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1、实验三二元气液平衡数据的测定一、实验目的1测定甲醇乙醇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掌握气相色谱仪的操作。4.应用Wilson方程关联实验数据。二、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，必须由实
2、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，釜内液体和气体分
3、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。当达到平衡时，两相的压力、温度、化学位、逸度相等，其热力学基本关系为：1)2)PyPsxiiii常压下，气相可视为理想气体，i=1；忽略压力对液体逸度的影响，i=i0从而得出低压下气液平衡关系式为：PyPxiiii式中体系压力（总压）；si、i纯组分i在平衡温度下饱和蒸气压，可用安托尼（Antoine）公式计算;i分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；i组分i的
4、活度系数。由实验测得等压下气液平衡数据，则可用pyi-(4)iPsxii计算出不同组成下的活度系数。三、实验仪器及装置平衡釜一台。10mL注射器三支、1.0mL注射器十支、气相色谱仪一台。计算机数据采集和处理系统一台。12310L微量进样器两支。4图1气液平衡釜结构示意图1冷凝管2 气相贮液槽3 汽相取液口4缓冲球5提升管6回流管7加热棒8沸腾室9液相取液口10液相贮液槽11平衡室12钟罩13真空夹套14温度计套管（液相内循环，汽相外循环）四、实验步骤(1) 记录实验时的大气压值和室温。(2) 平衡釜中已加入甲醇-乙醇混合液约35mL,打开仪表电源开关，打开冷凝水阀门，调节平衡釜电流为0.1A
5、，至混合液中有气泡冒出,再调至0.20A。(3) 从出现冷凝回流液开始计时，每隔2min记录加热控制仪表温度示数，约稳定回流10min后温度不变达到平衡状态。(4) 用1.0mL小注射器分别取平衡气、液两相样品0.2mL，置于离心管中待分析。然后用10pL微量进样器取样0.2L,通过气相色谱仪测平衡的气、液相组成。(5) 加热电流调至0A,待混合液停止沸腾。(6) 用20mL大注射器从平衡釜中取出约10mL的混合液，然后加入约10mL的甲醇。(7) 重复(2)(6)操作步骤，再重新建立第25次平衡，共完成5组平衡数据点。(8) 实验完毕,关闭水源、电源。回收废旧试剂,实验物品放回原位。实验数据
6、交由指导教师签字。五、实验中注意事项(1) 加热电流不能太大，能保持待测液体沸腾即可，以气泡连续、均匀冒出为好，不要过于剧烈，也不要过于缓慢。(2) 实验过程中必须在冷凝管中通入冷却水，以使气相全部冷凝。样品要回流充分，控制气液平衡要严格，其重要标志是在该条件下沸点相对稳定。(3) 平衡后取气、液相样品不得用时过长，用气相色谱仪测样品组成时要迅速，以避免不同组分挥发速率不一，而影响待测样品组成。六、实验数据处理1.平衡状态气液相样品组成(气相色谱仪分析结果)(原始数据附在报告最后)表1实验条件记录表项目数值室温/c10大气压/kPa103.19设备号2实验人数3试剂名称无水甲醇无水乙醇生产厂家
7、生产批号纯度密度天津市康科德科技有限公司科安隆博华（天津）医药化学有限公司1301142017091499.9%99.7%0.791-0.7930.789-0.791g/cm3)表3色谱分析条件色谱条件分析条件色谱型号GC-9800载气H2色谱柱不锈钢填充柱色谱柱固定相GDX-104柱箱温度/C100汽化室温度/C80检测器温度/C100柱前压/MPa0.025进样量/L0.2桥电流/mA100摩尔相对校正因子f甲醇1.9051表4气液平衡取样色谱分析峰面积百分比A%组号液相气相甲醇A%乙醇A0%甲醇A%乙醇A0%1-118.7925881.2074228.7781971.221811-220
8、.2955379.7044727.8976772.102332-143.6956656.3043454.8300645.169942-244.6677755.3322355.8663144.133693-161.0864138.9135970.7524429.247563-261.3896738.6103370.4504529.549554-174.6656725.3343380.3871519.612854-274.1129125.8870980.6737319.326275-181.2312818.7687286.7043013.295705-281.2294118.7705986.959
9、9913.04001以第3次平衡状态的第一组数据3-1为例，列出计算过程如下气液相样品组成以甲醇的摩尔分数计A0+fA(5)甲醇在溶液中的摩尔分数；f甲醇的摩尔相对校正因子；A0气相色谱结果中乙醇的峰面积百分比，;A气相色谱结果中甲醇的峰面积百分比，。分别代入色谱结果气液相的数据得：平衡液相中甲醇的摩尔分数x=11.90511.0864138.91359+1.90511.08641平衡气相中甲醇的摩尔分数=1.9051R0.752441=29.24756+1.905170.75244平衡液相中乙醇的摩尔分数x2=1-0.7494=0.2506平衡气相中乙醇的摩尔分数y2=1-0.8217=0.
10、1783同理计算其他组数据得到结果列于下表5和表6表5平衡状态下气液两相中甲醇的摩尔分数组号液相摩尔分数x气相摩尔分数平均液相摩尔平均气相摩尔平衡温度y分数x分数yT/C1-10.30600.435011-20.32660.42430.31630.429675.82-10.59650.698122-20.60600.70690.60130.702572.53-10.74940.821733-20.75180.81960.75060.820670.44-10.84880.886544-20.84510.88830.84690.887468.95-10.89180.925555-20.89180.
11、92700.89180.926368.0表6平衡状态下气液两相中乙醇的摩尔分数组号液相摩尔分数x平均液相摩尔平均气相摩尔平衡温度气相摩尔分数y分数x分数yT/C1-10.69400.565011-20.67340.57570.68370.570475.82-10.40350.301922-20.39400.29310.39870.297572.53-10.25060.178333-20.24820.18040.24940.179470.44-10.15120.113544-20.15490.11170.15310.112668.95-10.10820.074555-20.10820.07300
12、.10820.0737682.纯组分饱和蒸汽压Pisi采用Antoine公式计算平衡温度下两纯组分的pis，Antoine公式为：lg(P/)ABi(6)kPaiC(T/K)iP.s物质i在温度T(K)下的饱和蒸气压，kPai表7纯物质安托尼常数表组分ABCT/K甲醇7.094981521.23-39.18338487乙醇7.302431630.868-43.569273352以第3组甲醇数据为例嫖绘)R.0949839.18說人.15)厲片同理计算其他组得到结果列于下表8：表10甲醇气相组成的实际值与计算值组号平衡温度T/C甲醇饱和蒸气压Ps/kPa乙醇饱和蒸气压P0s/kPa175.815
13、2.8191.62272.5135.2980.10370.4125.0373.43468.9118.1068.95568114.1066.383.气液平衡数据的关联低压下气液平衡关系式为：Y型-(7)ipsxii以第3组数据为例先计算该组成下两种物质的活度系数甲醇的活度系数Y监10319“82060.90231 psx125.030.750611乙醇的活度系数Y上N103.19“17941.01072 psx73.430.249422同理计算其他组数据得到结果列于下表9：表9不同组成下甲醇和乙醇的活度系数和平衡数据表组号甲醇活度乙醇活度甲醇液相乙醇液相甲醇气相乙醇气相平衡温度系数Y1系数Y2组成X组成x2组成y1组成y2T/C10.91730.93960.31630.68370.42960.570475.820.89120.96110.60130.3
