13、ctionF=li（bb）x1=0.2140.3040.4120.4660.568x2=0.7860.6960.5880.5340.432y1=0.2440.4500.5080.5920.688y2=0.7560.5500.4920.0.4080.312p10=1168.05998.21979.10929.90878.77p20=681.49575.69563.86533.48502.04fori=1:4F(i尸y1(i)-p10(i)*x1(i)/760*exp(-log(x1(i)+bb(1)*x2(i)+x2(i)*(bb(1)/(x1(i)+bb(1)*x2(i)-bb(2)/(x2(

14、i)+bb(2)*x1(i)endfori=5:8j=i-4F(i)=y2(j)-p20(j)*x2(j)/760*exp(-log(x2(j)+bb(2)*x1(j)+x1(j)*(bb(2)/(x2(j)+bb(2)*x1(j)-bb(1)/(x1(j)+bb(1)*x2(j)end運行得：bb=0.07372.6058Resnorm=0.0137即所得的二元配偶參數(shù)A12=0.0737;A21=2.6058,方差為0.0137。(2)計算苯的氣相濃度：取平衡溫度87.90C為例：(AA)1口q二一ln(玉十+wj-1七十八|工與A：|XjJn exp ln 0.412 0.0737 0.

15、588 0.5880.07370.412 0.0737 0.5882.60580.588 2.6058 0.4120.96090_y1口Xi50.96090.412979.10051760分別計算五組數(shù)據(jù)可得表5表5苯的計算氣相濃度平衡溫（C）9488.5587.9086.1584.25X1,實驗()21.430.441.246.656.8Y,實驗（）24.445.050.859.268.8Y1,計算（）32.638.551.055.0364.1得到實驗和計算的t-x-y相圖如下:（六）結(jié)果分析討論1）實驗結(jié)果討論從實驗的結(jié)果的相圖和氣相組成的實驗值和計算值的比較來看，本次實驗測得以及回歸所得實驗數(shù)據(jù)可靠，誤差均在實驗允許范圍內(nèi)。從相圖可以看出，第一點的數(shù)據(jù)誤差大，估計和操作有關(guān)，但總體來說本實驗數(shù)據(jù)很好的體現(xiàn)了常規(guī)二元氣液平衡相圖規(guī)律。（2）實驗誤差分析由于本次實驗只是降溫操作，每次均是取出混和液，加入純苯，所以整個實驗過程測定的溫度是逐漸下降的，而且實驗測定的氣液相平衡組成是采集的數(shù)據(jù)點也不是十分的充足，以致相點分布欠佳。在使用阿貝折射儀測定折射率的時候存在讀數(shù)誤差，以及由折射率在折射率一組成的工作曲線上讀取氣