二元体系汽液平衡数据测定.doc

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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-Xi-Yi。

对部分理想体系达到汽液平衡时，有以下关系式：

YiP=γiXiPiS

将实验测得的T-P-Xi-Yi数据代入上式，计算出实测的Xi与γi数据，利用Xi与γi关系式（vanLaarEq.或WilsonEq.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-1Rose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—nD数据；

（3）将X1—nD数据关联回归，得到如下方程：

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

2．开恒温浴--折光仪系统，调节水温到300.1℃。

（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

1ml

补加

2ml

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nD汽相样品折光系数nD平衡组成

1234平均1234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:

YiP=γiXiPiS可得到,γ1=Y1P/（X1P1S）和

γ2=Y2P/（X2P2S）。

式中P1S和P2S由AntoineEq.计算，其形式：

lgP1S=8.1120–1592.864/（t+226.184）

lgP2S=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vanLaarEq.或WilsonEq.方程中参数。

（参考文献1）

5．用vanLaarEq.或WilsonEq.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—DuhemEq.对所得数据进行热力学一致性检验。

vanLaarEq.形式如下：

ln（γ1）=A12/（1+A12X1/（A21X2））2

ln（γ2）=A21/（1+A21X2/（A12X1））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758.2mmHg

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

1180ml8：

206025250开始加热

8：

456040260沸腾

8：

555859.259.10300.840有回流

9：

035865.064.92316.678回流

9：

155865.064.94316.681回流稳定

9：

505665.164.95316.679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nD汽相样品折光系数nD平衡组成

序号1234平均1234平均液相汽相

11.38351.38351.38361.38351.38351.39721.39711.39721.39731.39720.67810.4797

（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758.2mmHg下的平衡温度折算到平衡压力为760mmHg的平衡温度，按附录1的式子：

温度校正值ΔT=（（t真实+273.15）/10）·（（760–P0）/760）=0.08℃

T（760mmHg平衡温度）=64.99+0.08=65.07℃

（2）由附录2查得，X1=0.6781时，文献数据Y1=0.4750，T=65.25℃，

实验值与文献值偏差|ΔY1|=0.4797–0.4750=0.0047，|ΔT|=65.25-65.07=0.19℃

（3）计算实验条件下的活度系数γ1，γ2γ1=（0.4797/0.6781）（760/439.37）=1.2237

γ2=（0.5203/0.3219）（760/462.57）=2.6556

（4）计算vanLaarEq.方程中参数A12=lnγ1（1+X2lnγ2/（X1lnγ1）=2.19412

A21=lnγ2（1+X1lnγ1/（X2lnγ2）=2.01215

（5）用vanLaarEq.，计算X—γ数据，列表：

X10.050.10.20.30.40.50.60.70.80.90.95

lnγ11.96241.74551.35481.01920.73570.50210.31590.17470.07630.01880.0047

lnγ20.00590.02350.09230.20410.35650.54750.77491.03691.33161.65721.8311

ln（γ1/γ2）1.95651.72201.26250.81500.3792-.0454-.4590-.8620–1.2553-1.6384–1.8265

经计算得到，D〈J，符合热力学一致性。

（6）估算P=760mmHg下恒沸点温度和恒沸组成

可列出以下联立方程组：

ln（P/P1S）=A12/（1+A12X1/（A21X2））2

ln（P/P2S）=A21/（1+A21X2/（A12X1））2

lgP1S=8.1120–1592.864/（t+226.184）

lgP2S=6.85146–1206.470/（t+223.136）

X1+X2=1

代入相关数据，经试差计算得，

恒沸点温度t=65.0℃，恒沸组成X1=0.477，与附录2文献数据基本符合。

七．实验结果和讨论

1．实验结果

给出P=760mmHg下温度T、乙醇液相组成X1和相应的汽相组成Y1数据，与附录2文献数据比较，分析数据精确度。

2．讨论

（1）实验测量误差及引起误差的原因。

（2）对实验装置及其操作提出改进建议。

（3）对热力学一致性检验和恒沸数据推算结果进行评议。

3．思考题

（1）实验中你是怎样确定汽液二相达到平衡的？

（2）影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些？

（3）试举出汽液平衡数据应用的例子。

八．注意事项

1．平衡釜开始加热时电压不宜过大，以防物料冲出。

2．平衡时间应足够。

汽液相取样瓶，取样前要检查是否干燥，装样后要保持密封，因乙醇和环己烷都较易挥发。

3．测量折光系数时，应注意使液体铺满毛玻璃板，并防止挥发。

取样分析前应注意检查滴管、取样瓶和折光仪毛玻璃板是否干燥。

九．参考文献

1．朱自强，徐汛.化工热力学，北京：

化学工业出版社，第2版，1991

2．HalaP,etal.Vapour—LiquidEquilibrium,Oxford:

PergamonPressLtd.,1967

3．SmithJM，VanNessHC，AbottMM.IntroductiontoChemicalEngineering

Thermodynamics，SixthEdition，北京：

化学工业出版社，2002

附录（另列）

5