汽液平衡数据的测定

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日期： 2015

地点：

课程名称： 化工专业实验 _____________ 指导教师： ___________ 成绩：_________

实验名称： ______________ 气液平衡数据的测定 ________________ 同组学生姓名： ____________

一、实验目的和内容 二、实验原理及数据处理依据 三、实验装置与试剂 四、操作方法和实验步骤 五、数据记录及处理 六、实验结论及误差分析

七、分析和讨论

汽液平衡数据是最常用的化工基础数据。

许多化工过程如精馏的设计、操作及过程控制等都离不开

汽液平衡数据。在热力学研究方面，新的热力学模型的开发，各种热力学模型的比较筛选等也离不开大

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—量精确的汽液平衡实测数据。现在，各类化工杂志每年都有大量的汽液平衡数据及汽液平衡测定研究的 装 文章发表。所以，

汽液平衡数据的测定及研究深受化工界人士的重视。

订一、实验目的和内容

通过测定常压下乙醇一水二元系统汽液平衡数据的实验，

使同学们了解、掌握汽液平衡数据测定的

线 方法和技能，熟悉有关仪器的使用方法，将课本上学到的热力学理论知识与实际运用有机地联系在一起。 ——从而既加深对理论知识的理解和掌握，又提高了动手的能力。 = 气液平衡测定的种类：

: 由于汽液平衡体系的复杂性及汽液平衡测定技术的不断发展，

汽液平衡测定也形成了特点各异的不

: 同种类。按压力分，有常减压汽液平衡和高压汽液平衡。高压汽液平衡测定的技术相对比较复杂，难度 :

较大。常减压汽液平衡测定则相对较易。按形态分，有静态法和动态法。静态法技术相对要简单一些， 而动态法测定的技术要复杂一些但测定较快较准。

在动态法里又有单循环法和双循环法。

双循环法就是

当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学 位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：

•⑴

实验报告 让汽相和液相都循环，而单循环只让其中一相（一般是汽相）循环。在一般情况下，常减压汽液平衡都 采用双循环，而在高压汽液平衡中，只让汽相强制循环。循环的好处是易于平衡、易于取样分析。

根据对温度及压力的控制情况， 压汽液平衡测定多采用等温法。

总之，汽液平衡系统特点各异， 本实验采用的是常压下（等压） 有等温法与等压法之分。一般，静态法采用等温测定，动态法的高 而测定的方法亦丰富多彩。

双循环法测定乙醇一水的汽液平衡数据。 二、实验原理及数据处理依据

以循环法测定汽液平衡数据的平衡器类型很多，但基本原理一致，如图 所示，当体系达到平衡时,

a 、

b 容器中的组成不随时间而变化，这时从

两容器中取样分析，可得到一组汽液平衡实验数据。

图1循环法测定汽液平衡

常压下，气相可视为理想气体，；再忽略压力对液体逸度的影响, 液平衡关系为:

py i =爲 f 「X j ................................................. ⑵

式中p ――体系压力（总压）；

p i 0

――纯组分I 在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（ Antoine ）公式计算;

X i 、y i ----- 分别为组分I 在液相和气相中的摩尔分率；

Y i ------ 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

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

Wils on 方程关联。Wils on 方程为:

Wils on 方程二元配偶参数

上12和上21采用非线形最小二乘法,由二元气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

m 2

F=v (y 1 实- y 1计)j - (y 2实- y ?计)

j 生

三、实验装置与试剂

实验装置见下图，其主体为改进的 Rose 平衡釜一汽液双循环式平衡釜。样品组成采用折光指数法

分析。

四、 操作方法和实验步骤

1. 用量筒量取140~150毫升去离子水，30~35毫升无水乙醇，从加料口加入平衡釜内；

2. 开冷却水（注意不要开得太大） 3•打开加热开关，调节调压器使加热电压在

200V ，待釜液沸腾2~3分钟左右后，慢慢地将电压降

f i = pF 从而得出低压下气

_ py

i ......................................

X i P i :

(3)

In 丫 i =-ln (X i + A 12X 2) +X 2(—

X i A |2

+ A 12

X 2

X 2 A 21X1) A 21X 1) - X i (

X 2 A 21 X 1

A

12 + A12

X 2

In 丫 2=-|n

低至90~130V左右（视沸腾情况而定，以提升管内的汽泡能连续缓慢地上升为准，不可猛烈上冲，也不可断断续续）；

4•从气压计上读出大气压数据记下；

5•调节阿贝折光仪的循环水温至30C;

6.观察平衡釜内汽液循环情况，注意平衡室温度变化情况，若温度已连续15~20分钟保持恒定不变，则可以认为已达平衡（为什么？）可以取样分析；

7.将一个取样瓶在天平上称重（记下重量

G1）,然后往瓶内加入半瓶左右的去离子水（约3毫升）

称重（记下重量G2）,该含水的取样瓶用于取汽相样品。另用一个空瓶（注意不要加水）取液相样品；

&取样前记下平衡温度，并用一烧杯分别从二个取样口放掉1~2毫升左右的液体；

9.用准备好的二个取样瓶同时取样，取样量约为容积的4/5左右。取好样后，立即盖上盖子。然

后将汽相样品瓶在电光天平上称重（记下重量G3）。液相不必称重；

10.取样后，再向釜内加入15~20毫升的乙醇以改变釜内组成；

11.将汽相样品瓶摇晃，使瓶内样品均匀，然后将二个样品在阿贝折光仪上测出折光指数，通过

n（30,D）-x标准曲线查出液相样品的摩尔组成x,汽相稀释样品的组成y'；

12.根据称出的重量（G1 , G2, G3）及汽相稀释样品的组成y'计算出汽相组成y实，计算公式为

一1叫——

13.重复上述步骤6~步骤12,进行下一组数据的测定。要求每一小组测定4~5组平衡数据；

14.结束实验，整理好实验室。

五、数据记录及处理

—瓶重，—（瓶水）重；（瓶水样品）重。

Y计算过程示例: