二元气液平衡数据测定

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。

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 ??= i

s i i i V i x f py γφ=? （1） 常压下，气相可视为理想气体，1?=v i

φ；再忽略压力对流体逸度的影响，s i s i p f = 从而得出低压下气液平衡关系式为：

py i =γi s i 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 i

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 －1

21221x 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和Λ21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((j m

j 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、液相输送不返混及不易爆沸等。本实验用双循环的

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、5ml 注射器三支

四、实验步骤

1、测五组二元系统气液平衡标准数据

2、测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中，并将其露出部分中间固定

一支温度计，对温度进行校正

3、查整个系统的气密性，以保证实验装置具有良好的气密性，用与系统相连的

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，硅油

U型管中的两个液注差不变时（说明系统是密闭的），然后再通大气

4、平衡釜内加入一定浓度的无水甲醇-异丙醇混合溶液约20-30ml，打开冷却水，

安放好加热器，接通电源。开始时缓慢加热，冷凝回流液控制在每秒2 ~ 3滴。

稳定地回流约15分钟，以建立平衡状态

5、达平衡后，需要记录下温度计的读数，并用微量注射器分别取气相样品，测

定其折射率，对照标准曲线得出汽相组成

6、依次加入同量的一种纯物质5ml，重新建立平衡，实验重复5次

7、实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据

五、实验注意事项

1、在注射纯物质时要缓慢注入以免溅出，不能用水洗涤仪器

2、在温度维持恒定时要再加热5分钟保证确实达到平衡

六、实验数据

1、原始数据

2、数据处理

七、实验分析与讨论

1、结果讨论

本次实验从结果来看，甲醇组成折光率的测定结果比较准确，制图的分布点成线性分布。

最后甲醇气相组成的计算值和实验值比较存在一定的误差，实验所测数据比计算值大，实验过程中物料置换操作、气液蒸馏时间的长短都是造成误差的原因。

2、误差分析

实验注射样品液时，注射物料的量测量存在误差，且注射时有液体喷出，这使得实验结果产生误差。

在折光率的测定过程中，读数是存在误差不可避免的，这是误差产生的另外一个因素。

仪器本身对实验数据的采集会产生偏差。