二元气液平衡数据测定思考题

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。

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：

L f V fii

Vpy fsx （1） iiiii

v 1；再忽略压力对流体逸度的影响，常压下，气相可视为理想气体， ifis pis 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） s

xipi

计算出不同组成下的活度系

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

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。

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：

L f V fii

Vpy fsx （1） iiiii

v 1；再忽略压力对流体逸度的影响，常压下，气相可视为理想气体， ifis pis 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） s

xipi

计算出不同组成下的活度系

二元液系相图

一、实验目的

1.测定在常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图。 2.掌握阿贝折射仪的使用方法。 二、实验原理

在恒压下，完全互溶双液体系的沸点与成分关系有下列三种情况：

（1）溶液的沸点介于二纯组分沸点之间；

（2）溶液有最高恒沸点，即对拉乌尔定律发生负偏差的溶液； （3）溶液有最低恒沸点，即对拉乌尔定律发生正偏差的溶液

图1 简单完全互溶双液系的T-x图

图2 具有最高恒沸点的T-x图

图3 具有最低恒沸点的T-x图

配制一系列不同组成的环己烷—乙醇溶液，然后测定其相应的折光率，由此可绘出组成—折射率的标准曲线。

测定混合液近似组成所对应的液相和气相折射率，通过标准曲线可以查出该温度下气液二相平衡时折射率所对应的环己烷组成，通过此方法再找出其他混合液近似组成的折射率所对应的环己烷组成，这样测得若干组数据后，以环己烷的组成x为横坐标，温度T为竖坐标作图，将气相点和液相点用光滑的曲线连成气相线和液相线，即得T-x图。 气液组成的折光率可用阿贝折射仪来测定。 三、仪器与试剂

阿贝折射仪，铁架台，沸点测量仪，沸点仪， 50mL量筒一个，

10mL刻度移液管各2支、试剂瓶若干、，长取液管，短取液管。

环己烷，无水乙醇，重蒸馏水

三元液液平衡数据测定

一、实验目的：

1. 了解三元系统液--液平衡数据测定方法，测定醋酸–水–醋酸乙烯酯在 25℃下的液液平衡数据。

2.掌握中和滴定法实验技能，学会计算醋酸分别在水相和油相的质量分数。 二、实验原理：

三元液液平衡数据的测定，有直接和间接两种方法。直接法是配制一定组成的三元混合物，在恒温下充分搅拌接触，达到两相平衡。静置分层后，分别测定两相的溶液组成，并据此标绘平衡结线。此法可以直接获得相平衡数据，但对分析方法要求比较高。

间接法是先用浊点测出三元体系的溶解度曲线，并确定溶解度曲线上各点的组成与某一可检测量的关系，然后再测定相同温度下平衡结线数据，这时只需根据溶解度曲线决定两相的组成。

本实验采用间接法测定醋酸、水、醋酸乙烯酯这个特定的三元系的液--液平衡数据。

三、实验装置基本情况：

1.实验用三元系包括醋酸、醋酸乙烯酯及去离子水，其物理常数如表1、表2。

表1 实验物系的物理常数

品名 醋酸 醋酸乙烯酯 水 沸点（℃） 118 72.5 100 密度（kg/m3） 1049 931.2 997.0 表2 HAc-H2O-VAC三元系液液平衡溶解度数据表（298K）

序号 1 2 3 4 5 6 Hac 0.05

习题

79-1. 高压氧瓶：P?1.3?10Pa，V?30L，每天用P1?1.0?10Pa，

5V1?400L，为保证瓶内P??1.0?106Pa，能用几天？

解：根据题意

pV??RT，p1V1??1RT，可得：

（1.3?107?30-1.0?106?30）（/1.0?105?400）?9

9-2. 长金属管下端封闭，上端开口，置于压强为P0的大气中。在封闭端加热达T1?1000K，另一端保持T2?200K，设温度沿管长均匀变化。现封闭开口端，并使管子冷却到100K，求管内压强。

解：根据题意管子一端T1?1000K，另一端保持T2?200K，所以函数

T?200?kx 其中k?800 。 l?R??l0lpS200?800p0VpS1dl?p0S?dx?0ln?ln50T（200?kx）k200800pV当封闭开口端，并使管子冷却到100K时，?R?

100p0ln5 两式相等，所以P?8

9-3. 氢分子的质量为3.3?10??24g，如果每秒有1023个氢分子沿着与容器器

2壁的法线成45角的方向以10cm/s的速率撞击在2.0cm面积上(碰撞是完全弹性的)，则器壁所承受的压强为多少？

5解：根据气体压强公式：

Fn2mvcos

习题9

9-1．在容积?V?3L的容器中盛有理想气体，气体密度为=1.3g/L。容器与大气相通排出一部分气体后，气压下降了0.78atm。若温度不变，求排出气体的质量。

解：根据题意，可知：

P?1.78atm，

P0?1atm，V?3L。

由于温度不变，∴PV?PV00，有：

VPV0?P?1.7?8L3， 0那么，逃出的气体在1atm下体积为：V'?1.78?3L?3L?0.78L，

这部分气体在1.78atm下体积为：

V''?PV0'P?0.78?3L1.78

则

排

除

的

气

体

的

质

量

为

：

?m??V''?1.3g0.78?3LL?1.78?1.7g 。

根据题意

pV??R，T可得：

pV?mMR，T1VMRT?pm?p?

9-2．有一截面均匀的封闭圆筒，中间被一光滑的活塞分割成两边。如果其中的一边装有0.1kg某一温度的氢气，为了使活塞停留在圆筒的正中央，则另一边装入的同一温度的氧气质量为多少？

解：平衡时，两边氢、氧气体的压强、体积、温度相同，利用

pV??RT，知两气体摩尔数相同，即：

?mH??，∴

HmOM?O，代入数据有：

HMOmO?1.6kg 。

9-3．如图所示，两容器的体积相同，装有相同质量的氮气和氧气。用一内壁光滑的水平细玻璃管相通，管

第九章习题

759-1. 高压氧瓶：P?1.3?10Pa，V?30L，每天用PV1?400L，为保证瓶内P??1.0?106Pa，1?1.0?10Pa，能用几天？

解：根据题意

pV??RT，p1V1??1RT，可得：

（1.3?107?30-1.0?106?30）（/1.0?105?400）?9

9-2. 长金属管下端封闭，上端开口，置于压强为P0的大气中。在封闭端加热达T1?1000另一端保持T2?200K，K，设温度沿管长均匀变化。现封闭开口端，并使管子冷却到100K，求管内

解：根据题意管子一端T1?1000K，另一端保持T2?200K，所以

压强。

函数T?200?kx 其中k?800 。 llp0S200?800p0VpS1?R??dl?p0S?dx?ln?ln5当封闭开口端，并使管子冷却到

0T0（200?kx）k200800pV?R?100K时，

100p0ln5 两式相等，所以P?8l

23?5?249-3. 氢分子的质量为3.3?10g，如果每秒有10个氢分子沿着与容器器壁的法线成45角的方向以10cm/s的速率撞击在2.0cm面积上(碰撞是完全弹性的)，则器壁所承受的压强为多少？ 解：根据气体压强公式：

2p?Fn2

河北化工医药职业技术学院教案

二、气液相平衡关系

平衡状态：在一定压力和温度下，当吸收和解吸速率相等时，气液两相达到平衡。 相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡时，吸收质在气相和液相中的浓度关系 1．气体在液体中的溶解度 （图8-1）

平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号pA表示；溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度；它们之间的关系称为相平衡关系。

结论：①在相同的吸收剂、温度和分压下，不同溶质的溶解度不同;②分压一定时，温度越低，则溶解度越大。较低的温度有利于吸收操作;③温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。较高的分压有利于吸收操作;④加压和降温对吸收操作有利。 2．亨利定律 （1）亨利定律

亨利定律内容：在总压不太高，温度一定的条件下，稀溶液上方溶剂的平衡分压pA与溶质在液相中的摩尔分数xA成正比，比例系数为亨利系数E。

即： pA?ExA 形式一 E——亨利系数， Pa

讨论：①E的来源：实验测得，查手册

②E的影响因素：溶质、溶剂、T。物系一定时， T??E?③亨利系数表示气体溶解的难易程度。E大的，溶解度小，难溶气体；E小的，溶解度大，易溶气体。 （2）亨利定律的其它形式

① 溶质在液相中的浓

双液系的气-液平衡相图

一、实验目的

1. 掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法； 2. 掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法； 3. 绘制在恒压下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。

二、实验原理

两种液态的物质混合而成的二组分体系称为双液系。它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。体系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。在恒压下做温度T对组成x的关系图即为T-x图。

由相律可知，对于双液系在恒压下气-液两相共存区域中，自由度为1。当温度一定时，气-液两相的相对组成也就有了确定值。根据杠杆原理，两相的相对量也确定了。因此实验测定一系列不同组成的双液系溶液的气-液相平衡时的沸点及此时气相和液相的组成，即可得T-x图。因此双液系气-液平衡相图实验主体上包括一系列混合体系的沸点测定和气-液相组成分析两个主要内容。

体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图7.2所示。采用电热丝直接加热溶液，以防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馏等优点。

体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析方法。以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。由于环己烷和乙醇两者的