01气液平衡实验报告

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气液平衡数据的方法。

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 数据计算各组分的活度系数。

3、通过实验了解平衡釜的构造，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。

4、掌握二元系统气液平衡相图的绘制。

二、实验原理

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。

图1、平衡法测定气液平衡原理图

当达到平衡时，除了两相的温度和压力分别相等外，每一组分化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：

L i f =V i f （1）

0i i i i i py f x ϕγ=

常压下，气相可视为理想气体，再忽略压力对流体逸度的影响，0i i p f = 从而得出低压下气液平衡关系式为：

i py =0i i i r p x （2） 式中，p ——体系压力（总压）；

0i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算； i x 、i y ——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率； i γ——组分i 的活度系数

由实验测得等压下气液平衡数据，则可用

i y =

i

i i

py x p （3） 计算出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： ln γ1=－ln(x 1+Λ12x 2)+x 2(

212112x x Λ+Λ －121221

x x Λ+Λ) （4）

ln γ2=－ln(x 2+Λ21x 1)+x 1(

121221x x Λ+Λ －2

12112

x x Λ+Λ) （5）

Wilson 方程二元配偶函数Λ12和Λ21采用非线性最小二乘法，由二元气液平衡数据回归得到。

目标函数选为气相组成误差的平方和，即

F =2221211((j m

j j y y y y ））计实计实-+-∑= （6）

三、实验装置和试剂

1、实验的装置：平衡釜一台、阿贝折射仪一台、超级恒温槽一台、50-100十分之一的标准温度计一支、0-50十分之一的标准温度计一支、1ml 注射器4支、5ml 注射器1支。

2

、实验的试剂：无水甲醇、异丙醇。

四、实验步骤

1、开启超级恒温槽，调温至测定折射率所需温度25℃或30℃。

2、测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中，并将其露出部分中间

固定一支温度计，对温度进行校正。

3、查整个系统的气密性，以保证实验装置具有良好的气密性，用与系统相连的100毫升针筒与系统相连，并使系统与大气隔绝，针筒缓缓抽出一点压力，硅油U型管中的两个液注差不变时（说明系统是密闭的），然后再通大气。

4、实验测定的是常压下的气液平衡数据，实验室大气压值取101.325KPa。

5、常温下测11组异丙醇-甲醇二元系统气液平衡标准数据。

6、平衡釜内加入一定浓度的无水甲醇-异丙醇混合溶液约20-30ml，打开冷却水，安放好加热器，接通电源。开始时缓慢加热，冷凝回流液控制在每秒2 ~ 3滴。稳定地回流约15分钟，以建立平衡状态。

7、达平衡后，需要记录下温度计的读数，并用微量注射器分别取气相样品2毫升，测定其折射率，对照标准曲线得出汽相组成。

8、从釜中取出2毫升混合液，然后依次加入同量的一种纯物质2ml，重新建立平衡，实验重复5次。

9、实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。

五、实验数据的处理

1、绘制异丙醇的标准折射率图

表5-1、二元系统气液平衡标准数据

序号异丙醇体积分数% 折光率

1 100 1.3718

2 90 1.3675

3 80 1.3670

4 70 1.3645

5 60 1.3620

6 50 1.3550

7 40 1.3539

8 30 1.3458

9 20 1.3449

10 10 1.3365

11 0 1.3298

根据表5-1的数据，以异丙醇所占的体积百分数为横坐标，折射率为纵坐标，作图出直线图，如下：

由拟合的图形数据可得一直线方程：y=0.000405x+1.33416

2、计算混合液两相平衡的组成

根据异丙醇与折射率的直线关系式，可以计算出混合物两项平衡时异丙醇的体积分数。例如：

第一组：气相折射率为1.3551，则代入上式：y=51.70%

液相折射率为1.3590，则代入上式：x=61.33%

表5-2、混合液两相平衡的体积分数

3、计算不同平衡温度下的饱和蒸汽压

表5-3、A 、B 、C 常数表 组分 A B C 无水甲醇 7.20587 1582.271 239.726 异丙醇 6.86634

1360.183

197.593

异丙醇和甲醇在平衡温度下的饱和蒸汽压，根据安托尼公式来计算，即

序号 温度/℃ 气相折射率 气相异丙醇的体积分数y 1 液相折射率 液相异丙醇的体积

分数x 1 1 75.3 1.3551 0.517 1.3590 0.6133 2 75.8 1.3568 0.559 1.3620 0.6874 3 76.4 1.3610 0.6627 1.3643 0.7441 4 76.8 1.3622 0.6923 1.3649 0.7590 5

77.0 1.3635 0.7244 1.3651

0.764