二元系统气液平衡数据测定

序号：40化工原理实验报告实验名称：二元系统气液平衡数据测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工095班姓名：何小龙学号0940201051同组者姓名：杨飞黄云张阳指导教师：周国权日期：2012年3月29日一、实验目的1．了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统汽液平衡数据的方法。2．了解缔合系统汽液平衡数据的关联方法，从实验测得的T-p-x-y数据计算个组分的活度系数。3．通过实验了解平衡釜的构造，掌握汽液平衡数据的测定方法和技能。4．掌握二元系统平衡相图的绘制。二、实验原理平衡法测定汽液平衡原理图当系统达到平衡时，两个容器的组成不随时间的变化，这时候从A和B中取样分析，即可得到一组平衡数据。达到平衡时，两相除了温度压力相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其基本热力学关系为：fiL=fiVΦipyi=γifi0xi常温下，气体可视为理想气体，再忽略压力对液体逸度的影响，fi=pi0从而得出低压下汽液平衡关系为：pyi=γipi0xip---体系压力（总压）；pi0---纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压；xi，yi---分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；γi---组分i的活度系数由实验测得等压下的平衡数据，可用：γi=pyi/pi0xi由此计算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lnγ1=-ln(x1+λ12x2)+x2[(λ12/x1+λ12x2)–(λ21/x2+λ21x1)]lnγ2=-ln(x2+λ21x1)+x1[(λ21/x2+λ21x1)–(λ12/x1+λ12x2)]Wilson方程二元配偶参数λ12和λ21采用非线形最小二乘法，由二元汽液平衡数据回归而得。目标函数选为气相组成误差的平方和，即：F=Σj=1m(y1实-y1计)2j+(y2实-y2计)2j三、实验装置与试剂1.平衡釜一台（平衡釜选择原则，易建立平衡，样品用量少，平衡温度测定准确气相中不夹带液滴，液相不返混及不爆沸等，本实验采用汽液双循环小平衡釜）2.阿贝折射仪一台3.温度计4.1ml及5ml的注射器若干5.试剂：无水甲醇，异丙醇（试剂均为优级品）12345678910111213141516图2－小气液平衡釜示意图1－磨口；2－气相取样口；3－气相贮液槽；4－连通管；5－缓冲球；6－回流管；7－平衡室；8－钟罩；9－温度计套管；10－液相取样口；11－液相贮液槽；12－提升管；13－沸腾室；14－加热套管；15－真空夹套；16－加料液面四、实验步骤及注意事项1.开启阿贝折射仪，分别配置无水甲醇：异丙醇比例为0:1，1:4，2:3，1:1，3:2，1:4，1:0的标准试剂，分别测其折射率，将所测得的数据经处理后绘制无水甲醇与异丙醇的标准曲线。2.温度计置于测温套管。3.检查装置的气密性，以保证实验装置的良好气密性（实验用试剂为有机试剂，存在一定的毒性，所以气密性检查十分重要）。4.平衡釜内加入一定浓度的无水甲醇---异丙醇的混合溶液约20~30ml以漫过注射针头为准（防止气体通过针头溢出）打开冷却水，接通加热电源，先开始时加热电流为0.1A，5min后给到0.2A，再等5min后慢慢调到0.25A左右即可，以平衡釜内液体能沸腾为准。冷凝回流控制在每秒2~3滴，稳定回流15分钟左右，以建立平衡状态。5.到达平衡后，记录下温度计的读数，并用微量注射器取回流样品2ml左右，用阿贝折射仪测定其折射率，并根据第一步所得的曲线，确定样品内的组成。6.再往平衡釜中加入上部所测得的其中组分含量较少的纯物质5ml，重新加热并建立平衡，建立平衡后，再记录平衡温度，测其回流样品的折射率，得到其组成。7.重复步骤6的实验，总共5组实验。8.实验完毕，关闭仪表电源和水源，处理实验数据。9.实验注意事项：1.实验中尽量避免与试剂的直接接触，有机化学试剂存在一定的毒性。2.阿贝折射仪的使用要做到细致，并且最好始终一个人员操作，以防止偶然误差的产生，并且折射率一般读数至少两次，以确保准确性。五、原始实验数据（附页）六、数据处理无水甲醇：分子量：32.04密度：0.791~0.793异丙醇：分子量：60.10密度：0.784~0.786表1无水甲醇-异丙醇折射率无水甲醇/%异丙醇/%折光率10001.3289090101.332080201.334970301.347460401.349250501.353040601.356930701.362120801.365210901.370701001.3760表2实验测定混合液两相平衡数据次数温度/℃气相异丙醇折射率170.01.3497271.11.3519369.81.3477471.51.3413571.41.3455由表1的数据做出如下曲线：异丙醇含量—折射率Y=4.58429×10-4X+1.33524求组分的摩尔分率及对应温度下的饱和蒸汽压根据表2的数据，再查上图得数据如下表：表3对应温度下的折射率与组成实际值温度t/℃异丙醇气相折射率异丙醇气相组成y1异丙醇液相组成x170.01.34970.60770.392371.11.35190.53360.466469.81.34770.45070.549371.51.34130.38960.610471.41.34550.32420.6759查表得：组分ABC无水甲醇7.205871582.271239.726异丙醇6.866341360.183197.593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压，如下表：表4对应温度下的饱和蒸汽压温度/℃甲醇的饱和蒸汽压PS/Kpa异丙醇的饱和蒸汽PS/Kpa70.0149.7074.6271.1142.1470.3269.8136.9467.3771.6133.9065.6671.4132.9065.09计算不同组成下的活度假设两个配偶系数分别为λ12=1，λ21=2,且x2=1-x1由lnγ1=-ln(x1+λ12x2)+x2[(λ12/(x1+λ12x2)–λ21/(x2+λ21x1)]lnγ2=-ln(x2+λ21x1)+x1[(λ21/(x2+λ21x1)–λ12/(x1+λ12x2)]得lnγ1和lnγ2，再根据siiiipxpy，p=100kpa,Pis见表2,可求得yi。所得数据如下表：表5各组分气相摩尔分率的计算值温度℃γ1气相异丙醇组成计算值70.00.90870.412171.10.86770.325669.80.81220.246671.60.76480.195671.40.70820.1493由异丙醇组成实验值和上表求出的异丙醇组成的计算值作温度t-x-y图F=2221211((jmjjyyyy））计实计实=（0.6077-0.4121）2+（0.5336-0.3256）2+（0.4507-0.2466）2+（0.3896-0.1956）2+（0.3242-0.1493）2=0.1914七、实验分析与思考题解答1、实验中怎样判断汽液中两相已达到平衡？答：如果回流液的回流速度保持基本不变15min左右，速度大约在每秒2-3滴，且一段时间内温度维持不变，基本可以判定汽液两相已经到达平衡。2、影响汽液平衡测定准确度的因素有哪些？答：加热速度的快慢，标准线绘制时所配标准溶液的精准度，温度计灵敏度，阿贝折射仪的使用是否规范等。3、为什么要确定模型参数，对实际工作有何作用？答：用于研究生产可能性，在实际操作过程中，有时可以根据实验所得等比放大进行生产。由实验中可知，在相同的温度下，无水甲醇和异丙醇的实验值均比计算值要高，由实验做出的曲线可知该实验存在较大的误差。