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1、二元气液平衡数据的测定 3013207087 杨 鑫1、 实验目的1 测定甲醇水二元体系在常压下的气液平衡数据，绘制相图。2 通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。3 应用NRTL方程关联实验数据。2、 实验原理气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的设计、改造以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。化工生产过程均涉及相间物质传递，故气液平衡数据的重要性是显而易见的。随着化工生产的不断发展，现有气液平衡数据远不能满足需要。许多物系的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由
2、实验测定。相平衡研究的经典方法是首先测定少量的实验数据，然后选择合适的模型关联，进而计算平衡曲线；这其中，最常用到的是状态方程法和活度系数法。气液平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。直接法中有静态法、流动法和循环法等。其中以循环法应用最为广泛。若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜的选择是关键。现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。平衡釜的选择原则是易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体
3、分别形成循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快。以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图1所示。当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从A和B两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。图1 平衡法测定气液平衡原理图当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为： 常压下，气相可视为理想气体，；再忽略压力对液体逸度的影响，从而得出低压下气液平衡关系式为： 式中P体系压力（总压）；纯组分i在饱和温度下饱和蒸汽压；分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；组分i的活度系数。由实验测得等压下气液平衡
4、数据，则可用下式计算出不同组成下的活度系数。3、 实验试剂和仪器1 甲醇（分析纯）、蒸馏水；2 平衡釜一台；3 50100 十分之一的标准温度计一支、 050 十分之一的标准温度计一支；4 1mL注射器十支、 5mL注射器三支、 10L微量进样器两支；5 气相色谱仪一台；6 计算机数据采集和处理系统一台。图2 小气液平衡釜示意图1-磨口；2-气相取样口；3-气相贮液槽；4-连通管；5-缓冲球；6-回流管；7-平衡室；8-钟罩；9-温度计套管；10-液相取样口；11-液相贮液槽；12-提升管；13-沸腾室；14-加热套管；15-真空夹套；16-加料液面。4、 实验步骤1 检查整个系统的气密性（要
5、求实验过程中整个系统密闭） 检测方法：通过旋转三通阀，使系统与大气隔绝，100mL针筒与系统相连，针筒缓缓抽出一定压力，然后使针筒与系统隔绝。等待一定时间若发现U型管的两个硅油液柱差不变时，说明系统是密闭的，然后再通大气。2 打开冷却水3 接通电源，控制加热电流缓慢加热混合液首先设置加热电流为0.10A，5min后调至0.20A，待混合液中有气泡冒出慢慢调到0.25A左右即可。（实验过程中使用2号装置，再调到0.20A后不需调到0.25A左右即可）。加热电流以平衡釜内液体沸腾为准，冷凝回流液控制在23 滴/秒。4 建立平衡状态稳定回流15min左右，每隔 2min 记录两个温度计读数，达到平衡
6、后，两个温度计的读数即为平衡温度。5 抽取样品并测定组成采用微量注射器分别取平衡气、液两相样品0.4L左右，置于离心管中。通过气相色谱仪测其组成。每个样品需测量2次。6 关闭加热电流，待混合液停止沸腾。7 换液采用注射器从平衡釜中取出大约8mL的混合液，然后加入等量的纯组分（甲醇或水），重新建立平衡。换液量一般由实验点数决定，通常取摩尔浓度在0.100.15之间变化；加入哪种纯组分，根据上次的平衡温度而定，避免各实验点分配不均。若开始混合液中轻组分含量较多，则慢慢增大重组分的浓度。8 重复步骤37，共测量3或4组数据。9 实验完毕，关闭水源、电源。5、 实验数据记录和处理1 实验数据记录实验数
7、据原始记录见附页，现将数据汇总整理如下：表1 二元气液平衡数据测定实验数据整理表序号平衡温度/气相峰面积液相峰面积换液量换液种类主辅水甲醇水甲醇178.524.035.3115464.6884627.9604071.6618134.8960665.1039428.8443870.5567310.0水283.924.452.5177247.2692027.1462972.6265751.2248147.7270929.6400266.9762812.0甲醇376.124.226.2164573,7750153.1336534.9459624.1336175.8554453.6480134.055
8、488.0甲醇474.524.224.5911575.4016645.2990354.7009724.3151775.6745144.0846055.886298.0甲醇573.123.019.2732780.7129312.3448287.6126618.6343581.3513312.9429887.03048备注室温：18.0 ； 大气压：101.3kPa2 实验数据处理（1） 平衡温度因本实验对温度要求较严，需对温度进行校正，计算结果如下：表2 平衡温度计算结果表序号主温度计读数辅助温度计读数校正温度修正温度平衡温度 178.524.00.52320.071079.09283.924.
9、40.62300.070084.59376.124.20.49820.056676.65474.524.20.48290.054075.04573.123.00.48100.062573.64以第5组数据作为计算举例：平衡温度t的计算方法如下：式中：平衡温度；温度计的修正值，通过差精确温度计的修正值得到；温度计的露茎校正值；水银在玻璃中的膨胀系数，取0.00016；露出部分的温度系数取60；在介质中的温度（主温度计的读数）；露出水银柱的平均温度（福主温度计的读数）。因此有：查表得：于是有：附注：表3 二等标准水银温度计检定结果温度示值/505560657075修正值/+0.01+0.07+0.
10、10+0.12+0.09+0.05温度示值/80859095100修正值/+0.08+0.08+0.07+0.09+0.08备注测量温度范围：50100 最小分度值：0.1浸入深度：全浸检定完第一点50时测得0点位置为+0.00上限温度100保持30min后测得0点位置为-0.01（2） 纯组分饱和蒸汽压序号12345/mmHg1296.21570.31187.81120.41064.4/mmHg342.4426.6309.7289.7273.1表4 纯组分在不同实验温度下的饱和蒸汽压计算结果表以第5组数据作为计算举例：采用Antoine公式算出平衡温度下两纯组分的，Antoine公式为： 式
11、中压力的单位为mmHg，温度的单位为。因此有：附注：表5 纯物料Antonie常数组分ABCt范围/甲醇7.878631473.11230.0-20140水7.966811668.211228.060150（3） 气象色谱仪分析结果两相样品成分分析采用GC9800型气相色谱仪分析。热导检测器配以色谱数据处理机计算峰面积，采用修正面积归一化定量，定量校正因子在实验取样操作条件下测定。气液相样品组成以甲醇的摩尔分数计。计算结果如下：表6 甲醇水气液（甲醇）平衡组成序号气相峰面积液相峰面积气相甲醇质量分数W甲醇，g，i液相甲醇质量分数W甲醇，l，i气相甲醇摩尔分数yi液相甲醇摩尔分数xi水甲醇水甲醇
12、135.3115464.6884627.9604071.661810.690000.756930.555950.6365834.8960665.1039428.8443870.556730.693890.748240.560450.62572252.5177247.2692027.1462972.626570.522350.764740.380860.6464551.2248147.7270929.6400266.976280.530970.733010.389040.60697326.2164573,7750153.1336534.945960.773710.444170.657910.31
13、01124.1336175.8554453.6480134.055480.792480.435440.682350.30257424.5911575.4016645.2990354.700970.788380.594680.676960.4521424.3151775.6745144.0846055.886290.790850.606340.680210.46421519.2732780.7129312.3448287.612660.835750.896080.741070.8290718.6343581.3513312.9429887.030480.841380.890950.748970.82129 以第5组数据的第二次测量作为计算举例： 表7 甲醇水气液（
