二元系统气液平衡数据测定

化工专业实验报告

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：

实 验 名 称： 二元系统气液平衡数据测定

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。 蒸气循环线蒸气冷凝器凝液A加热B液体液体循环线图1 平衡法测定气液平衡原理图 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：

?L?f?V fii?Vpy??fsx (1) ?iiiii?v?1；再忽略压力对液体逸度的影响， 常压下，气相可视为理想气体，?i

fi?pi0从而得出低压下气液平衡关系式为：

pyi=γipisxi (2)

式中，p——体系压力（总压）；

pis——纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine公式计算； xi、yi ——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

?i?pyi (3) xipis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：

lnγ1=－ln(x1+Λ12x2)+x2(

?12?21 －) (4)

x1??12x2x2??21x1?21?12 －) (5)

x2??21x1x1??12x2lnγ1=－ln(x2+Λ21x1)+x1(

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

22F=?(y1实?y1计）j?(y2实?y2计）j (6)

j?1m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。本实验采用双循环的小型平衡釜，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、0-50十分之一标准温度计一支； 5、所用试剂（无水甲醇、异丙醇）为分析纯试剂； 6. 1ml注射器数支。

四、实验步骤

1、实验标准曲线绘制

① 配制不同浓度的甲醇溶液，异丙醇作为稀释剂。

② 浓度有1，0.9，0.8，0.7，0.6，0.5，0.4，0.3，0.2，0.1，0。 ③ 分别测分光度，绘制标准曲线。 2、二元系统气液平衡数据测定

① 测5组二元系统气液平衡标准数据，实验室大气压值取101.325KPa。 ② 实验测定的是常压下的气液平衡数据，读取当天的实验室大气压值为

101.325kpa。

③ 平衡釜内加入一定浓度的甲醇－异丙醇溶液，并没过注射器针头。打开

冷却水，接通电源。开始时加热电流给到0.1A，五分钟后给到0.2A，在等5分钟后慢慢调到0.25A左右即可，以平衡釜内液体能沸腾为准。冷凝回流液控制在每秒2~3滴。稳定回流约15min，以建立平衡状态。

④ 到平衡后，记录温度计的读数，用微量注射器分别取两相样品，用阿贝

折射仪测定其折射率。

⑤ 注射器从釜中取出2ml混合溶液，然后加入同量的一种纯物料，重新加

热建立平衡。加入那种物料，视上一次平衡组成而定，以免各实验点分布不均，重复实验5次。

⑥ 实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。

五、实验数据的记录及处理

实验原始数据记录如下：

表一 标准曲线测定数据记录 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 无水甲醇（体积分数） 异丙醇（体积分数） 100 0 90 10 80 20 70 30 60 40 50 50 40 60 30 70 20 80 10 90 0 100

折射率 1.3300 1.3325 1.3409 1.3453 1.3493 1.3562 1.3581 1.3617 1.3639 1.3662 1.3715 表二 待测组分测定数据记录

序号 1 2 3 4 5 温度℃ 76.6 76.2 74.2 74.1 73 液相折射率 1.3631 1.3621 1.3592 1.3571 1.3540 气相折射率 1.3583 1.3572 1.3529 1.3507 1.3481 由表一绘制甲醇的体积分数和折射率间的关系图如图3：

图3 线性拟合图

线性拟合可得到其方程为：Y = 1.373 -0.04117* X；

所以可以得到待测组分的甲醇的体积分数和异丙醇的体积分数：

表三 待测组分中各组分的体积分数

序号 1 2 3 4 5 液相各组分含量（体积分数） 甲醇 异丙醇 24.04 75.96 26.48 73.52 33.52 66.48 38.62 61.38 46.15 53.85 气相各组分含量（体积分数） 甲醇 异丙醇 35.71 64.29 38.38 61.62 48.82 51.18 54.17 45.83 60.48 39.52 查得甲醇的密度??0.792g/ml，异丙醇的密度??0.785g/ml，甲醇的分子量M?32.04g/mol，异丙醇的分子量M?60.10g/mol，所以将其换算为摩尔分数为：

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kk4f.html