二元試驗講義-預習

蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線圖2蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線圖2-4循環(huán)法測定汽液平衡組分的活度系數(shù)；(3)學會二元汽液平衡相圖的繪制。B實驗原理以循環(huán)法測定汽液平衡數(shù)據(jù)的平衡器類型很多，但基本原理一致，如圖2-4所示，當體系達到平衡時，a、b容器中的組成不隨時間而變化，這時從a和b兩容器中取樣分析，可得到一組汽液平衡實驗數(shù)據(jù)。實驗三二元系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的測定汽液平衡數(shù)據(jù)是蒸餾、吸收過程開設和設備設計的重要基礎數(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。此外，在溶液理論研究中提出了各種各樣描述溶液內(nèi)部分子間相互作用的模型，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)。A實驗目的了解和掌握用雙循環(huán)汽液平衡器測定二元汽液平衡數(shù)據(jù)的方法;了解締合系統(tǒng)汽-液平衡數(shù)據(jù)的關聯(lián)方法，從實驗測得的T-P-X-Y數(shù)據(jù)計算各C預習與思考(1)為什么即使在常低壓下，醋酸蒸汽也不能當作理想氣體看待？(2)本實驗中氣液兩相達到平衡的判據(jù)是什么？(3)設計用0.1NNaOH標準液測定汽液兩相組成的分析步驟、并推導平衡組成計算式。(4)如何計算醋酸-水二元系的活度系數(shù)？(5)為什么要對平衡溫度作壓力校正？

(6)本實驗裝置如何防止汽液平衡釜閃蒸、精餾現(xiàn)象發(fā)生？如何防止暴沸現(xiàn)象發(fā)生?D實驗裝置圖2-5改進的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器1-蒸餾釜；圖2-5改進的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器1-蒸餾釜；2-加熱夾套內(nèi)插電熱絲；3-蛇管；4-液體取樣口；5-進料口;6-測定平衡溫度的溫度計；7-測定氣相溫度的溫度計；8-蒸氣導管；9、10-冷凝器;11-氣體冷凝液回路；12-凝液貯器；13-氣相凝液取樣口；14-放料口改進的Ellis蒸餾器測定汽液平衡數(shù)據(jù)較準確，操作也較簡便，但僅適用于液相和氣相冷凝液都是均相的系統(tǒng)。溫度測量用分度為0.1℃的水銀溫度計。在本實驗裝置的平衡釜加熱部分的下方，有一個磁力攪拌器，電加熱時用以攪拌液體。在平衡釜蛇管處的外層與汽相溫度計插入部分的外層設有上下兩部分電熱絲保溫。另還有一個電子控制裝置，用以調(diào)節(jié)加熱電壓及上下兩組電熱絲保溫的加熱電壓。分析測試汽液相組成時，用化學滴定法。每一實驗組配有2個取樣瓶，2個1ML的針筒及配套的針頭，配有1個堿式滴定管及1架分析天平。實驗室中有大氣壓力測定儀。E實驗步驟及方法:(1)加料：從加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。(2)加熱：接通加熱電源，調(diào)節(jié)加熱電壓約在150?200V左右，開啟磁力攪拌器，調(diào)節(jié)合適的攪拌速度。緩慢升溫加熱至釜液沸騰時，分別接通上、下保溫電源，其電壓調(diào)節(jié)在(10?15)V左右。(3)溫控：溶液沸騰，汽相冷凝液出現(xiàn)，直到冷凝回流。起初，平衡溫度計讀數(shù)不斷變化，調(diào)節(jié)加熱量，使冷凝液控制在每分鐘60滴左右。調(diào)節(jié)上下保溫的熱量，最終使平衡溫度逐趨穩(wěn)定，汽相溫度控制在比平衡溫度高。.5?1)℃左右：保溫的目的在于防止氣相部分冷凝。平衡的主要標志由平衡溫度的穩(wěn)定加以判斷。(4)取樣：整個實驗過程中必須注意蒸餾速度、平衡溫度和氣相溫度的數(shù)值，不斷加以調(diào)整，經(jīng)半小時至1小時穩(wěn)定后，記錄平衡溫度及氣相溫度讀數(shù)。讀取大氣壓力計的大氣壓力。迅速取約8ml的氣相冷凝液及液相于干燥、潔凈的取樣瓶中。(5)分析：用化學分析法分析氣、液兩相組成，每一組分析兩次，分析誤差應小于0.5%,得到WAc汽及Wha液兩液體質量百分組成。(6)實驗結束后，先把加熱及保溫電壓逐步降低到零，切斷電源，待釜內(nèi)溫度降至室溫，關冷卻水，整理實驗儀器及實驗臺。F數(shù)據(jù)處理(1)平衡溫度校正測定實際溫度與讀數(shù)溫度的校正：t實際t觀t觀：溫度計指示值沸點校正：t=t+0-000125(t+273)&60—P)p實際tp:換算到標準大氣壓(0.1MPa)下的沸點。P：實驗時大氣壓力(換算為mmHg)(2)將tp,WHAc汽，WAc液輸入計算機，計算表中參數(shù)。計算結果列入下表P0n0n0nnnYYABAiAiA2BAB(3)在二元汽液平衡相圖中，將本實驗附錄中給出的醋酸-水二元系的汽液平衡數(shù)據(jù)作成光滑的曲線，并將本次實驗的數(shù)據(jù)標繪在相圖上。G結果與討論:(1)計算實驗數(shù)據(jù)的誤差，分析誤差的來源。⑵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，設計作出本系統(tǒng)汽液平衡相圖操作步驟。H主要符號說明n一組分的摩爾分數(shù)； x一液相摩爾分數(shù)；P一壓力； 了一氣相摩爾分數(shù)；p0一飽和蒸汽壓；y—活度系數(shù)；t一攝氏溫度； n一氣相中組分的真正摩爾分數(shù)。下標A1、A2—混合平衡氣相中單分子和雙分子醋酸。下標A、B一分別表示醋酸與水。參考文獻鈴木功，石小川矯，小松選弦昌.石油化工設計參考資料，73(1973)華東化工學院化學工程專業(yè).化學學報，1976,34(2)：79附錄1醋酸-水二元系汽液平衡數(shù)據(jù)的關聯(lián)Not,℃xHAcyHA/CcNot,℃xHAcyHA/Cc1118.11.001.007104.30.500.3562115.20.950.908103.20.400.2743113.10.900.8129102.20.300.1994109.70.800.66410101.40.200.3165107.40.700.54711100.30.050.0376105.70.600.45212100.000附錄2醋酸-水二元系汽液平衡數(shù)據(jù)的關聯(lián)在處理含有醋酸-水的二元汽液平衡問題時，若忽略了汽相締合計算活度，關聯(lián)往往失敗，此時活度系數(shù)接近于1，恰似一個理想的體系，但它卻不能滿足熱力學一致性。如果考慮在醋酸的汽相中有單分子，兩分子和三分子的締合體共存，而液相中僅考慮單分子體的存在，在此基礎上用締合平衡常數(shù)對表觀蒸汽組成的蒸汽壓修正后，計算出液相的活度系數(shù)，這樣計算的結果就能符合熱力學一致性，并且能將實驗數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。為了便于計算，我們介紹一種簡化的計算方法首先，考慮純醋酸的汽相締合。認為醋酸在汽相部分發(fā)生二聚而忽略三聚。因此，汽相中實際上是單分子體與二聚體共存，它們之間有一個反應平衡關系，即2HAc==（HAC）2締合平衡常數(shù)其中n1、n2為氣相醋酸的單分子體和二聚體的真正摩爾分數(shù)，由于液相不存在二聚體，所以氣體的壓力是單體和二聚體的總壓，而醋酸的逸度則是指單分子的逸度，汽相中單體的摩爾分數(shù)為］體的摩爾分數(shù)為］，而醋酸逸度是校正壓力,應為ni與ni、n2的關系如下:—nn「t^TOi2現(xiàn)在考慮醋酸-水的二元溶液HAc,(HAc)2,H2O,所以現(xiàn)在考慮醋酸-水的二元溶液HAc,(HAc)2,H2O,所以n=nC+n+n)

i i； i2 H2O汽相的表觀組成和真實組成之間有下列關系:

利用（1）和（2）經(jīng)整理后得:n+2ny= 2A1+n2KP利用（1）和（2）經(jīng)整理后得:n+2ny= 2A1+n2KPn2(2-y)+n-y=0

2 1 A1A用一元二次方程解法求出\，便可求得"2和「H2On=kp「2n =1-(i+n)H2O 1 2(4)醋酸的締合平衡常數(shù)與溫度T的關系如下:lgK2=-10.4205+3166/T由組分逸度的定義得:八=Py0=PnAA 1(6)對于純醋酸，、A=10A刃10；因低壓下的水蒸汽可視作理想氣體,故0H20=1，其中n0可根據(jù)純物質的締合平衡關系求出:k=n02 2n0+n0=112kp0?40)+n0-1=02A1 1解一元二次方程可得n01利用汽液平衡時組分在汽液二相的逸度相等的原理，可求出活度系數(shù)7iy =Pn