实验二 二元气液平衡数据的测定
二元系统汽液平衡数据的测定(精)
实验三二元系统汽液平衡数据的测定实验概括在化学工业中,蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据,本实验就是利用双循环汽液平衡器测定的二元汽液平衡数据。
它对提供最佳化的操作条件,减少能源消耗和降低成本等,都有重要意义。
A实验目的⏹了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元汽液平衡数据的方法。
⏹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。
⏹学会二元汽液平衡相图的绘制。
B 实验原理 蒸馏循环线循环法测定汽液平衡数据的基本原理示意图 当体系达到平衡时,a 、b 容器中的组成不随时间的变化而变化,这时从a 和b 两容器中取样分析,可得到一组汽液平衡试验数据。
baC预习与思考⏹为什么即使在常低压下,醋酸蒸气也不能当作理想气体看待?⏹本实验中气液两相达到平衡的判据是什么?⏹设计用0.1mol/LNaOH标准液测定气液两相组成的分析步骤、并推导平衡组成计算式?⏹如何计算醋酸-水二元系的活度系数?⏹为什么要对平衡温度作压力校正?⏹本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生?如何防止暴沸发生?D实验装置与流程(一)本实验采用改进的Ellis气液两相双循环型蒸馏器,如图所示。
D实验装置与流程(二)⏹改进的Ellis蒸馏器测定汽液平衡数据较准确,操作也简单,但仅适用于液相和气相冷凝液都是均相的系统。
温度测量用分度为0.1℃的水银温度计。
⏹平衡釜加热下方是一个磁力搅拌器,用以加热时搅拌液体;另还有一个电子控制装置,用以调节加热电压及上下两组电热丝保温的加热电压。
⏹分析测试汽液组成时,用化学滴定法。
E实验步骤及方法(一)⏹(1)加料从加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。
⏹(2)加热调节电压150~200V左右,开启磁力搅拌器,缓慢加热至釜液至沸,分别接通上、下保温电源,电压调节在10~15V.⏹(3)控温溶液沸腾,气相冷凝液出现,直到冷凝回流。
气相温度控制在比平衡温度高0.5~1 ℃左右。
实验二 二元气液平衡数据的测定
实验二二元气液平衡数据的测定一、实验目的1.测定苯一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Wilson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。
随着化工生产的不断发展,现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物系的平衡数据,很难由理论直接计算得到,必须由实验测定。
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。
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。
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:#=疗 (1)如py】=、]『国常压下,气相可视为理想气体,电=1;再忽略压力对液体逸度的影响,f=po从而得出低压下气液平衡关系式为:py\ = .......... ⑵式中,P——体系压力(总压);—纯组分i在平衡温度下饱和蒸气压,可用安托尼^Antoine)公式计算;覆、力——分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率;——组分I的活度系数口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。
南京工业大学化学工程与工艺专业实验》思考题答案
实验1二元体系汽液平衡数据测定1,实验测量误差及引起误差的原因答:(1)汽液两相平衡时,回流滴下来的流体速率平稳,大约每秒1~2滴,且在一段时间内温度维持不变。
2,影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些答:(2)影响准确度的因素有温度和压强,装置气密性,温度计灵敏度,折射仪读数准确性等。
实验3 二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定1,质面比常数K值对实验结果有何影响为什么答:任意温度任意压力下,质面比常数k均不变。
所以不会对实验结果又影响。
2,为什么测量25℃下等温线时,严格讲,出现第1个小液滴时的压力和最后一个小汽泡将消失时的压力应相等答:在出现第一个小液滴和最后一个汽泡消失过程中CO2处于汽液平衡状态。
根据相律得F=C-P+1=1-2+1=0,自由度为0,故过程中压力应为相等。
实验4 气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数1,无限稀释活度系数的定义是什么测定这个参数有什么作用答:定义:P29 公式(4-1),作用:通过测定两个组分的比保留体积和无限稀释下的活度系数,计算其相对挥发度.2,气相色谱基本原理是什么色谱仪有哪几个基本部分组成各起什么作用答:原理:因固定液对于样品中各组分溶解能力的差异而使其分离。
组成及作用:(1)载气系统气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。
整个载气系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。
(2)进样系统进样就是把气体或液体样品速而定量地加到色谱柱上端。
(3)分离系统分离系统的核心是色谱柱,它的作用是将多组分样品分离为单个组分。
色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。
(4)检测系统检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号,经放大后,由记录仪记录成色谱图。
(5)信号记录或微机数据处理系统近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。
色谱数据处理机可打印记录色谱图,并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果,如保留时间、被测组分质量分数等。
二元系统汽液平衡数据测定实验讲义
二元系统汽液平衡数据的测定在化学工业中,蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据,此数据对提供最佳化的操作条件,减少能源消耗和降低成本等,都具有重要的意义。
尽管有许多体系的平衡数据可以从资料中找到,但这往往是在特定温度和压力下的数据。
随着科学的迅速发展,以及新产品,新工艺的开发,许多物系的平衡数据还未经前人测定过,这都需要通过实验测定以满足工程计算的需要。
此外,在溶液理论研究中提出了各种各样描述溶液内部分子间相互作用的模型,准确的平衡数据还是对这些模型的可靠性进行检验的重要依据。
1 实验目的(1)了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元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数据计算各组分的活度系数;Array(3)学会二元汽液平衡相图的绘制。
2 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。
所测定的体系为乙酸(1)—水(2),样品分析采用气相色谱分析法。
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2–1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a和b两容器中取样分析,可得到一组汽液平衡实验数据。
3 实验装置与试剂实验装置见图3-1,其主体为改进的Rose 平衡釜-一汽液双循环式平衡釜。
改进的Rose 平衡釜汽液分离部分配有热电偶(配数显仪)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:气相色谱实验试剂: 乙酸(分析纯), 去离子水图3-1 改进的Rose 釜结构图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4 预习与思考(1)为什么即使在常低压下,醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待?(2)本实验中气液两相达到平衡的判据是什么?(3)如何计算醋酸-水二元系的活度系数?5 实验步骤及方法:(1) 加料:从加料口加入配制好的醋酸–水二元溶液,接通平衡釜内冷凝水。
气液平衡数据的测定
浙江大学化学实验报告课程名称:化学专业实验Ⅰ实验名称:气液平衡数据的测定指导教师:专业班级:姓名:学号:同组学生:实验日期:实验地点:1.实验目的通过测定常压下乙醇—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。
2.汽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,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,而测定的方法亦丰富多彩。
本实验采用的是常压下(等压)双循环法测定乙醇—水的汽液平衡数据。
3.实验原理以循环法测定汽液平衡数据的平衡釜有多种型式,但基本原理是一样的。
如图1所示,当体系达到平衡时,A 和B 两容器中组成不随时间而变化,这时从A 和B 两容器中取样分析,可以得到一组汽液平衡实验数据。
根据相平衡原理,当汽液两相 达到相平衡时,汽液两相温度压力 相等,同时任一组分在各相中的逸 度相等,即: Li v i f f = (1) 这里 P y f i v i v i Φ= 0i i i L i f x r f =图13 循环法测定汽液平衡的原理对低压汽液平衡,其气相可以 视为理想气体混合物,即1=Φvi ,忽略压力对液体逸度的影响,即00i i P f =,从而得出低压下汽液平衡关系式:i i i i P x r Py = (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 i y x ,--组分i 在液相、汽相中的摩尔分数。
化工专业实验全解
实验一二元气液平衡数据测定实验一. 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.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。
3.掌握二元系统平衡相图的绘制。
二. 设备的主要技术数据(一)平衡釜(如图一所示)(二)物系 (乙醇─正丙醇)1.纯度:分析纯. 乙醇沸点: 78.3℃; 正丙醇沸点:97.2℃.2.折光指数与溶液浓度的关系见表1。
对30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算:W=58.844116-42.61325 ×nD其中W为乙醇的质量分率; nD为折光仪读数 (折光指数).由质量分率求摩尔分率(XA):乙醇分子量MA=46; 正丙醇分子量MB=60BAAAAAAMWMWMWX)](1[)()(-+=三. 实验设备的基本情况实验设备流程示意图: 见图一所示.四. 实验方法及步骤1.将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴(用户自备)调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃).2.测温管内倒入甘油,将标准温度计插入套管中。
3.配制一定浓度(体积浓度10%左右)的乙醇─正丙醇混合液(总容量50毫升),然后倒入平衡釜中。
4.打开冷凝器冷却水,接通电源缓慢加热,冷凝回流液控制在每秒2-3滴。
稳定回流20分钟,以建立平衡状态。
5.达到平衡时停止加热,用微量注射器分别取两相样品用阿贝折光仪分析其组成。
6.从釜中取出6毫升液体后,在补充6毫升的乙醇溶液,重新建立平衡。
7. 所加溶液视上一次的平衡温度定,以免实验数据点分布不均。
8. 检查数据合理后, 停止加料并将将加热电压调为零。
停止加热后10分钟,关闭冷却水,一切复原。
五. 使用本实验设备应注意事项1. 本实验过程中要特别注意安全,实验所用物系是易燃物品,操作过程中避免洒落以免发生危险。
2. 本实验设备加热功率由电位器来调解,固在加热时应注意加热千万别过快,以免发生爆沸(过冷沸腾),使液体从平衡釜冲出,若遇此现象应立即断电。
二元系统气液平衡数据测定
化工专业实验报告实验名称: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:化工班姓名:学号同组者姓名:指导教师:日期:一、实验目的1、了解和掌握用双循环气液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。
2、了解缔合系统气—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等,即逸度相等,其热力学基本关系为:Vi L i f f ˆˆ=is i i i V i x f py γφ=ˆ(1)常压下,气相可视为理想气体,1ˆ=v i φ;再忽略压力对液体逸度的影响,0i i p f =从而得出低压下气液平衡关系式为:py i =γi s i p ix (2)式中,p ——体系压力(总压);s i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压,可用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;γi ——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si i i i p x py =γ(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-121221x x Λ+Λ)(4)ln γ1=-ln(x 2+Λ21x 1)+x 1(121221x x Λ+Λ-212112x x Λ+Λ)(5)Wilson 方程二元配偶函数Λ12=0和Λ21=1采用高斯—牛顿法,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((jmj j y y y y ))计实计实-+-∑=(6)三、实验装置与流程示意图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。
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:f i L=fiVΦi pyi=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,f i=p i0从而得出低压下汽液平衡关系为:pyi =γipi0xip---体系压力(总压);p i0---纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压;x i,y i---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/p i0x i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。
二元系统汽液平衡数据的测定课件
6、数据处理的计算方法
• 平衡温度校正 测定实际温度与读数温度的校正: t实际=t观+0.00016n (t观-t室) t观: 温度计指示值;t室: 室温; n: 温度计暴露出p 部分的读数 沸点校正: tp=t实际+0.000125(t+273)(760- p) tp: 换算到标准大汽压(0.1MPa)下的沸点。 p: 实验时大汽压力(换算为mmHg)
二元系统汽液平衡数据的测定第一页共11页1实验目的通过测定常压下乙醇水二元系统汽液平衡数据的实验了解掌握汽液平衡数据测定的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加深对理论知识的理解和掌握提高动手能力
1、实验目的
• 通过测定常压下乙醇——水二元系统
汽液平衡数据的实验,了解、掌握汽液 平衡数据测定的方法和技能,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,从而加深对理论知识的理解和掌握 ,提高动手能力。
4、实验设备特点(二)
• (3)在本实验装置的平衡釜加热部分的下 方,有一个磁力搅拌器,电加热时用以搅 拌液体。在平衡釜蛇管处的外层与汽相温 度计插入部分的外层设有上下两部分电热 丝保温。另还有一个电子控制装置,用以 调节加热电压及上下两组电热丝保温的加 热电压。
4、实验设备特点(三)
• (4)分析测试汽液相组成时,用化学滴定 法。每一实验组配有2个取样瓶,2个1ml 的针筒及配套的针头,配有1个碱式滴定 管及1架分析天平。实验室中有大汽压力 测定仪。
5、操作要点
• (1)补加料:从加料口加入配制好的醋酸–水二 元溶液,加至加热夹套内插电热丝上方4cm以上。 开启冷凝器冷却水。
• (2)加热:加热电压不要太高。 • (3)平衡:平衡的主要标志由平衡温度的稳定加
化学工程与工艺实验预习题答案
化学工程与工艺实验预习题答案实验1二元体系汽液平衡数据测定1,实验测量误差及引起误差的原因?答:(1)汽液两相平衡时,回流滴下来的流体速率平稳,大约每秒1~2滴,且在一段时间内温度维持不变。
2,影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些?答:(2)影响准确度的因素有温度和压强,装置气密性,温度计灵敏度,折射仪读数准确性等。
实验3二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定1,质面比常数K值对实验结果有何影响?为什么?答:任意温度任意压力下,质面比常数k均不变。
所以不会对实验结果又影响。
2,为什么测量25C下等温线时,严格讲,出现第1个小液滴时的压力和最后一个小汽泡将消失时的压力应相等?答:在出现第一个小液滴和最后一个汽泡消失过程中C02处于汽液平衡状态。
根据相律得F=C-P+1=1-2+1=0,自由度为0,故过程中压力应为相等。
实验4气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数1,无限稀释活度系数的定义是什么?测定这个参数有什么作用?答:定义:P29公式(4-1),作用:通过测定两个组分的比保留体积和无限稀释下的活度系数,计算其相对挥发度•2,气相色谱基本原理是什么?色谱仪有哪几个基本部分组成?各起什么作用?答:原理:因固定液对于样品中各组分溶解能力的差异而使其分离。
组成及作用:(1)载气系统气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。
整个载气系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。
(2)进样系统进样就是把气体或液体样品速而定量地加到色谱柱上端。
(3)分离系统分离系统的核心是色谱柱,它的作用是将多组分样品分离为单个组分。
色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。
(4)检测系统检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号,经放大后,由记录仪记录成色谱图。
(5)信号记录或微机数据处理系统近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。
色谱数据处理机可打印记录色谱图,并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果,如保留时间、被测组分质量分数等。
二元系统汽液平衡数据测定专业实验
思考与讨论
4,如何计算醋酸-水二元系的活度系数? 参见数据处理部分
5,为什么要对平衡温度进行压力校正? 答:为了将平衡数据校正到标准大气压下,方便进行比较。
6,本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生?如 何防止暴沸现象发生?
答:本实验装置加蛇管防止闪蒸,加上下保温防止精馏,加 磁力搅拌防止暴沸现象发生。
解一元二次方程可得η10
四、数据处理的思路与技巧
醋酸-水二元系统汽液平衡数据的关联
由平衡时组分逸度相等的原理,可得:
HAc
p1
/
p
0 HAc
0 1
x
HAc
H 2O
p
H 2O
/
p
0 H
x 2 O H 2 O
其中
lg
p
0 HAc
7 .181
1416 .7 t 211
lg
p
0 H
2O
7 .9187
思考与讨论
1,为什么在常低压下,醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待?
答:由于醋酸蒸汽在汽相中存在二分子,三分子的缔合体, 因此即使在常低压下也不能当作理想气体。
2,本实验中气液两相达到平衡的判据是什么?
答:本实验中汽液两相达到平衡的判据是平衡温度不随时间 发生变化。
思考与讨论
3,设计用0.1mol/LNaOH标准溶液测定气液两相组成的分析 步骤,并推导平衡组成的计算式。
技巧与难点 加料 从加料口加入配好的醋酸-水二元溶液 醋酸和水的浓度问题? 浓度与平衡温度的关系? 灵敏温度区域? 加料位置? 从汽相冷凝管处加入溶液的优缺点?
技巧与难点 加热
加热前期要做的准备?
双元系液液相平衡实验报告
化工专业实验报告第一部分:实验预习实验名称双元系液液相平衡实验一、实验预习1.实验目的1.1学习双元系液液相平衡测定方法的实验原理;1.2绘制异丁醇-水体系相图,学会分配系数的计算方法;1.3掌握基团贡献法计算液液相平衡的方法。
2.实验原理异丁醇与水部分互溶,恒压下二元液夜相平衡体系自由度f=1,因此确定了T,组成随之确定。
恒温条件下,通过测定两相折光指数,在预先测绘的浓度-折光指数关系图上便可查得平衡组成,从而得到液液平衡数据。
在25.5℃时,折光指数n D与异丁醇的摩尔分数x1呈线性关系:水相β:n D=0.41903x1+1.33246醇相α:n D=0.01524x1+1.380643.流程装置1)化学试剂异丁醇(分析纯),去离子水,部分物性如下:表1 异丁醇、去离子水的部分物性品名沸点/℃折光指数密度异丁醇107.8 1.3960 0.797水100.0 1.3325 0.9972)测量仪器恒温水浴,电磁加热搅拌器,阿贝折光仪,液液平衡釜,取样器和吸管。
3)装置图图1 液液相平衡关系测定装置4.实验步骤1)合上电闸,打开恒温槽,将温度恒定在30℃;2)开电磁搅拌开关(不要打开加热开关)并调节至适当的搅拌速度;3)观察平衡釜中的温度计,5min内温差不超过0.1℃,即停止搅拌;4)静置5min,继续观察有无温度变化;5)仔细观察液液分界面,用清洁的吸管吸取上层清液,洗涤3次,再吸取上层样品,供折光分析用(注意,吸取样品时必须十分细心,防止上下液层有所混杂);6)将下层取样器沿着铁架降至液液平衡釜底部,抽出玻璃棒,使下层清液流入下层取样管中,再用清洁的吸管插入下层取样管中,按吸取上层样品的方法取样(注意:吸管需干燥,清洁);7)用阿贝折光仪分析样品,折光仪恒温25.5±0.1℃,取样两次取平均(注意:不要连续两次取同一相,以对原有平衡造成更大破坏,应按照上相、下相再上相、下相的顺序);8)将釜内温度提高至40及50℃,重复上述工作;9)实验完毕,关电源,将试液倒回回收瓶,做好清洁工作。
二元系统汽液平衡数据的测定说明书
目录一、实验装置图 (2)二、实验设备的特点 (3)三、实验设备的主要部件及简介 (3)四、主要技术指标 (3)五、操作要点及注意事项 (4)六、实验数据处理 (5)七、数据处理软件安装与使用 (6)一、实验装置图1、实验装置照片2、改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1234567891011121314图2 改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1– 蒸馏釜;2–加热夹套内插电热丝;3–蛇管;4–液体取样口;5–进料口; 6–测定平衡温度的温度计;7–测定气相温度的温度计;8–蒸气导管;9、10–冷凝器;11–气体冷凝液回路;12–凝液贮器;13–气相凝液取样口;14–放料口二、实验设备的特点设备用作常压下汽–液平衡数据的测定。
一定配比的醋酸与水装入平衡釜中,在磁力搅拌下开启电加热系统,使料液沸腾,汽液相经平衡釜蛇管充分混和后于平衡温度测量口喷出,测得汽液平衡温度,汽相经冷凝器冷凝后存于储存器中,多余冷凝液回至平衡釜中。
物料经此过程循环一定时间后达汽–液平衡。
分析平衡汽、液相组成,可获得有关的热力学参数。
通过实验可使学生了解缔合系统汽–液平衡数据的关联方法,从实验测得的T–P–X–Y数据计算组份的活度系数。
本设备采用磁力搅拌装置,改善了传热过程,从而根本上克服了在汽液平衡数据测定过程中的爆沸现象,可用于不同体系的汽液平衡数据的测定,适用性大,测得的平衡数据正确可靠。
三、实验设备的主要部件简介1、仪表柜(铁制)2、双循环玻璃平衡釜(爱立斯釜)玻璃制,有三组加热,其中1组用于物料的加热,另2组用于气相的保温,均采用可调电加热的形式。
3、电磁搅拌仪:上海司乐仪器厂生产,其与平衡釜接触处有不锈钢皮保护,防止腐蚀,搅拌速度可调。
4、智能仪表:共3个,用于控制加热电压,显示控制电压的比例。
四、主要技术指标双循环玻璃平衡釜加液量:250~300ml;物料加热功率0~150W;上下保温电功率:0~50W;最高使用温度150℃;使用压力:常压。
物理化学实验二元液系的气液平衡相图
二元气液平衡相图的绘制一、实验目的:1、定不同组成的环己烷—乙醇溶液的沸点及气、液两相的平衡浓度,由此绘制其沸点—组成图。
2、握爱贝斯折射仪的原理及使用方法。
二、实验原理:了解二元溶液的沸点—组成图,对两组分的分离—精馏有指导意义。
本实验室用回流冷凝法测定不同浓度的环己烷—乙醇溶液的沸点和气、液两相的组成,从而绘制T-x图。
图1为环己烷—乙醇的沸点—组成的大致形状,ADC和BEC为气相线,AD’C和DE’C为液相线。
他们表明了沸点和气、液组成个关系。
当体系总组成为x的溶液开始沸腾时,气象组成为y,继续蒸馏,则气相量增加,液相量相应减少(总量不变),溶液温度上升,由于回流作用,控制了两相的量为一定,其沸点也为一定,此时气相组成为y’,与其平衡的液相组成为x’,体系的平衡沸点为t沸,此时气液两相的量服从杠杆原理。
当压力一定时,对两项共存区进行相律分析:独立组分数K=2,相数P=2,所以自由度f=K-P+1=2-2+1=1这说明,若体系温度一定,气、液两相成分就已确定,当总量一定时由杠杆原理可知,两相的量也一定,反之,在一定实验装置汇总,用利用回流的方法,控制气液两相的相对量为一定,使体系的温度一定,则气液组成一定。
用精密温度计可以测出平衡温度,取出气液两相样品测定其折射率可以求出其组成。
因为折射率和组成由一一对应的关系,则可以通过测定仪系列一直组成的样品折射率,会出工作曲线即折射率—组成曲线。
这样,只要测出样品的折射率就可从工作曲线上找到未知样品的组成。
三、 仪器和药品仪器:阿贝折射仪、超级恒温槽、蒸馏瓶、调压变压器、1/10°C 刻度温度计、25ml 移液管一支、5ml 、10ml 移液管各两支、锥形瓶四个、滴管若干支。
药品:环己烷、乙醇、丙酮。
四、实验步骤1、 工作曲线的测定 把超级恒温槽调至25°C ,用橡皮管连接好恒温槽与阿贝折射仪,使恒温水流经折射仪。
准确配置下列溶t/℃图6—1 沸点—组成图液,测定纯环己烷,乙醇和下列溶液的折射率,并测定溶液温度。
二元液系气液平衡相图
实验二二元液系气液平衡相图一、实验目的1、了解环己烷—乙醇系的沸点—组成图2、由图上得出其最低恒沸温度及最低恒沸组成含乙醇%3、学会使用数字阿贝折射仪4、学会使用WTS—05数字交流调压器二、原理一个完全互溶双液体系的沸点—组成图,表明在气液二相平衡时沸点和二相成分间的关系,它对了解这一体系对行为及分馏过程都有很大的实用价值;在恒压下完全互溶双液系的沸点与组分关系有下列三种情况:1、溶液沸点介于二纯组分之间;2、溶液有最高恒沸点;3、溶液有最低恒沸点;图1表示有最低恒沸点,本次实验图形也像如此的样子,A′LB′代表液相线的交点表示在该温度时互成平衡的二相的成份;绘制沸点—成份图的简单原理如下:当总成份为X的溶液开始蒸馏时,体系的温度沿虚线上升,开始沸腾时成份为Y的气相生成;若气相量很少,x、y二点即代表互成平衡时液气二相成份;继续蒸馏,气相量逐渐增多,沸点沿虚线继续上升,气液二相成份分别在气相和液相线上沿箭头指示方向变化;当二相成份达到某一对数值x′和y′,维持二相的量不变,则体系气液二相又在此成份达到平衡,而二相的物质数量按杠杆原理分配;本实验利用回流的方法保持气液二相相对量一定,则体系温度恒定;待二相平衡后,取出二相的样品,用阿贝折光仪测定其折射率;得出该温度下气液二相平衡成份的坐标点,改变体系的总成份,再用上法找出一对坐标点,这样测得若干坐标点后,分别按气相点和液相点连成气相线和液相线,即得T—X平衡图;三、步骤1、安装接通仪器,打开冷凝水;2、加入环己烷20ml,蒸馏至沸腾,待小兜有液体后回流三次,温度平衡2—3分钟基本不变,记下温度,关闭调压器;3、A组加入乙醇,用上法测定温度,然后关闭调压器,取出气相,液相的样品,测其折射率,以后分别加入,,,,乙醇;4、B组加入20ml无水乙醇,蒸馏至沸腾,待小兜有液体后回流三次,温度平衡2—3分钟基本不变,记下温度,关闭调压器;5、加环己烷用上法测定温度,然后关闭调压器,取出气相,液相样品,测其折射率,以后分别加入,,,,环己烷;6、将所得的折射率在相应的工作曲线上找到组成;7、关闭电源,冷凝水,整理好仪器,倒掉废液;8、签字,还工作曲线表;四、数据处理1、将测得的数据列成表格;2、在标准计算纸上作沸点—组成图;3、由图上标出最低恒沸温度和最低恒沸组成;五、注意事项1、平衡温度一定是稳定2—3分钟后的数字温度计上的读数;2、来回振荡3次,并且充分均匀;3、传感器不可靠在电热丝上;4、传感器保持一段在液面下面,以免影响平衡温度;5、调压器上的电源打在10V左右;6、折光率要看正确,即一半白一半黑,黑白交叉正好在十字中心;7、测定折光率时不可将取样管碰撞棱镜;8、被测液放入后应立即关闭棱镜,以免挥发;9、液体须充满整个棱镜,不可有气泡产生;10、沸腾不能太过分厉害,以免冷凝不及;11、塞子要塞紧,沸腾时不可打开侧盖上的管子,更不可一边沸腾,一边进行取样;12、取样管用过一次以后希望不再用第二次;13、测过折射率后应将棱镜打开晾干,以便下次再用,如不干则用吸球吹吹;14、严禁用手擦棱镜及光学零件;15、折光仪上严禁测定有腐蚀性的液体;16、折光仪不能曝晒强日光中;17、 液体没有淹没电热丝时,切勿通电,否则电热丝要烧断;18、 查工作曲线是时候要注意20D n ,就是说D n 表示折射率,上面的20或25,30表示的是温度,因此做的是哪个温度,切勿乱用或混用,以免造成误差;19、 作图时希望同学们注意使用的小方格坐标纸至少取10×10cm ;20、 确定恒沸温度和恒沸组成应由图上找得,并纪录在数据处理栏中;六、 思考题1、 本实验气液二相是怎样达成平衡的2、 在室温下测折射率存在什么问题3、 小槽体积小对测量有何影响4、 本实验加入量多用量筒量取,那么这体积是否要求加入量很准确5、 要求沸腾时不能打开塞子或打开侧管取样,这是为了什么 如果这样做又将会怎样6、 为什么要来回振荡几次7、 温度计为什么要不靠电热丝8、 要求沸腾不宜过快这是为了什么9、 如何判断气液二相是否处于平衡10、 如何保证测定折射率时液体保持平衡时的组成11、 本实验主要误差来自何处七、 指导教师要注意的易发生的问题1、 此实验据我们实验结果看共是十二点,加上二点唇溶液的点,共十四个,实验时间如果不重做,个小时可以完成,如果中途遇到曲折可能来不及;2、 从现象看比以前的要易做些,但学生的数据仍有可能会发生倒个现象,特别是环己烷中加乙醇的前2个点;如发生倒个现象可以请学生再蒸馏一下,特别是到达平衡点附近时要注意学生数据;3、 实验中要常查学生数据,发现问题及早解决;4、 现使用蒸馏仪比较好,漏气现象并不严重,因此一般不会发生一会儿温度就上升的现象,如发现有要及早帮助学生查找原因;八、 结论1、 经过实验总结,认为方案比乙酸乙脂—乙醇体系要好些,主要是气液拉开,特别是上下点相反的图几乎是很少发生了,作图较以前好看些,偏离的点也少些了;2、同以前一样,恒温的温度越低越好,挥发的慢,因此建议能避免避开30,35℃;3、本实验蒸馏气到达冷凝前,常会有一些沸点较高的组分已经冷凝,因而所测气相成份可能并不代表真正的气相成份,为减少由此引入的误差,支管位置不宜太高,沸腾液体之液面与分支管上袋装部分间距离不应太远;4、本实验系环己烷—乙醇系的沸点—组成图,数据基本上为南大书上查得:最低恒沸物组成:%环己烷最低恒沸温度:64.8℃。
二元液系气液平衡相图
一、实验目的
1、实验测定乙醇-环己烷二元液系的沸点-组成图, 并由图决定其最低恒沸温度及最低恒沸混合物 的组成。 2、学会阿贝折射仪的使用及维护方法。
二、实验原理
纯液体物质,组成一定的A、B两液体的混合 物,在恒定的压力下沸点为确定值,液体混合物 的沸点随组成不同而改变,因同样温度下,各组 分挥发能力不同,即具有不同的饱和蒸气压,故 平衡共存的气、液两相的组成通常并不相同。因 此在恒定压力下对不同组成的二组分液体进行蒸 馏,测定两相平衡温度及馏出物(气相)和蒸馏液 (液相)的组成,就可绘制出该系统的沸点与两相 组成关系的T-x图,即沸点-组成图,通常称为蒸 馏曲线。
最高点和最低点分别称为最高恒沸点和最低恒沸点,对应的组 成称为恒沸组成,其相应的混合物称为恒沸混合物。
二、实验原理
本实验是在某恒定压力下则定乙醇—正己 烷二组分系统的沸点与组成平衡数据,并绘制 该液体混合物的蒸馏曲线,其类型是系统中两 组分对拉乌尔定律的偏差都不大的类型。
三、实验步骤
1、按图装好沸点仪。 2、用纯乙醇在阿贝折射仪上学会找到所用
二、实验原理
二组分完全互溶液体系统蒸馏曲线可分为三类:
(1)系统中两组分对拉乌尔定律的偏差都不大,在T-x图上溶液 组分对拉乌尔定律都产生较大的负偏差,在p-x图上出现 最小值时,在T-x图上将出现最高点,(如图)
(3)两组分对拉乌尔定律都产生较大的正偏差,在p-x图上出现 最大值时,在T-x图上将出现最低点,(如图)
视场,记下乙醇的折射率nD。 3、测定乙醇的沸点。 4、测定环已烷的沸点。 5、按实验方案测定混合溶液的沸点及组成。 6、数据处理。
四、注意事项
1、加热丝一定要被测液体浸没,否则通电 加热时可能会引起有机液体燃烧。
二元系统汽液平衡数据的测定
实验三 二元系统汽液平衡数据的测定在化学工业中,蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据,此数据对提供最佳化的操作条件,减少能源消耗和降低成本等,都具有重要的意义。
尽管有许多体系的平衡数据可以从资料中找到,但这往往是在特定温度和压力下的数据。
随着科学的迅速发展,以及新产品,新工艺的开发,许多物系的平衡数据还未经前人测定过,这都需要通过实验测定以满足工程计算的需要。
此外,在溶液理论研究中提出了各种各样描述溶液内部分子间相互作用的模型,准确的平衡数据还是对这些模型的可靠性进行检验的重要依据。
A 实验目的(1) 了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元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 数据计算各组分的活度系数;(3) 学会二元汽液平衡相图的绘制。
B 实验原理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2–4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a 和b 两容器中取样分析,可得到一组汽液平衡实验数据。
C 预习与思考(1) 为什么即使在常低压下,醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待? (2) 本实验中气液两相达到平衡的判据是什么?(3) 设计用0.1 N NaOH 标准液测定汽液两相组成的分析步骤、并推导平衡组成计算式。
(4) 如何计算醋酸-水二元系的活度系数? (5) 为什么要对平衡温度作压力校正?(6) 本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生?如何防止暴沸现象发生?D 实验装置12345678910111314图2–5 改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1–蒸馏釜;2–加热夹套内插电热丝;3–蛇管;4–液体取样口;5–进料口; 6–测定平衡温度的温度计;7–测定气相温度的温度计;8–蒸气导管;9、10–冷凝器;11–气体冷凝液回路;12–凝液贮器;13–气相凝液取样口;14–放料口本实验采用改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器,其结构如图2–5所示。
二元气液相平衡数据的测定
实验一 二元气液相平衡数据的测定气液相平衡关系是精馏、吸收等单元操作的基础数据。
随着化工生产的不断发展,现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物质的平衡数据很难由理论计算直接得到,必须由实验测定。
平衡数据实验测定方法有两类,即直接法和间接法。
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。
若要测定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,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。
本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温,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。
一.实验目的1.测定正己烷-正庚烷二元体系在101.325kPa 下的气液平衡数据。
2.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。
3.应用Wilson 方程关联实验数据。
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1-1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。
蒸汽循环线A B液体循环线图1-1平衡法测定气液平衡原理图当达到平衡时,除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:V i L i f f ˆˆ= i s i i i V i x f py γφ=ˆ (1)常压下,气相可视为理想气体,1ˆ=v i φ;再忽略压力对流体逸度的影响,isi p f =从而得出低压下气液平衡关系式为:py i =γisi p i x(2)式中,p ——体系压力(总压);s i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压,可用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; γi ——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 s ii i i px py =γ (3)计算出不同组成下的活度系数。
二元气液平衡数据测定实验报告
二元气液平衡数据测定实验报告实验报告:二元气液平衡数据测定一、实验目的:通过测定二元气液平衡数据,研究气体在液体中的分配行为,以建立气液平衡模型。
二、实验原理:气体在液体中的分配行为可由亨利定律描述,即气体在液体中的溶解度与气体分压成正比。
亨利定律的数学表达式可表示为:p = Kx其中,p为气体的分压(Pa),K为Henry常数,x为气体在液体中的溶解度(mol/L)。
三、实验仪器:1. 烧瓶:容积500 mL,带有橡胶塞和双口管。
2. 气密管:用于测定气体的分压。
3. 电子天平:用于称量实验用的液体和固体。
4. 温度计:用于测定溶液的温度。
四、实验步骤:1. 准备工作:将烧瓶与橡胶塞清洗干净,并在双口管中放入一根气密管。
2. 密封烧瓶:用一定量的溶剂(如水)填满烧瓶,将橡胶塞插入烧瓶口并封好。
3. 测定气体分压:将气密管插入烧瓶另一口,并用天平称量烧瓶与气密管的总重量。
然后通过称量所管道液体和固体的重量,并减去之前的总重量,即可得到气体的分压。
4. 测定溶解度:将气体分压值代入亨利定律的数学表达式,得到气体在溶液中的溶解度。
五、数据处理:根据实际测量得到的气体分压和溶解度数据,可绘制气体分压与溶解度之间的关系曲线。
在曲线上任取一点,可以计算该点的亨利常数。
六、实验结果与讨论:根据采集到的实验数据,绘制气体分压和溶解度之间的关系曲线,得到实验结果。
比较实验结果与理论值的差异,讨论可能的误差来源和实验条件的改进方法。
七、结论:通过本实验得到了二元气液平衡数据,研究了气体在液体中的分配行为。
实验结果表明,气体的溶解度与其分压成正比,符合亨利定律。
化工专业实验思考题
化工专业实验操作考试题实验一:气体定压比热容的测定操作题简述本实验的操作步骤答案:实验步骤(1)开动风机,调节节流阀,使流量保持在额定值(0.5m 3/h )附近,测出流量计出口空气的干球温度(0t )和湿球温度(w t )。
(2)逐渐提高电压至 50V 。
(3)待出口温度稳定后,读出下列数据:每10L 气体通过流量计所需的时间(,s τ);比热容仪进口温度(1t ,C )和出口温度(2t ,C );当大气压力(B ,mmHg )和流量计出口处的表压(h ∆,2mmH O );电热器的电压(V , V )、内阻(R, Ω) 和功率值。
(4)改变电压值,重复步骤3,共测量三组数据。
(5) 实验结束后,先切断电源,让风机继续运行十五分钟左右再关闭。
(指导老师根据学生实验熟练程度,相互配合情况,操作情况,平衡学生回答错误点多少,给出成绩,占80分)实验一:气体定压比热容的测定问答题:1、本实验测定气体定压比热容的基本原理是什么?(10分)答案:可将本实验装置的本体部分简化为一开口稳定流动系统,本体部分保温非常好,近似无散热损失,且系统对外并无功的输出,由开口稳定流动系统的热力学第一定律:()21m p H q c t t Q ∆=-=∴ ()21p m c Q q t t =-⎡⎤⎣⎦若测定干空气的比热容,则:()21()pg w mg c Q Q q t t ⎡⎤=--⎣⎦2、实验中为什么要测取空气的干湿球温度?(10分)答案:实验中要测取空气的干湿球温度的目的是由可干湿球温度查焓湿图得湿度,从而计算出水蒸气的容积成分以进行干空气与水蒸气流量的计算。
3、本实验对输入电热器的电压和气体出口温度有何要求?(10分)答案:输入电热器的电压不得超过200V,气体出口最高温度不得超过300℃。
4、由实验数据计算所得的定压比热容与进出口平均温度有何关系?(10分)答案:定压比热容与进出口平均温度大致呈线性关系,且随温度的增加而增大。
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实验二二元气液平衡数据的测定一、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Wilson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。
随着化工生产的不断发展,现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物系的平衡数据,很难由理论直接计算得到,必须由实验测定。
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。
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,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:常压下,气相可视为理想气体,фi=1;再忽略压力对液体逸度的影响,f i=p i0从而得出低压下气液平衡关系式为: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Wilson方程关联。
Wilson方程为:Wilson方程二元配偶参数Λ12和Λ21采用非线性最小二乘法,由二元气液平衡数据回归而得。
目标函数选为气相组成误差的平方和,即三、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。
6.1mL注射器十支、5mL注射器三支。
四、实验步骤1.首先开启超级恒温槽,调节温度至测定折射率所需温度30℃。
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。
4.我们做的是常压下的气液平衡,需读出当天实验时的大气压值(一个标准大气压)。
5.在平衡釜内加入一定浓度的苯—正庚烷混合液约20~30ml。
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。
观察温度计示数,两次度数,示数不变即达到平衡。
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,通过阿贝折射仪测其组成。
将加热电流调为0,釜液停止沸腾后拿下加热器,待温度降下来,换液。
7.根据第一次平衡时测得的温度和混合液组成确定应该加入的组分为苯。
用注射器从釜中取出3ml的混合液,然后加入4ml苯,重新建立平衡。
均匀测量4组平衡数据。
8.实验完毕,关掉电源和水源。
五、实验数据记录和处理(1)实验数据记录:1号装置日期:2015年5月16日室内温度:29.9℃大气压:101.3Kpa1.实验用纯组分在常压下的沸点:苯:80.1 ℃正庚烷:98.4℃2.表1 实验数据记录表t主/℃t辅/℃气相折光率气相组成/% 液相折光率液相组成/%1 92.79 32.0 1.3976 25.60 1.3956 23.002 87.79 31.8 1.4175 48.83 1.4056 35.653 85.98 31.7 1.4244 54.67 1.4125 43.684 84.21 31.9 1.4356 63.41 1.4216 52.483.表2 温度计示数修正表温度示值/℃50 55 60 65 70 75修正值/℃-0.02 -0.04 +0.01 -0.03 -0.04 -0.01 温度示值/℃80 85 90 95 100修正值/℃+0.01 0.00 +0.02 0.00 -0.04根据示值计算实际温度的公式:实际温度=示值+修正值4.表3 纯物料的安托尼常数表组分 A B C t范围(℃)苯 6.87987 1196.76 219.161 15~84 正庚烷 6.89386 1264.37 216.64 3~127(2)实验数据处理1.平衡温度的计算平衡温度计算方法如下:t实际=t主+t修正+t校正值t修正:通过精查温度计的修正值得到,见表2t校正值:t校正值=kn(t主-ts)k——水银在玻璃中间的膨胀系数取0.00016;n——露出部分的温度系数取60℃t主——在介质中的温度;ts——露出水银柱的平均温度(即辅助温度计的读数)t修正由Matlab2013程序得到:t0=[84.21 85.98 87.79 92.79];x=[50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100]y=[-0.02 -0.04 0.01 -0.03 -0.04 -0.01 0.01 0.00 0.02 0.00 -0.04]z=spline(x,y,t0)z(tx)=[-0.0001 0.0025 0.0113 0.0146]ts=[31.9 31.7 31.8 32.0]tj=kn(t0-ts)=0.00016*60*(t0-ts)t=t0+tx+tj输出t=84.7121 86.5063 88.3388 93.3881以第一组数据为例:t实际=t主+t修正+t校正值t主=92.79℃t辅=32.0℃t修正=0.0146t校正值=kn(t主-t辅)=0.00016*60*(92.79-32)=0.5836℃t实际=t主+t修正+t校正值=92.79℃+0.5836℃+0.0146℃=93.3881℃表4 平衡温度计算表t主/℃t辅/℃t修正/℃t实际/℃1 92.79 32.0 -0.0001 84.71212 87.79 31.8 0.0025 86.50633 85.98 31.7 0.0113 88.33884 84.21 31.9 0.0146 93.3881注:表中修正温度由主温度在表1所给温度修正值在三次样条插值而得,最终实际温度计算结果保留一位小数,是因为主温度测定的精度决定的2. 苯和正庚烷纯组分在本实验不同温度下的饱和蒸汽压的计算 Antoine (安托尼)公式:lgPi 0=A i –B i /(C i +t); Pi 0=10(A i -B i /(C i +t))式中:P 0为饱和蒸汽压,mmHg ;t 为实际温度,见表4;A 、B 、C 均为常数;纯物料的Antoine 常数见表3 以第一组数据为例: t=93.4℃苯的安托尼常数:A=6.87987 B=1196.76 C=219.161P a 0=10^(A-B/(C+t))=10^(6.87987-1196.76/(219.161+93.4))=1124.2000mmHg 正庚烷的安托尼常数:A=6.89386 B=1264.37 C=216.64P b 0=0^(A-B/(C+t))=10^(6.89386-1264.37/(216.64+93.4))=654.0588mmHg表5 纯组分饱和蒸汽压计算结果84.7℃ 86.5℃ 88.3℃ 93.4℃ 苯P a 0/ mmHg874.0081921.7182972.66891124.2000正庚烷P b 0/ mmHg499.1179 528.4433 559.8819 654.05883.用非线形最小二乘法回归配偶参数, 并求液相组成 1.活度系数和组成关系采用Wilson 方程关联)()ln(ln )()ln(ln 212112121221112122121221212112221211x x x x x x x x x x x x x x Λ+Λ-Λ+Λ+Λ+-=Λ+Λ-Λ+Λ+Λ+-=γγ目标函数选为气相组成误差的平方和,即∑=+=mjjjyyyyF1222211)-()-(计实计实用matlab非线性最小二乘法拟合:function xLsqnonlinbb0=[1,1][bb,resnorm,residual]=lsqnonlin(@Funlv,bb0)function F=Funlv(bb)x1=[0.230 0.3565 0.4368 0.5248];x2=1-x1;y1=[0.256 0.4883 0.5467 0.6341];y2=1-y1;Pa0=[1124.2 972.6689 921.7182 874.0081];Pb0=[654.0588 559.8899 528.4433 499.1179];for i=1:4F(i)=y1(i)-Pa0(i)*x1(i)/760*exp(-log(x1(i)+bb(1)*x2(i))+x2(i)*(bb(1)/(x1(i)+ bb(1)*x2(i))-bb(2)/(x2(i)+bb(2)*x1(i))))endfor i=5:8j=i-4F(i)=y2(j)-Pb0(j)*x2(j)/760*exp(-log(x2(j)+bb(2)*x1(j))+x1(j)*(bb(2)/(x2(j)+ bb(2)*x1(j))-bb(1)/(x1(j)+bb(1)*x2(j))))end拟合结果为:Λ12 =0.0085 Λ21=2.6633resnorm=0.0139residual=-0.0795 0.0519 0.0380 0.0490 0.0037 -0.0239 0.0121 0.0174余差平方和F=0.0139residual是各温度下y i实际测量值与计算值之间的偏差,前5项是苯,后5项是正庚烷。
4. 用Wilson方程计算苯的气相组成y i:由于偏差已经算出,因此由y i计算值=y i测量值-△y i可以得出y i计算值,结果如表6:表6 苯的气相组成组号平衡温度/℃苯气相组成y i测量值y i计算值偏差△y i1 93.39 0.2560 0.3355 -0.07952 88.34 0.4883 0.4364 0.05193 86.50 0.5467 0.5087 0.03804 84.71 0.6341 0.5851 0.04905. 作气液平衡图用matlab绘图程序如下:t=[80.0996 84.7121 86.5036 88.3388 93.3881 98.4249];y=[1 0.6341 0.5467 0.4883 0.2560 0];ycalcd=[1 0.5851 0.5087 0.4364 0.3355 0];x=[1 0.5248 0.4368 0.3565 0.23 0];plot(ycalcd,t,'r-s',y,t,'k-o',x,t,'g-o'),legend('ycalcd_1','y_1','x_1') xlabel('(x_1) (y_1)'),ylabel('t/℃')六.实验结果讨论与误差分析误差分析从实验的结果的相图和气相组成的实验值和计算值的比较来看,本次实验测得以及回归所得实验数据可靠,误差均在实验允许范围内。