二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測定

1、化 工 專 業(yè) 實 驗實 驗 名 稱： 二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測定 學(xué) 院： 化學(xué)工程學(xué)院 專 業(yè)： 化學(xué)工程與工藝 班 級： 化工092班 姓 名： 蘆亞婷 學(xué) 號 09402010206 指 導(dǎo) 教 師： 王劍鋒 日 期： 2012年5月14日 一、實驗?zāi)康?. 了解和掌握用雙循環(huán)汽液平衡器測定二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)的方法。2. 了解締合系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法，從實驗測得的T-p-x-y數(shù)據(jù)計算各組分的活度系數(shù)。3. 通過實驗了解平衡釜的構(gòu)造，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測定方法和技能。4. 掌握二元系統(tǒng)氣液平衡相圖的繪制。二、實驗原理以循環(huán)法測定氣液平衡數(shù)據(jù)的平衡雖多，但基本原理相同，如圖1所示。

2、當(dāng)體系達(dá)到平衡時，兩個容器的組成不隨時間變化，這時從A和B兩容器中取樣分析，即可得到一組平衡數(shù)據(jù)。圖1 平衡法測定氣液平衡原理圖當(dāng)達(dá)到平衡時，除了兩相的溫度和壓力分別相等外，每一組分化學(xué)位也相等，即逸度相等，其熱力學(xué)基本關(guān)系為： (1) 常壓下，氣相可視為理想氣體，再忽略壓力對流體逸度的影響， 從而得出低壓下氣液平衡關(guān)系式為： pyi=i (2)式中，p體系壓力（總壓）； 純組分i在平衡溫度下的飽和蒸汽壓，可用Antoine公式計算； xi、yi分別為組分i在液相和氣相中的摩爾分率； i組分i的活度系數(shù)由實驗測得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用 (3)計算出不同組成下的活度系數(shù)。 本實驗中活度系數(shù)和

3、組成關(guān)系采用Wilson方程關(guān)聯(lián)。Wilson方程為： ln1=ln(x1+12x2)+x2() (4) ln2=ln(x2+21x1)+x1() (5)Wilson方程二元配偶函數(shù)12和21采用非線性最小二乘法，由二元氣液平衡數(shù)據(jù)回歸得到。目標(biāo)函數(shù)選為氣相組成誤差的平方和，即= (6)三、主要儀器設(shè)備與實驗裝置流程圖1. 平衡釜一臺2. 阿貝折射儀一臺3. 超級恒溫槽一臺4. 50-100十分之一的標(biāo)準(zhǔn)溫度計一支5. 所用試劑（無水甲醇、異丙醇）為分析純試劑。6. 1ML注射器十支、5ML注射器三支。四、實驗步驟1、測11組二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。實驗室大氣壓值取101

4、.325kPa。2、平衡釜內(nèi)加入一定濃度的甲醇異丙醇溶液，并沒過注射器針頭。打開冷卻水，接通電源。開始時加熱電流給到0.2A，五分鐘后給到0.24A，以平衡釜內(nèi)液體沸騰，冷凝回流液控制在每秒12滴。穩(wěn)定回流約15min，以建立平衡狀態(tài)。3、到平衡后，記錄溫度計的讀數(shù)，用微量注射器分別取兩相樣品，用阿貝折射儀測定其折射率。4、注射器從釜中取出2ml混合溶液，然后加入等量的一種純物質(zhì)，重新加熱建立平衡。加入哪種物料，視上一次平衡組成而定，以免各實驗點分布不均，重復(fù)實驗5次。5、實驗完畢，關(guān)掉電源和水源，處理實驗數(shù)據(jù)。五、實驗數(shù)據(jù)處理(1) 數(shù)據(jù)處理甲醇密度= 0.792g/ml 甲醇摩爾質(zhì)量= 3

5、2g/mol異丙醇密度= 0.785g/ml 異丙醇摩爾質(zhì)量= 60g/mol表1 二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)甲醇的體積分?jǐn)?shù)%甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)%折射率1001001.32729094.45231.33108088.32711.33697081.52941.34406073.94191.35005065.41851.35354055.77461.35693044.77391.36102032.10811.36711017.36841.3712001.3761表2 實驗測定混合液兩相平衡數(shù)據(jù)組號平衡溫度折射率甲醇?xì)庀嗄柗謹(jǐn)?shù)y1甲醇液相摩爾分?jǐn)?shù)x1氣相液相169.91.34411.35140.7640

6、0.6120270.31.34461.35280.75260.5826370.61.34501.35480.74540.5419471.51.35081.35510.62650.5356572.61.35121.35900.61510.4541查資料得，列表如下：表3組分ABC異丙醇6.866341360.183197.593根據(jù)安托尼(Antoine)公式，lg(Ps/kPa)=A-B/(C + t/)，求得異丙醇在各溫度下飽和蒸汽壓。甲醇的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)由已知數(shù)據(jù)用內(nèi)插法求得。列表如下：表4 各溫度下組分的飽和蒸汽壓溫度/甲醇的飽和蒸汽壓PS/kPa異丙醇的飽和蒸汽PS/kPa69.912

7、6.5360.4570.3128.4361.5270.6129.8662.3371.5134.1564.8172.6139.3967.96計算不同組成下的活度:已知兩個配偶系數(shù)分別為12=0，21=1，由式(4)和(5)求得ln1和ln2，再根據(jù)可求得yi。所得數(shù)據(jù)如下表：表5 各組分氣相摩爾分?jǐn)?shù)的計算值溫度/12氣相甲醇計算值y1氣相異丙醇計算值y269.91.10851.84410.84720.426970.31.13071.79070.83500.453870.61.16721.71930.81060.484571.51.17351.70850.83210.507572.61.27581.57480.79700.5765(2) 氣相組成實驗值與計算值的比較(3) 溫度組成圖t-x-y（甲醇）六、實驗結(jié)果與討論1. 影響氣液平衡測定準(zhǔn)確度的因素：答：1) 阿貝折射儀的儀器誤差；2) 阿貝折射儀的讀數(shù)誤差；3) 氣液平衡時間的判定誤差；4) 實驗器材的氣密性；5) 取樣時存在的誤差等。2. 誤差產(chǎn)生的原因：答：1) 儀器本身存在的誤差；2) 數(shù)據(jù)處理時有效值的取值存在誤差；3) 用針筒取液體時存在主觀誤差；4) 實驗所給的溶液的純度存在誤差。七、思考題1、實驗中怎樣判斷氣液兩相已達(dá)到平衡？答：氣液兩相達(dá)平衡時，回流滴下來的液體速率平穩(wěn)，大約在每秒1-2滴，且在一段時間內(nèi)溫度維持