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1、一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得汽液平衡数据是最常用的化工基础数据。许多化工过程如精馏的设计、操作及过程控制等都离不开汽液平衡数据。在热力学研究方面，新的热力学模型的开发，各种热力学模型的比较筛选等也离不开大量精确的汽液平衡实测数据。现在，各类化工杂志每年都有大量的汽液平衡数据及汽液平衡测定研究的文章发表。所以，汽液平衡数据的测定及研究深受化工界人士的重视。一 实验目的通过测定常压下乙醇水二元系统汽液平衡数据的实验，使同学们了解、掌握汽液平衡数据测定的方法和技能
2、，熟悉有关仪器的使用方法，将课本上学到的热力学理论知识与实际运用有机地联系在一起。从而既加深对理论知识的理解和掌握，又提高了动手的能力。二汽液平衡测定的种类由于汽液平衡体系的复杂性及汽液平衡测定技术的不断发展，汽液平衡测定也形成了特点各异的不同种类。按压力分，有常减压汽液平衡和高压汽液平衡。高压汽液平衡测定的技术相对比较复杂，难度较大。常减压汽液平衡测定则相对较易。按形态分，有静态法和动态法。静态法技术相对要简单一些，而动态法测定的技术要复杂一些但测定较快较准。在动态法里又有单循环法和双循环法。双循环法就是让汽相和液相都循环，而单循环只让其中一相（一般是汽相）循环。在一般情况下，常减压汽液平衡
3、都采用双循环，而在高压汽液平衡中，只让汽相强制循环。循环的好处是易于专业： 化学工程与工艺姓名： 高子岳学号： 3110101849日期： 13.10.9实 验 报 告地点： 西溪化学楼 234课程名称： 化工专业实验 指导老师： 李勇 成绩：实验名称：汽液平衡数据的测定 实验类型：同组学生姓名：周恒 平衡、易于取样分析。根据对温度及压力的控制情况，有等温法与等压法之分。一般，静态法采用等温测定，动态法的高压汽液平衡测定多采用等温法。总之，汽液平衡系统特点各异，而测定的方法亦丰富多彩。本实验采用的是常压下（等压）双循环法测定乙醇水的汽液平衡数据。三实验原理以循环法测定汽液平衡数据的平衡釜有多种
4、型式，但基本原理是一样的。如图 1 所示，当体系达到平衡时，A 和 B 两容器中组成不随时间而变化，这时从 A 和 B 两容器中取样分析，可以得到一组汽液平衡实验数据。根据相平衡原理，当汽液两相达到相平衡时，汽液两相温度压力相等，同时任一组分在各相中的逸度相等，即：（1）Livif)这里 Pyii0iiLi fxrf)对低压汽液平衡，其气相可以视为理想气体混合物，即 ，忽略压力对液体逸度的影响，即 ，从1vi) 0iiPf而得出低压下汽液平衡关系式：0iiPxry（2）式中 P体系压力（总压）-纯组分 i 在平衡 温度下的饱和蒸汽压（可用 Antoine 公式计算）0i-组分 i 在液相、汽相
5、中的摩尔分数。iyx,ri组分 i 的液相活度系数。Antoine 公式： tCBAPiii0lg这里的压力为 mmHg，温度为。由实验测得等压下体系的汽液平衡数据即温度、压力、液相组成、汽相组成（T、P、x、y） 。用公式（2）计算不同组成下的活度系数：0iiPxyr（2）这样得到的活度系数我们就称为实验的活度系数。四实验装置及仪器采用化工热力学研究室改进的 Rose 釜，该釜结构独特（如图 10 所示） ，汽液双循环，操作非常简便，平衡时间短，不会出现过冷过热现象，适用范围广。温度测定用 1/10的精密水银温度计。样品组成采用折光指数法分析。 图 10 改进的 ROSE 釜五数据处理实验测
6、得的活度系数需要选用一个数学模型关联之。在这里我们可先用Willson 方程关联计算。Willson 方程如下： )()ln(l 2121211 xxxr )()l(l 2121122式中， 称为 Willson 配偶参数：21, )(exp121RTgV)(exp1221RTgV上二式中， 、 称为二元交互作用能量参数。V 1、V 2 则是组1g12分 1、组分 2 的液体饱和体积，它是温度的函数。计算时，以mj yyF1 221)()(计实计实为目标函数（也可以选用别的目标函数） ，采用非线性最小二乘法，对 Willson配偶参数进行优化而得到 ， （并进一步还可以计算出 、21,12g）
7、 ，利用优化出来的 ，通过 Willson 方程计算 r1 计 ，r 2 计 ，并进一12g步计算 y1 计 ，y 2 计 。有能力使用上述方法的同学不妨用自己的实验数据拟合出Willson 配偶参数。如果有困难，可使用文献数据计算。本文附录有 、 的文献数据，可利用该数据计算 ，通12g12 21,过 Willson 方程计算 ri 计 ，y i 计 , 并与实验数据 ri 实 ，y i 实 比较。计算 时，V1, V2 可从附录数据内插求出。六实验步骤1用量筒量取 140150 毫升去离子水，3035 毫升无水乙醇，从加料口加入平衡釜内；2开冷却水（注意不要开得太大） ；3打开加热开关，调
8、节调压器使加热电压在 200V，待釜液沸腾 23 分钟左右后，慢慢地将电压降低至 90130V 左右（视 沸腾情况而定，以提升管内的汽泡能连续缓慢地上升为准，不可猛烈上冲，也不可断断续续） ；4从气压计上读出大气压数据记下；5调节阿贝折光仪的循环水温至 30；6观察平衡釜内汽液循环情况，注意平衡室温度变化情况，若温度已连续1520 分钟保持恒定不变，则可以认为已达平衡（为什么？）可以取样分析；7将一个取样瓶在天平上称重（记下重量 G1） ，然后往瓶内加入半瓶左右的去离子水（约 3 毫升）称重（记下重量 G2） ，该含水的取样瓶用于取汽相样品。另用一个空瓶（注意不要加水）取液相样品；8取样前记下
9、平衡温度，并用一烧杯分别从二个取样口放掉 12 毫升左右的液体.9用准备好的二个取样瓶同时取样，取样量约为容积的 4/5 左右。取好样后，立即盖上盖子。然后将汽相样品瓶在电光天平上称重（记下重量 G3） 。液相不必称重；10 取样后，再向釜内加入 1520 毫升的乙醇以改变釜内组成。11 将汽相样品瓶摇晃，使瓶内样品均匀，然后将二个样品在阿贝折光仪上测出折光指数，通过 标准曲线查出液相样品的摩尔组成 x，汽相稀释xnD30样品的组成 y；12 根据称出的重量（G 1，G 2，G 3）及汽相稀释样品的组成 y计算出汽相组成 y 实， 计算公式为.)(28)(18 133yy13 重复上述步骤 6
10、步骤 12，进行下一组数据的测定。要求每一小组测定45 组平衡数据。14 结束实验，整理好实验室。七、数据处理及实验1实验数据都要及时如实地记录在实验数据记录表内表 1 实验条件记录大气压力/kPa 系统压力/kPa 室温/ 加热电压/V102.80 102.80 258 92102.70 102.70 264 92102.80 102.80 260 92 表 2 实验数据记录气 相 液 相序号 平衡温度G1 G2 G330Dn130Dnx11 88.6 12.086 18.156 23.063 1.339 0.046 0.113 1.3378 0.0382 88.2 12.123 18.58
11、8 22.671 1.3451 0.088 0.290 1.337 0.0333 86.8 12.181 18.835 22.496 1.3395 0.049 0.160 1.338 0.039G1瓶重，G 2（瓶+水）重；G 3（瓶+ 水+样品）重。计算过程示例：)(28)(18 133yy计算示例：以 T=（273.15+88.6）=361.75K 为例，组分 1 为乙醇，组分 2 为水。查附录知： molJg/54.93212 molJg/6.48912使用内插法可知：V1=61.97+(88.6-80)/(90-80)*(63.01-61.97)=62.8644ml/molV2=18.
12、52+(88.6-80)/(90-80)*(18.65-18.52)=18.6318ml/mol有： =0.21737)(exp1212RTgV 75.3614892exp64.318=0.83534)(1221又 =0.046，所以 =1- =0.9541x2x1有： )()ln(l 212121 xxr )954.068354.0 954.02173046.(952173ln( =1.388即： （计算）=4.0071r又系统压力为：P=102.80KPa=102.80/101.325*760mmHg=771.063mmHg=8.1122-1592.864/(226.184+88.6) =
13、3.052tCBAP101lg=1173.8mmHg01所以 （计算）=3.052*0.046*1173.8/771.063=0.2137y又 （实验）=0.1131所以 =771.063*0.2137/(0.046*1173.8) =3.051701(Pxyr实 验 ）同理，可以得到 的计算值和实验值。2r用同样方法可得如下数据表：T/K 88.6 88.2 86.8/ml/mol1V62.8644 62.8132 62.5316/ml/mol218.6318 18.6024 18.590210.21737 0.2174 0.217420.83534 0.8320 0.82451x0.046
14、 0.088 0.049/mmHg0P1181.34 1089.42 1006.52/mmHg2519.2921 477.1953 439.7206（计算）1r4.007 3.921 3.657（实验）1r3.0517 3.024 3.003（计算）y0.2137 0.2305 0.2702(实验)10.113 0.132 0.145（计算）2r1.009 1.014 1.021（实验） 3.062 3.083 3.4313将所测数据及计算数据在 x-y 图、T-x-y 图上画出（请复习热力学中有关相图的知识） 。(1) x-y 图( 两图分别为所测数据和计算数据的 图)1yx图 1 实验数据
15、与计算数据的 图比较1yx图 2 乙醇水标准 图1yx图 3 乙醇与水 Txy 图标准曲线0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.900.10.20.30.40.50.60.70.80.9-yx0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 17580859095100x yt-t-xt-y图 4 计算数据与实验数据 Txy 图比较(从上依次为;T-y 计算；T-y 实验；T-x)总结：通过以上数据表计较可知，实验所测数据图与计算数据差别很大，但总体趋势相似。对实验数据所作的 y-x 图和标准的图做比较可以发现，Wilson 理论计算出来的结果和实验曲线接近度较高，而实验测量出来的数据则存在很大的误差；尤其是 88.2C 的点存在很大的误差，该点气相组成 y 值严重偏小，导致图 3 中曲线向内偏，可能的原因是做实验时在稀释气相组成时称量或者使用阿贝折光仪时由于乙醇的挥发导致的误差，也可能是因为排除非循环部分时排出的气相物过多导致组成严重失衡。4讨论：你是怎样判断汽液二相平衡的？为什么？答：根据相律，在压力恒定的情况下，有 F=C-P+1，其中 C=2，
