1.汽液平衡数据测定

实验1 二元体系汽液平衡数据测定

一. 实验目的

1.了解二元体系汽液相平衡数据的测定方法，掌握改进的Rose 平衡釜的使用方法，测定大气压力下乙醇（1）--环己烷（2）体系i i y x P T ---数据。

2.确定液相组分的活度系数与组成关系式中的参数，推算体系恒沸点，计算出不同液相组成下二个组分的活度系数，并进行热力学一致性检验。

3.掌握恒温浴使用方法和用阿贝折光仪分析组成的方法。

二．实验原理

汽液平衡数据实验测定是在一定温度压力下，在已建立汽液相平衡的体系中,分别取出汽相和液相样品,测定其浓度。本实验采用的是广泛使用的循环法，平衡装置利用改进的Rose 釜。所测定的体系为乙醇（1）—环己烷（2）,样品分析采用折光法。

汽液平衡数据包括i i y x P T ---。对部分理想体系达到汽液平衡时，有以下关系式：

s i i i i P x P y γ= （2-1-1）

将实验测得的i i y x P T ---数据代入上式，计算出实测的i x 与i γ数据，利用i x 与i γ关系式（van Laar 方程或Wilson 方程等）关联，确定方程中参数。根据所得的参数可计算不同浓度下的汽液平衡数据、推算共沸点及进行热力学一致性检验。

三. 实验装置和试剂

实验装置见图 2-1–1，其主体为改进的Rose 平衡釜-一汽液双循环式平衡釜（见图 2-1-2）。

改进的Rose 平衡釜汽液分离部分配有50—100℃精密温度计或热电偶（配XMT —3000数显仪）测量平衡温度，沸腾器的蛇型玻璃管内插有300Ｗ电热丝，加热混合液，其加热量由可调变压器控制。

分析仪器：恒温水浴—阿贝折光仪系统,配有CS-501型超级恒温浴和四位数字折光仪。 实验试剂: 无水乙醇（分析纯）, 环己烷（分析纯）

四.实验步骤和分析方法

1．制作乙醇（1）-- 环己烷（2）溶液折光系数与组成关系工作曲线（可由教师预先准备）：

（1）配制不同浓度的乙醇(1)—环己烷(2)溶液(摩尔浓度1x 为0.1,0.2,0.3,……0.9)； （2）测量不同浓度的乙醇(1)—环己烷(2)溶液在30℃下的折光系数，得到一系列D n x -1数据；

图2-1-2 改进的Rose 釜结构图

图 2-1–1 VLE 实验装置 1-排液口 2-沸腾器 3-内加热器 4-液相取样口

5-汽室 6-汽液提升管 7-汽液分离器 8-温度

计套管9-汽相冷凝管 10-汽相取样口 11-混合器

（3）将D n x -1数据关联回归，得到如下方程：

0.051305

)]n - (1.42130.10261 [0.0014705 0.74744- x 5

.0D 1⨯++= （2-1-2）

2．开恒温浴--折光仪系统，调节水温到30±0.1℃。（折光仪的原理及使用方法见附录） 3．接通平衡釜冷凝器冷却水，关闭平衡釜下部考克。向釜中加入乙醇—环己烷溶液（加到釜的刻度线，液相口能取到样品）。

4．接通电源,调节加热电压，注意釜内状态。当釜内液体沸腾，并稳定以后，调节加热电压使冷凝管末端流下的冷凝液为80滴/分左右。

5．当沸腾温度稳定，冷凝液流量稳定（80滴/分左右），并保持30分钟以后，认为汽液平衡已经建立。此时沸腾温度为汽液平衡温度。由于测定时平衡釜直接通大气，平衡压力为实

验时的大气压。用福廷式水银压力计，读取大气压（见附录）。

6．同时从汽相口和液相口取汽液二相样品，取样前应先放掉少量残留在取样考克中的试剂，取样后要盖紧瓶盖，防止样品挥发。

7．测量样品的折光系数，每个样品测量二次，每次读数二次，四个数据的平均偏差应小于0.0002，按四数据的平均值，根据式（2-1-2），计算汽相或液相样品的组成。

8．改变釜中溶液组成(添加纯乙醇或纯环己烷)，重复步骤4—8，进行第二组数据测定。五．实验数据记录

1．平衡釜操作记录

表2-1-1 改进的Rose釜操作记录

日期室温℃大气压 mmHg

2. 折光系数测定及平衡数据计算结果

表2-1-2 折光系数n D测定结果和汽液相平衡组成计算结果

测量温度30.0℃

六．实验数据处理

1． 平衡温度和平衡压力的校正（参见附录）

2． 由所测的折光系数计算平衡液相和汽相的组成，并与附录文献数据比较，计算平衡温 度实验值与文献值的偏差和汽相组成实验值与文献值的偏差。 3．计算活度系数1γ,2γ

运用部分理想体系汽液平衡关系式（2-1-1）可得到,

s P x P y 1111=

γ和s

P x P

y 2

222=γ 式中：s P 1 和s

P 2，由Antoine 方程计算，其形式：

226.184 T 1592.864

-

8.1120 P lg s 1+= (2-1-3)

223.136

T 1206.470

-6.85146 P lg s 2+= (2-1-4)

s P 1和s P 2---mmHg, T---℃。

4.由得到的活度系数1γ和2γ，计算van Laar 方程或Wilson 方程中参数 (参考文献1)。 van Laar 方程参数，按式（2-1-5）和式（2-1-6）。

2

1

122112)ln ln 1(ln γγγx x A +

= （2-1-5）

2

2

211221)ln ln 1(ln γγγx x A +

= （2-1-6）

5．用van Laar 方程或Wilson 方程，计算一系列的211γγ,x -数据，计算11x ln -γ、12ln x -γ和121x ln

-γγ数据，绘出12

1x ln -γγ

曲线，用Gibbs —Duhem 方程对所得数据进行热力学一致性检验。其中van Laar 方程形式如下：

2221112121)1(ln x A x A A +=

γ， 2

1

12221212)1(ln x A x A A +=γ（选做）

6． 计算0.1013MPa 压力下的恒沸数据,或35℃下恒沸数据,并与文献值比较（选做）。 7． 计算示例

某次实验记录列于表2-1-3和表2-1-4。

表2-1-3 改进的Rose 釜操作记录