二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定

1、號(hào)次3強(qiáng)號(hào)吃化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：二元系統(tǒng)氣液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定學(xué)院：化學(xué)工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：化工 092092 班姓名：蘆亞婷學(xué)號(hào) 0940201020609402010206指導(dǎo)教師：王劍鋒日期：20122012 年 5 5 月 1414 日、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,了解和掌握用雙循環(huán)汽液平衡器測(cè)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)汽一液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法，從實(shí)驗(yàn)測(cè)得的T-p-x-y數(shù)據(jù)計(jì)算各組分的活度系數(shù)。3,通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解平衡釜的構(gòu)造，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)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(shí)驗(yàn)原理以循環(huán)法測(cè)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。當(dāng)

2、體系達(dá)到平衡時(shí)，兩個(gè)容器的組成不隨時(shí)間變化，這時(shí)從A和B兩容器中取樣分析，即可得到一組平衡數(shù)據(jù)。蒸氣循環(huán)線JCI加熱液體液體循環(huán)線當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)， 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：fiL=fiVpyi 二 ifi0 x常壓下，氣相可視為理想氣體，再忽略壓力對(duì)流體逸度的影響，fi=p0從而得出低壓下氣液平衡關(guān)系式為：-0pyi=YPiXi(2)式中，p體系壓力(總壓)；Pi0一純組分i在平衡溫度下的飽和蒸汽壓，可用Antoine公式計(jì)算；Xi、yi一分別為組分i在液相和氣相中的摩爾分率；組分i的活度系數(shù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用蒸氣

3、冷凝器凝液PYi0XiPi計(jì)算出不同組成下的活度系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)中活度系數(shù)和組成關(guān)系采用Wilson方程關(guān)聯(lián)。Wilson方程為：21ln?=ln(X2+&1X1)+X1(X2.上 21X1Wilson方程二元配偶函數(shù)人2和仆采用非線性最小二乘法，由二元?dú)庖浩胶鈹?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m22F=(y實(shí)y1計(jì))j 十山實(shí)y2計(jì))jj1三、主要儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1 .平衡釜一臺(tái)2 .阿貝折射儀一臺(tái)3 .超級(jí)恒溫槽一臺(tái)4 .50-100十分之一的標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)一支5 .所用試劑（無(wú)水甲醇、異丙醇）為分析純?cè)噭﹍n節(jié)=ln(xi+A2X2)+X2(-1221)X2-2l

4、Xi-12)X1.上 12X2(6)6 .1ML注射器十支、5ML注射器三支。圖 2小氣液平衡釜示意圖1磨口；2氣相取樣口；3氣相貯液槽；4連通管；5緩沖球；6回流管；7平衡室；8鐘罩；9溫度計(jì)套管；10液相取樣口；11液相貯液槽；12提升管;13沸騰室；14加熱套管；15真空夾套；16加料液面四、實(shí)驗(yàn)步驟1、測(cè)11組二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)室大氣壓值取101.325kPa2、平衡釜內(nèi)加入一定濃度的甲醇-異丙醇溶液，并沒(méi)過(guò)注射器針頭。打開(kāi)冷卻水，接通電源。開(kāi)始時(shí)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

5、態(tài)。3、到平衡后，記錄溫度計(jì)的讀數(shù)，用微量注射器分別取兩相樣品，用阿貝折射儀測(cè)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(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布不均，重復(fù)實(shí)驗(yàn)5次。5、實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)掉電源和水源，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理甲醇的體積分?jǐn)?shù)甲醇的摩爾分?jǐn)?shù)折射率1001001.32729094.45231.33108088.32711.33697081.52941.34406073.94191.35005065.41851.35354055.77461.35693044.77391.36102032.10811.3671

6、1017.36841.3712001.3761表1(1)數(shù)據(jù)處理甲醇密度0.792g/ml異丙醇密度尸0.785g/ml甲醇摩爾質(zhì)量=32g/mol異丙醇摩爾質(zhì)量=60g/mol二元系統(tǒng)氣液平衡標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)y=1.380970.000483x100甲醇摩爾分?jǐn)?shù)/%表2實(shí)驗(yàn)測(cè)定混合液兩相平衡數(shù)據(jù)組號(hào)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169.91.344111.35140.76400.61201270.31.34461.35280.75260.58261370.61.34501.35480.74540.5419471.51.350811.35510.62650.535615

7、72.61.35121.35900.61510.4541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尸A-B/(C+t/C),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-S溫度/C甲醇的飽和蒸汽壓PS/kPaS異內(nèi)醇的飽和蒸汽PS/kPa69.9126.5360.4570.3128.4361.5270.6129.8662.3371.5134.1564.8172.6139.3967.96計(jì)算不同組成下的活度已知兩個(gè)配偶系數(shù)分別為A12

8、=0,及1=1,由式(4)和(5)求得lnY和ln?,再根據(jù)二里IsXiPi可求得yio所得數(shù)據(jù)如下表：表5各組分氣相摩爾分?jǐn)?shù)的計(jì)算值溫度/C1罩氣相甲醇計(jì)算值y1氣相異丙醇計(jì)算值y269.91.10851.84410.84720.426970.31.13071.79070.83500.453870.61.16721.71930.81060.484571.51.17351.70850.83210.507572.61.27581.57480.79700.5765mF=(y實(shí)一必計(jì))2+(丫2實(shí) f 計(jì))2=(0.7640.84722+(0.2360.4269?+(0.7526-0.835)2j1

9、(0.2474-0.4538I2(0.7454-0.8102(0.2546-0.4846)2(0.6265-0.83212_222(0.3735-0.5075)2(0.6151-0.797)2(0.3849-0.5765)2=0.27988(2)氣相組成實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值的比較0.50-025-0.2&二(024-,0.22-1.( (A9.570070.5(3)溫度組成圖t-x-y(甲醇)-實(shí)驗(yàn)值計(jì)算值T/r71.071.S720725?3.0T/r六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1 .影響氣液平衡測(cè)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(shí)間的判定誤差；4）實(shí)驗(yàn)器材的氣密性；5）取樣時(shí)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(shí)有效值的取值存在誤差；3）用針筒取液體時(shí)存在主觀誤差；4）實(shí)驗(yàn)所給的溶液的純度存在誤差。七、思考題1、實(shí)驗(yàn)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(shí)，回流滴下來(lái)的液體速率平