二元系统气液平衡数据测定

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1、一、实验目的1、了解和掌握用双循环气液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。2、了解缔合系统气液平衡数据的关联方法，从实验测得的 T-p-x-y 数据计算各组分的活度系数。3、通过实验了解平衡釜的构造，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。4、掌握二元系统气液平衡相图的绘制。二、实验原理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，这时从和两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。当达到平衡时，除两相的温度和压力分别相等外，每一组分化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为： ViLif（1）isiixpy常压下，气相可视为理

2、想气体， ；再忽略压力对流体逸度的影响，vi从而得出低压下气液平衡关系式为：siipfpyi=i （2）spix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；sixi、y i 分别为组分 i 在液相和气相中的摩尔分率；i组分 i 的活度系数由实验测得等压下气液平衡数据，则可用 （ 3）siipxy计算出不同组成下的活度系数。 本实验中活度系数和组成关系采用 Wilson 方程关联。Wilson 方程为：ln1=ln(x 1+12x2)+x2( ) （4）21x12xln1=ln(x 2+21x1)+x1( ) （5）1221Wilson 方程

3、二元配偶函数 12 和 21 采用高斯牛顿法，由二元气液平衡数据回归得到。目标函数选为气相组成误差的平方和，即= （6）F2211(jmj jyy） 计实计实 三、实验装置与流程示意图1平衡釜一台（平衡釜的选择原则：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、液相输送不返混及不易爆沸等。本实验用双循环的小型平衡釜，其结构如图 2 所示）2阿贝折射仪一台3. 超级恒温槽一台450-100 十分之一的标准温度计一支、0-50 十分之一标准温度计一支5所用试剂（无水甲醇、异丙醇）为分析纯试剂6. 1ml 注射器、5ml 注射器三支四、实验步骤1、测十组二元系统气液平衡标准数据。2、

4、测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中，并将其露出部分中间固定一支温度计，对温度进行校正。3、查整个系统的气密性，以保证实验装置具有良好的气密性，用与系统相连的100 毫升针筒与系统相连，并使系统与大气隔绝，针筒缓缓抽出一点压力，硅油 U 型管中的两个液注差不变时（说明系统是密闭的） ，然后再通大气。4、平衡釜内加入一定浓度的无水甲醇-异丙醇混合溶液约 20-30ml，打开冷却水，安放好加热器，接通电源。开始时缓慢加热，冷凝回流液控制在每秒 2 3 滴。稳定地回流约 15 分钟，以建立平衡状态。5、达平衡后，需要记录下温度计的读数，并用微量注射器分别取气相样品 2 毫升，测定其折射率，对照

5、标准曲线得出汽相组成。6、从釜中取出 2 毫升混合液，然后依次加入同量的一种纯物质 2ml，重新建立平衡，实验重复 5 次。7、实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。五、实验注意事项1、在注射纯物质时要缓慢注入以免溅出，不能用水洗涤仪器2、在温度维持恒定时要再加热 5 分钟保证确实达到平衡六、实验数据1、原始数据2、数据处理表 1：二元系统气液平衡标准数据异丙醇摩尔分率 甲醇摩尔分率 折光率0 1 1.33300.1 0.9 1.33510.2 0.8 1.33720.3 0.7 1.33950.4 0.6 1.34200.5 0.5 1.34710.6 0.4 1.35150.7 0.3

6、1.35430.8 0.2 1.35690.9 0.1 1.35921 0 1.3618由表一的数据做出如下直线图 1 甲醇的组成折光率标准图表 2：实验测定混合液两相平衡数据及根据上图的数据查得如下表格温度/ 气相折 射率 气相甲醇的摩尔分率 y1气相异丙醇的摩尔分率y2液相折射率液相甲醇的摩尔分率 x1液相异丙醇的摩尔分率x268.5 1.3442 0.5891 0.4109 1.3502 0.3936 0.606468.4 1.3419 0.6613 0.3387 1.3465 0.5133 0.486768.1 1.3398 0.7282 0.2718 1.3445 0.5810 0.

7、419067.8 1.3387 0.7753 0.2247 1.3429 0.6384 0.361667.5 1.3381 0.7841 0.2153 1.3405 0.7034 0.29660.0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.31.31.321.31.341.351.361.371.381.391.40分分分分查表得表 3 如下：组分 A B C无水甲醇 7.20587 1582.271 239.726异丙醇 6.86634 1360.183 197.593根据安托尼(Antoine)公式， lg(Ps/Kpa)=A-B/(C + t/)，求得各温度下饱和蒸汽

8、压如下表：表 4 各温度下组分的饱和蒸汽压温度/ 甲醇的饱和蒸汽压 PS/Kpa 异丙醇的饱和蒸汽 PS/Kpa68.5 118.14 56.8468.4 117.69 56.5968.1 116.34 55.8467.8 115.00 55.1067.5 113.68 54.374、计算不同组成下的活度假设两个配偶系数分别为 12=0， 21=1，由式(4) 和(5) 求得 ln 1 和 ln 2，再根据 可求得 yi。标准大气压 101kpa。siipx所得数据如下表：表 5 各组分气相摩尔分率的计算值 温度 1 2 气相甲醇计算值 y1 气相异丙醇计算值 y268.5 1.3854 0.

9、3936 0.6378 0.134368.4 1.1975 0.5133 0.7163 0.140068.1 1.1320 0.5810 0.7576 0.134667.8 1.0911 0.6384 0.7931 0.125967.5 1.0568 0.7034 0.8367 0.1123=0.49732j j11(y)ymjF2计 计实 实 （ -）67.0 67.5 68.0 68.5 69.00.50.60.70.80.9y1tC图 2 实验值和计算值的温度-组成图 (t-x-y)七、实验分析与讨论1、结果讨论本实验测定第一个实验点时，由所测定的标准曲线上对应的折光率读出，我们的试样液中甲醇异丙醇过量，所以，决定继续滴加试样液为甲醇。实验在一定误差范围以内可以认为是成功的。实验过程中若发现温度不再发生变化可判定已经达到气液平衡由实验所作实验值计算值可知：本实验结果误差较大。2、误差分析操作误差：实验注射样品液时，注射速度控制不当，且注射时有液体喷出，2ml 的液量本就是估读的，本实验根据温度的稳定来判定实验达到平衡，而这个温度是由我们估计的如此误差较大。读数误差：本实验温度读数时存在误差；折光率读数时存在误差；读数时由于液体的挥发；平衡时间的判定；仪器本身的误差；实验所给的溶液的纯度等。