二元体系汽液平衡数据测定

实验10 二元体系汽液平衡数据测定

一. 实验目的

1.掌握二元体系汽液相平衡数据的测定方法，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PTXY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.掌握恒温浴的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。本实验采用的是最广泛使用的循环法，平衡装置利用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T-P-X i-Y i。对部分理想体系达到汽液平衡时，有以下关系式：Y i P=γi X i P i S

将实验测得的T-P-X i-Y i数据代入上式，计算出实测的X i与γi数据，利用X i与γi关系式（van Laar Eq.或 Wilson Eq.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

实验装置主体为Rose平衡釜-一汽液双循环式平衡釜（见图 -1）。

图-1 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

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。

分析装置为恒温水浴—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X1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X1—n D数据；

（3）将X1—n D数据关联回归，得到如下方程：

X1 = - 0.74744 + [0.0014705 + 0.10261（1.4213 - n D）]0.5/ 0.051305

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）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4）。

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，四个数据的偏差小于0.0002，按四数据的平均值，根据1得到的关系式，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

实验日期室温大气压

实验加热平衡釜温度（℃）环境温度露茎高度冷凝液滴速

序号投料量时间电压(V) 热电偶水银温度计（℃）（℃） (滴/分) 现象

混合液

1 ml

补加

2 ml

2. 折光系数测定及平衡数据计算结果

测量温度 30.0℃

实验序号液相样品折光系数n D汽相样品折光系数n D 平衡组成

1 2 3 4 平均 1 2 3 4 平均液相汽相

1

2

六．实验数据处理

1．平衡温度和平衡压力的校正（参见附录1）

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2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γ1γ2

运用部分理想体系汽液平衡关系式: Y i P=γi X i P i S可得到,γ1 = Y1 P / (X1 P1S) 和

γ2 = Y2 P / (X2 P2S)。式中P1S和P2S由Antoine Eq.计算，其形式：

lg P1S= 8.1120 – 1592.864/(t + 226.184)

lg P2S = 6.85146 – 1206.470/(t + 223.136)

P1S和P2S – mmHg, t--℃

4.由得到的活度系数γ1和γ2，计算van Laar Eq.或Wilson Eq.方程中参数。(参考文献1) 5．用van Laar Eq.或Wilson Eq.方程，计算一系列的X1—γ1，γ2数据，计算lnγ1—X1 、lnγ2—X1 和ln（γ1/γ2）--X1数据，绘出ln（γ1/γ2）--X1曲线，用Gbbis—Duhem Eq.对所得数据进行热力学一致性检验。van Laar Eq.形式如下：

ln（γ1） = A12/（1 + A12 X1/（A 21 X2））2

ln（γ2） = A 21/（1 + A21X2/（A 1 2X1））2（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

实验数据

实验日期室温 25℃大气压 758.2 mmHg

实验加热平衡釜温度（℃）环境温度露茎高度冷凝液滴速

序号投料量时间电压(V) 热电偶水银温度计（℃）（℃） (滴/分) 现象

混合液

1 180 ml 8：20 60 25 25 0 开始加热

8：45 60 40 26 0 沸腾 8：55 58 59.2 59.10 30 0.8 40 有回流

9：03 58 65.0 64.92 31 6.6 78 回流

9：15 58 65.0 64.94 31 6.6 81 回流稳定 9：50 56 65.1 64.95 31 6.6 79 回流稳定 9：52 取样

折光系数测定及平衡数据计算结果

测量温度 30.0℃

实验液相样品折光系数n D汽相样品折光系数n D 平衡组成

序号 1 2 3 4 平均 1 2 3 4 平均液相汽相

1 1.3835 1.3835 1.3836 1.3835 1.3835 1.397

2 1.3971 1.3972 1.39731.3972 0.6781 0.4797

（1）温度及压力的校正

露茎校正：按附录1，

Δt露茎 = k•n•（t - t环）= 0.00016• 6.6 •（64.95-31.0=0.036℃

t 真实 = t + Δt露茎 = 64.95 + 0.04 = 64.99℃

压力校正：将测量的平衡压力758.2 mmHg下的平衡温度折算到平衡压力为760mmHg的平衡