氣液平衡實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定苯－正庚烷二元體系在常壓下的氣液平衡數(shù)據(jù)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解平衡釜的結(jié)構(gòu)，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定方法和技能；應(yīng)用Wilson方程關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二．實(shí)驗(yàn)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(kāi)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)中的蒸餾和吸收等分離過(guò)程設(shè)備的改造與設(shè)計(jì)、挖潛與革新以及對(duì)最佳工藝條件的選擇，都需要精確可靠的氣液平衡數(shù)據(jù)。這是因?yàn)榛どa(chǎn)過(guò)程都要涉及相間的物質(zhì)傳遞，故這種數(shù)據(jù)的重要性是顯而易見(jiàn)的。平衡數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法有兩類(lèi)，即間接法和直接法。直接法中又有靜態(tài)法、流動(dòng)法和循環(huán)法等。其中循環(huán)法應(yīng)用最為廣泛。若要測(cè)得準(zhǔn)確的氣液平衡數(shù)據(jù)，平衡本實(shí)驗(yàn)用的小型平衡釜主要特點(diǎn)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(guān)察釜內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且樣品用量少，達(dá)到平衡速度快，因而實(shí)驗(yàn)時(shí)間短。1A和B兩容器中取樣分析，即可得到一組平衡數(shù)據(jù)。圖1平衡法測(cè)定氣液平衡原理圖即逸度相等，其熱力學(xué)基本關(guān)系為：i常壓下，氣相可視為理想氣體，Φ=1；再忽略壓力對(duì)液體逸度的影響，fi=pi0，i從而得出低壓下氣液平衡關(guān)系式為：式中，p 體系壓力（總壓）；pi0 i在平衡溫度下飽和蒸氣壓；xi、分別為組分i在液相和氣相中的摩爾分率；ri i的活度系數(shù)；由實(shí)驗(yàn)測(cè)得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用下式計(jì)算不同組成下的活度系數(shù)：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：目標(biāo)函數(shù)選為氣相組成誤差的平方和，即：三、實(shí)驗(yàn)裝置和試劑準(zhǔn)確、氣相中不夾帶液滴、液相不返混及不易爆沸等。本實(shí)驗(yàn)用氣液雙循環(huán)的小平衡釜，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。阿貝折射儀一臺(tái)。超級(jí)恒溫槽一臺(tái)（4）50-100十分之一的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)一支、0-50十分之一的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)一支。所用試劑（苯、正庚烷）為優(yōu)級(jí)品。注射器（1ml、5ml）若干。圖2小氣液平衡釜示意圖四、實(shí)驗(yàn)過(guò)程首先開(kāi)啟超級(jí)恒溫槽，調(diào)節(jié)溫度至測(cè)定折射率所需溫度25℃。100毫U型（說(shuō)明系統(tǒng)是密閉的（已由教師檢測(cè)完成我們做的是常壓下的氣液平衡，當(dāng)天的大氣壓需要讀出。在平衡釜內(nèi)加入一定濃度的苯—正庚烷混合液約已加好），使液體處在圖2中加料液面處，一般由實(shí)驗(yàn)點(diǎn)數(shù)決定，通常取摩爾濃度在0.1-0.15之間變化，故開(kāi)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(kāi)0.1A，5min后給慢慢調(diào)到0.25A左右即可，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)。用注射器從釜中取出3ml的混合液，然后加入4或5ml5次，得到不同組成下平衡組成。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉電源和水源。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理通過(guò)多次改變混合液的組成，得到五組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表1所示：（一）混合液氣液平衡時(shí)原始數(shù)據(jù)主液相折射率液相組成（%）氣相折射率氣相組成（%）94.0025.00主液相折射率液相組成（%）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

表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表（二）實(shí)際平衡溫度的計(jì)算平衡溫度的計(jì)算方法如下：t =t +t +t實(shí)際 主 修正 校正其中：t校正=kn(t主-t輔) k取0.00016；n取60℃；t （表的修正溫度。表2溫度計(jì)修正記錄表溫 50 55度6065707580859095100修 0.01 0.07正0.10.120.090.050.080.070.070.090.08例如使用t主=87.9℃為例：（當(dāng)x=87.9時(shí)，修正值：0.069）

85修正值808580900.08858085900.07908090850.07經(jīng)過(guò)計(jì)算得到液體平衡時(shí)實(shí)際的溫度如表3所示：表3氣液平衡時(shí)實(shí)際溫度t （℃）主（℃）t輔t （℃）修正t （℃）校正t （℃）實(shí)際94.0025.000.08840.662494.750888.5524.800.06890.612089.230987.9025.800.06880.596288.565086.1525.110.06910.586086.805184.2524.500.07080.573684.8944（三）苯和正庚烷純組分在本實(shí)驗(yàn)不同溫度下的飽和蒸汽壓和活度系數(shù)的計(jì)算苯和正庚烷純組分在本實(shí)驗(yàn)不同溫度下的飽和蒸汽壓的計(jì)算由Antoine（安托尼）公式：lgPi0=Ai–Bi/(Ci+t)式中：t—溫度，℃（即計(jì)算所得的實(shí)際溫度） P0—飽和蒸汽壓，mmHg所以可得到：Pi0=10(Ai-Bi/(Ci+t))純物料的Antoine常數(shù)見(jiàn)表4表4：純物料的安托尼常數(shù)組分組分苯A6.87987B1264.37C216.64t范圍（℃）15～843～127以87.90℃為例：苯的飽和蒸氣壓p10=10(6.87987-1196.76÷(219.161+88.5650))=979.10mmHg正庚烷的飽和蒸氣壓P20=10(6.89386-1264.37÷(216.64+88.5650)=563.86mmHg計(jì)算五組純組分飽和蒸汽計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5表5：純組分飽和蒸汽在實(shí)驗(yàn)溫度下計(jì)算結(jié)果組號(hào)組號(hào)P10/mmHgP20/mmHg1681.492575.693979.104929.915苯和正庚烷純組分在本實(shí)驗(yàn)不同溫度下的活度系數(shù)的計(jì)算由實(shí)驗(yàn)測(cè)得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用下式計(jì)算不同組成下的活度系數(shù)：以87.90℃為例計(jì)算：γ1

py1x

76050.800.957041.2979.10γ py

11760(10050.80) 2 xp022

1.127841.2)563.86表6苯和正庚烷活度系數(shù)計(jì)算表實(shí)際組成（%）組成（%實(shí)際組成（%）組成（%）蒸氣壓和蒸氣壓系數(shù)度系數(shù)（mmHg）（mmHg）94.750821.424.41168.05681.490.74181.072689.230930.445.0998.21575.691.12701.043288.565041.250.8979.10563.860.95701.127886.803646.659.2929.90533.481.03831.088584.894456.868.8878.77502.041.04761.0933

苯的液相

苯的氣相

苯的飽和

正庚烷飽

苯的活度

正庚烷的活（四）用非線(xiàn)形最小二乘法回歸配偶參數(shù)Λ 、Λ12 21

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) 1lnγ=-ln(x11

x122

)x2

( 12xx1 12

x2

)lnγ2=-ln(x

x)x( 21 x

12 )2 21

1 2

x21

xx1 122目標(biāo)函數(shù)選為氣相組成誤差的平方和,即F=m(y -y 2+(y -y )21實(shí)1計(jì)jj1

2實(shí)2計(jì)j用非線(xiàn)性最小二乘法擬合：matlab擬合程序見(jiàn)下:functionF=li(bb)x1=[0.2140.3040.4120.4660.568]x2=[0.7860.6960.5880.5340.432]y1=[0.2440.4500.5080.5920.688]y2=[0.7560.5500.4920.0.4080.312]p10=[1168.05998.21979.10929.90878.77]p20=[681.49575.69563.86533.48502.04]fori=1:4F(i)=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(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(yùn)行得：bb=0.0737 2.6058Resnorm=0.0137即所得的二元配偶參數(shù)Λ

=0.0737;Λ

=2.6058，方差為0.0137。12 21（2）計(jì)算苯的氣相濃度：取平衡溫度87.90℃為例：rexp0.07370.5880.588

0.0737 -

2.6058

0.9609 1 rxp0 0.96090.412

0.4120.07370.5880.5882.60580.412y111 0.511 p 760分別計(jì)算五組數(shù)據(jù)可得表5表5苯的計(jì)算氣相濃度9488.5587.9086.159488.5587.9086.1584.2521.430.441.246.656.824.445.050.859.268.832.638.551.055.0364.1X（%）X1,實(shí)驗(yàn)Y（%）Y1,實(shí)驗(yàn)Y（%）Y1,計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的t-x-y相圖如下：（六）結(jié)果分析討論1）實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的相圖和氣相組成的實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值的比較來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得以及回歸所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，誤差均在實(shí)驗(yàn)允許范圍內(nèi)。從相圖可以看出，第一點(diǎn)的數(shù)據(jù)誤差大，估計(jì)和操作有關(guān)，但總體來(lái)說(shuō)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很好的體現(xiàn)了常規(guī)二元?dú)庖浩胶庀鄨D