气液平衡实验报告

化工专业实验报告

实验名称：二元气液平衡数据的测定

实验人员:

同组人

实验地点：天大化工技术实验中心606室

实验时间：2015年4月20日下午14：00

年级：2014硕;专业：工业催化：组号:10 （装置2）;学号: 指导教师：赵老师

实验成绩:

一. 实验目的

(1) 测定苯-正庚烷二元体系在常压下的气液平衡数据；

(2) 通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能; (3)

应用Wils on 方程关联实验数据。

二. 实验原理

气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理 的重要基础数据之一。化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的改造与设计、挖 潜与革新以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。这是因为 化工生产过程都要涉及相间的物质传递，故这种数据的重要性是显而易见的。

平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。直接法中又有静态法、流 动法和循环法等。其中循环法应用最为广泛。若要测得准确的气液平衡数据，平衡 釜是关键。现已采用的平衡釜形式有多种，而且各有特点，应根据待测物系的特征， 选择适当的釜型。用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。所以, 本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体分别形成 循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快，因而实验时 间短。

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。

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

每一组分的化学位也相等,

常压下，气相可视为理想气体，①i = 1；再忽略压力对液体逸度的影响，f i=p i°, 从而得出低压下气液平衡关系式为：

卫开=加Xf

式中，p ---------- 体系压力（总压）；

p i0----------- 纯组分i在平衡温度下饱和蒸气压；

Xi、yi——分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；r 组分i的活度系数；

由实验测得等压下气液平衡数据，则可用下式计算不同组成下的活度系数：

f i材J

计算出不同组成下的活度系数：

Inr.=-lnfx, +A + ——J-------------- 匕-----

\X［+^12^2勺+心声丿

In/; = - In I x.亠人叶X])4 旳A2I A l2本实验中活度系数和组成关系采用Wilso n方程关联。Wilso n方程为:

目标函数选为气相组成误差的平方和，即:

F = £ ［（儿-儿）：+ （九-九）：］

三、实验装置和试剂

（1）平衡釜一台。平衡釜的选择原则：易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。本实验用气液双循环的小平衡釜，其结构如图2所示。

（2）阿贝折射仪一台。

（3）超级恒温槽一台

（4）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。

（5）所用试剂（苯、正庚烷）为优级品。

（6）注射器（1ml、5ml）若干。

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四、实验过程

（1）首先开启超级恒温槽，调节温度至测定折射率所需温度25C。

（2）测温套管中道入甘油，将标准温度计插入套管中，并在温度计露出部分中间固定一支温度计。因本实验对温度要求较严，需对温度进行校正。

（3）检查整个系统的气密性，因为我们这个系统都是密闭的。检测方法是将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，发现硅油U型管的两个液柱差不变时（说明系统是密闭的），然后再通大气（已由教师检测完成）。

（4）我们做的是常压下的气液平衡，当天的大气压需要读出。

（5）在平衡釜内加入一定浓度的苯一正庚烷混合液约20-30ml （已加好），使液体

处在图2中加料液面处，一般由实验点数决定，通常取摩尔浓度在0.1-0.15之间

变化，故开始加入的浓度可使轻组分含量较多，然后慢慢增加重组分的浓度。打开冷却水，安放好加热器，接通电源。控制加热电流，开始时给0.1A，5min后给0.2A，慢慢调到0.25A左右即可，以平衡釜内液体沸腾为准。冷凝回流液控制在每秒2-3 滴。稳定地回流15min左右，以建立平衡状态。

（6）达到平衡后，需要记录下两个温度计的读数，此温度为平衡温度，并用微量注射器分别取两相样品，通过阿贝折射仪测定样品的折射率，然后根据平衡图，查得

不同的组成含量。关掉电源，加热器拿下，釜液停止沸腾。

（7）用注射器从釜中取出3ml的混合液，然后加入4或5ml左右的苯纯溶液，重新建立平衡。加哪一种纯物料，根据你上一次的平衡温度而定，以免各实验点分配不均，重复上述操作5次，得到不同组成下平衡组成。

（8）实验完毕，关掉电源和水源。

五、实验数据记录和处理

通过多次改变混合液的组成，得到五组实验数据如下表 1所示:

（一）混合液气液平衡时原始数据

表1实验数据记录表

t 主（C ） t 辅（C ） 液相折射率

液相组成（%） 气相折射率 气相组成（%）

94.00 25.00 1.3946 21.4 1.3965 24.4 88.55 24.80 1.4015 30.4 1.4134 45.0 87.90 25.80 1.4106 41.2 1.4196 50.8 86.15

25.11 1.4150 46.6 1.4302 59.2 84.25

24.50

1.4270

56.8

1.4420

68.8

（二）实际平衡温度的计算

平衡温度的计算方法如下：

t 实际=t 主 +t 修正 +t 校正

其中：t 校正=kn （t 主-t 辅） k 取0.00016; n 取60C ；

t

修正可以通过温度计修正记录表（表2）数据使用三阶样条插值法，得到每次 的修正温度。

例如使用t 主=879C 为例：（当x=87.9时，修正值：0.069）

经过计算得到液体平衡时实际的温度如表 3所示:

修正值

x 85 x 90 80 85 80 90

0.08 x 80 x 90 85 80 85 90

0.07 x 80 x 85 90 80 90 85

0.07