二元汽液平衡数据
二元系统汽液平衡数据的测定(精)
实验三二元系统汽液平衡数据的测定实验概括在化学工业中，蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据，本实验就是利用双循环汽液平衡器测定的二元汽液平衡数据。
它对提供最佳化的操作条件，减少能源消耗和降低成本等，都有重要意义。
A实验目的⏹了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元汽液平衡数据的方法。
⏹了解缔合系统汽-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。
⏹学会二元汽液平衡相图的绘制。
B 实验原理 蒸馏循环线循环法测定汽液平衡数据的基本原理示意图 当体系达到平衡时，a 、b 容器中的组成不随时间的变化而变化，这时从a 和b 两容器中取样分析，可得到一组汽液平衡试验数据。
baC预习与思考⏹为什么即使在常低压下，醋酸蒸气也不能当作理想气体看待？⏹本实验中气液两相达到平衡的判据是什么？⏹设计用0.1mol/LNaOH标准液测定气液两相组成的分析步骤、并推导平衡组成计算式？⏹如何计算醋酸-水二元系的活度系数？⏹为什么要对平衡温度作压力校正？⏹本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生？如何防止暴沸发生？D实验装置与流程（一）本实验采用改进的Ellis气液两相双循环型蒸馏器，如图所示。
D实验装置与流程（二）⏹改进的Ellis蒸馏器测定汽液平衡数据较准确，操作也简单，但仅适用于液相和气相冷凝液都是均相的系统。
温度测量用分度为0.1℃的水银温度计。
⏹平衡釜加热下方是一个磁力搅拌器，用以加热时搅拌液体；另还有一个电子控制装置，用以调节加热电压及上下两组电热丝保温的加热电压。
⏹分析测试汽液组成时，用化学滴定法。
E实验步骤及方法（一）⏹（1）加料从加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。
⏹（2）加热调节电压150~200V左右，开启磁力搅拌器，缓慢加热至釜液至沸，分别接通上、下保温电源，电压调节在10~15V.⏹（3）控温溶液沸腾，气相冷凝液出现，直到冷凝回流。
气相温度控制在比平衡温度高0.5~1 ℃左右。
二元系统汽液平衡数据的测定专业实验-彭阳峰
四、数据处理的思路与技巧
醋酸－水二元系统汽液平衡数据的关联
2HAc ( HAc) 2
缔合平衡常数 P K 2 22 2 2 P 1 1 汽液平衡关系
ˆ P f A 1 n1 1 n1 n2 nH 2O
四、数据处理的思路与技巧
醋酸－水二元系统汽液平衡数据的关联 醋酸缔合平衡常数与温度T的关系
lg K2 10.4205 3166/ T
由组分逸度系数定义
f A pyA A p1
K2 / p
0 2
0 1
0 2 1
A 1 / y A H O H O / yH O
2 2 2
考虑实际情 况，可得：
0 10 2 1
K2 p
平衡浓度的计算
WHAc
VNaOH C NaOH 60.0 m样品
VNaOH : 消耗NaOH体积, m l C NaOH : NaOH标准溶液浓度， m ol/ L m样品：汽相或液相样品滴定 质量，g
四、数据处理的思路与技巧
参数 将 tP ,WHAc气，WHAc液输入计算机，计算表中
用0.1mol/L的标准NaOH溶液滴定到酚酞变粉红色，记录消耗 的NaOH体积，ml.。
计算汽相样品的醋酸的质量百分数。
思考与讨论 4，如何计算醋酸－水二元系的活度系数？ 参见数据处理部分 5，为什么要对平衡温度进行压力校正？ 答：为了将平衡数据校正到标准大气压下，方便进行比较。 6，本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生？如 何防止暴沸现象发生？ 答：本实验装置加蛇管防止闪蒸，加上下保温防止精馏，加 磁力搅拌防止暴沸现象发生。
一、实验项目的来源与技术背景
二元气液相平衡数据的测定
二元气液相平衡数据的测定摘要：气液相平衡关系是精馏、吸收等单元操作的基础数据，随着化工生产的不断发展，现有气液相平衡数据远不能满足需求，许多物质的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。
平衡数据实验测定方法以循环法应用最为广泛。
本实验采用ellis 平衡釜，釜外具有真空夹套保温，可观察釜内的实验现象，在少量样品的情况下，能够迅速地测得平衡数据。
关键词：二元气液相平衡，循环法，苯，乙醇abstract: gas liquid equilibrium relationship is distillation, absorption unit operation of basic data, with the continuous development of chemical production, the existing gas liquid equilibrium data far cannot satisfy the demand, many material balance data, it is difficult to directly obtained by theory, must by experimental determination. balance data experimental determination method to cycle method used the most widely. this experiment using ellis balance kettle, still outside with vacuum jacketed insulation, can be observed in the kettle experimental phenomenon, in a small amount of sample cases, can quickly measure balance data.keywords: two sap liquid balance, circulation method, stupid, ethanol中图分类号： n941.8文献标识码：a 文章编号：1前言循环法测定气液相平衡的原理：如图1，图中a为盛有二元溶液的蒸馏器，b为逸出蒸汽经完全冷凝后的收集器。
二元气液相平衡数据的测定
二元气液相平衡数据的测定摘要：气液相平衡关系是精馏、吸收等单元操作的基础数据，随着化工生产的不断发展，现有气液相平衡数据远不能满足需求，许多物质的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。
平衡数据实验测定方法以循环法应用最为广泛。
本实验采用ellis 平衡釜，釜外具有真空夹套保温，可观察釜内的实验现象，在少量样品的情况下，能够迅速地测得平衡数据。
关键词：二元气液相平衡，循环法，苯，乙醇abstract: gas liquid equilibrium relationship is distillation, absorption unit operation of basic data, with the continuous development of chemical production, the existing gas liquid equilibrium data far cannot satisfy the demand, many material balance data, it is difficult to directly obtained by theory, must by experimental determination. balance data experimental determination method to cycle method used the most widely. this experiment using ellis balance kettle, still outside with vacuum jacketed insulation, can be observed in the kettle experimental phenomenon, in a small amount of sample cases, can quickly measure balance data.keywords: two sap liquid balance, circulation method, stupid, ethanol中图分类号： n941.8文献标识码：a 文章编号：1前言循环法测定气液相平衡的原理：如图1，图中a为盛有二元溶液的蒸馏器，b为逸出蒸汽经完全冷凝后的收集器。
二元汽液平衡数据
一、实验目的1．测定甲醇—乙醇二元体系在常压下的气液平衡数据，绘制相图。
2．通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。
3．掌握气相色谱仪的操作。
4．应用Wilson方程关联实验数据。
二、实验原理气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。
化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的设计、改造以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。
化工生产过程均涉及相间物质传递，故气液平衡数据的重要性是显而易见的。
随着化工生产的不断发展，现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物系的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。
相平衡研究的经典方法是首先测定少量的实验数据，然后选择合适的模型关联，进而计算平衡曲线；这其中，最常用到的是状态方程法和活度系数法。
气液平衡数据实验测定方法有两类，即间接法和直接法。
直接法中有静态法、流动法和循环法等。
其中以循环法应用最为广泛。
若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜的选择是关键。
现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。
平衡釜的选择原则是易于建立平衡、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。
用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。
本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜液体和气体分别形成循环系统，可观察釜的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快。
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。
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：f i L =f i V ................................................(1) φi py i =γi f i 0x i (2)常压下，气相可视为理想气体，фi =1；再忽略压力对液体逸度的影响，f i =p i 0从而得出低压下气液平衡关系式为：py i =γi p i 0x i (3)式中p ——体系压力（总压）；p i 0——纯组分I 在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（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。
二元系统汽液平衡数据测定实验讲义
二元系统汽液平衡数据的测定在化学工业中，蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据，此数据对提供最佳化的操作条件，减少能源消耗和降低成本等，都具有重要的意义。
尽管有许多体系的平衡数据可以从资料中找到，但这往往是在特定温度和压力下的数据。
随着科学的迅速发展，以及新产品，新工艺的开发，许多物系的平衡数据还未经前人测定过，这都需要通过实验测定以满足工程计算的需要。
此外，在溶液理论研究中提出了各种各样描述溶液内部分子间相互作用的模型，准确的平衡数据还是对这些模型的可靠性进行检验的重要依据。
1 实验目的(1)了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元汽液平衡数据的方法；(2)了解缔合系统汽–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；Array(3)学会二元汽液平衡相图的绘制。
2 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。
本实验采用的是广泛使用的循环法，平衡装置利用改进的Rose 釜。
所测定的体系为乙酸（1）—水（2）,样品分析采用气相色谱分析法。
以循环法测定汽液平衡数据的平衡器类型很多，但基本原理一致，如图2–1所示，当体系达到平衡时，a、b容器中的组成不随时间而变化，这时从a和b两容器中取样分析，可得到一组汽液平衡实验数据。
3 实验装置与试剂实验装置见图3-1，其主体为改进的Rose 平衡釜-一汽液双循环式平衡釜。
改进的Rose 平衡釜汽液分离部分配有热电偶（配数显仪）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。
分析仪器：气相色谱实验试剂: 乙酸（分析纯）, 去离子水图3-1 改进的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4 预习与思考(1)为什么即使在常低压下，醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待？(2)本实验中气液两相达到平衡的判据是什么？(3)如何计算醋酸-水二元系的活度系数？5 实验步骤及方法：(1) 加料：从加料口加入配制好的醋酸–水二元溶液，接通平衡釜内冷凝水。
化工专业实验全解
实验一二元气液平衡数据测定实验一. 实验目的1了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统汽液平衡数据的方法。
2．通过实验了解平衡釜的构造，掌握汽液平衡数据的测定方法和技能。
3．掌握二元系统平衡相图的绘制。
二. 设备的主要技术数据(一)平衡釜（如图一所示）(二)物系 (乙醇─正丙醇)1.纯度:分析纯. 乙醇沸点: 78.3℃; 正丙醇沸点:97.2℃.2.折光指数与溶液浓度的关系见表1。
对30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算:Ｗ＝58.844116－42.61325 ×nD其中Ｗ为乙醇的质量分率; nD为折光仪读数 (折光指数).由质量分率求摩尔分率(ＸＡ):乙醇分子量ＭＡ＝46; 正丙醇分子量ＭB＝60BAAAAAAMWMWMWX)](1[)()(-+=三. 实验设备的基本情况实验设备流程示意图: 见图一所示.四. 实验方法及步骤1.将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴(用户自备)调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃).2.测温管内倒入甘油，将标准温度计插入套管中。
3.配制一定浓度(体积浓度10％左右)的乙醇─正丙醇混合液(总容量50毫升),然后倒入平衡釜中。
4.打开冷凝器冷却水,接通电源缓慢加热，冷凝回流液控制在每秒2-3滴。
稳定回流20分钟，以建立平衡状态。
5.达到平衡时停止加热，用微量注射器分别取两相样品用阿贝折光仪分析其组成。
6.从釜中取出6毫升液体后，在补充6毫升的乙醇溶液，重新建立平衡。
7. 所加溶液视上一次的平衡温度定，以免实验数据点分布不均。
8. 检查数据合理后, 停止加料并将将加热电压调为零。
停止加热后10分钟,关闭冷却水,一切复原。
五. 使用本实验设备应注意事项1. 本实验过程中要特别注意安全,实验所用物系是易燃物品,操作过程中避免洒落以免发生危险。
2. 本实验设备加热功率由电位器来调解,固在加热时应注意加热千万别过快,以免发生爆沸(过冷沸腾),使液体从平衡釜冲出,若遇此现象应立即断电。
二元系统气液平衡数据测定
化工专业实验报告实验名称：二元系统气液平衡数据测定学院：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：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等，即逸度相等，其热力学基本关系为：Vi L i f f ˆˆ=is i i i V i x f py γφ=ˆ(1)常压下，气相可视为理想气体，1ˆ=v i φ；再忽略压力对液体逸度的影响，0i i p f =从而得出低压下气液平衡关系式为：py i =γi s i p ix (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si 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－121221x 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=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F =2221211((jmj 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、液相不返混及不易爆沸等。
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序号
时间
平衡温度/℃
实验操作
实验现象
备注
1
13:14
67.7
抽取8mL混合液，加入8mL乙醇
沸腾
\
2
14:18
69.8
抽取8mL混合液，加入8mL乙醇
沸腾
\
3
14:37
71.5
抽取8mL混合液，加入8mL乙醇
沸腾
\
4
14:57
73.1
抽取8mL混合液，加入8mL乙醇
53.84
\
5
5-1
0.801
2.041
23.83
74.82
0.747
1.928
34.76
64.31
\
5-2
0.821
2.084
23.37
75.12
0.765
1.981
34.52
64.31
\
实验数据处理：（至少以一组数据为例写出详尽计算过程）
1．气相色谱仪分析结果
两相样品成分分析采用GC9800型气相色谱仪分析。热导检测器配以色谱数据处理机计算峰面积，采用修正面积归一化定量，定量校正因子在实验取样操作条件下测定。气、液相样品组成以甲醇的摩尔分数均
yt乙醇平均
1
67.7
0.9208
0.0792
2
69.8
0.8328
0.1672
3
71.5
0.7384
0.2616
4
73.1
0.6360
0.3640
5
74.6
0.5330
0.4670
纯乙醇
78.4
0
1
纯甲醇
64.7
1
0
表8气液平衡时液相中甲醇、乙醇的平均摩尔分数表
序号
平衡温度/℃
同理可以得到其他平衡温度时甲醇和乙醇的活度系数，见表8。
表8不同平衡温度下各组分活度系数
温度/℃
甲醇活度系数
乙醇活度系数
67.7
0.9519
0.8765
69.8
0.9300
0.8884
71.5
0.9220
0.8933
73.1
表1实验条件记录
实验名称
二元汽液平衡数据的测定
实验人
宋佳音
同组人
杜岩、刘春晓
实验日期
2017年5月10日
实验时间
13:00
实验地点
50楼B-316
实验人数
3
天气
晴
大气压/kPa
100.45
室温/℃
25.0
设备号
1
表2试剂物化性质
试剂名称
结构简式
沸点/℃
分子量
纯度
密度(g/cm3)(20℃)
生产厂商
生产批号
55.21
0.718
2.010
56.37
42.66
\
3-2
0.705
2.098
41.71
56.25
0.753
2.035
56.63
42.16
\
4
4-1
0.774
2.060
31.84
66.61
0.757
2.030
44.56
54.41
\
4-2
0.785
2.046
31.32
67.37
0.749
2.056
44.70
0.7369
0.7384
2
0.7400
液相
1
0.6234
0.6173
2
0.6111
4
73.1
气相
1
0.6344
0.6360
2
0.6376
液相
1
0.5032
0.4997
2
0.4963
5
74.6
气相
1
0.5339
0.5330
2
0.5322
液相
1
0.4030
0.4001
2
0.3973
表7气液平衡时气相中甲醇、乙醇的平均摩尔分数表
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
……………………………….………(4)
计算出不同组成下的活度系数。
三、实验试剂和仪器
1．无水甲醇（分析纯）、无水乙醇（分析纯）。
2．平衡釜一台。
3．10mL注射器三支、1.0mL注射器十支、10μL微量进样器两支。
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。
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：
fiL=fiV…………………………………………(1)
1521.23
-39.18
338-487
乙醇
7.30243
1630.868
-43.569
273-352
表7甲醇及乙醇在各平衡温度下的纯组分饱和蒸气压
温度/℃
甲醇饱和蒸气压A0/kPa
乙醇饱和蒸汽压B0/kPa
67.7
112.7936
65.5364
69.8
122.2208
71.6083
71.5
图3甲醇-乙醇二元气液平衡相图
2．纯组分饱和蒸汽压0
采用Antoine公式算出平衡温度下两纯组分的0，Antoine公式为：
lgPi0=Ai– Bi/(Ci+t)∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙（5）
表6纯物料安托尼常数
组分
A
B
C
△T/K
甲醇
7.09498
φipyi=γifi0xi………………………………………(2)
常压下，气相可视为理想气体，фi=1；再忽略压力对液体逸度的影响，fi=pi0从而得出低压下气液平衡关系式为：
pyi=γipi0xi…………………………………………(3)
式中
p——体系压力（总压）；
pi0——纯组分I在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（Antoine）公式计算；
130.3211
76.8637
73.1
138.3449
82.1022
74.6
146.2329
87.2820
3．气液平衡数据的关联
根据公式(4)可以计算出不同组成的活度系数。
以序号2样品数据为例：
甲醇活度系数 100.45*0.8775/（122.2208*0.8004）=0.9010
乙醇活度系数 100.45*0.1225/（71.6083*0.1996）=0.8609
桥电流/mA
100mA
摩尔校正因子f*甲醇
2.1191
表5甲醇-乙醇汽液平衡平衡色谱分析数据记录表
序号
液相
气相
备注
保留时间/min
色谱峰面积百分比A%
保留时间/min
色谱峰面积百分比A%
甲醇
乙醇
甲醇
乙醇
甲醇
乙醇
甲醇
乙醇
1
1-1
0.711
2.118
72.80
24.65
0.622
2.140
83.19
15.23
(1)求平衡温度时，液相样中的甲醇的质量分数及摩尔分数
由表2-1样品气相色谱数据记录表，我们分别可知序号2（平衡温度为69.8℃）的两次液相取样的甲醇-乙醇混合物中的甲醇和乙醇的峰面积百分比：
第一组：A甲醇=56.09A乙醇=42.44
第二组：A甲醇=55.75A乙醇=42.56
已知甲醇对乙醇的相对校正因子为f*甲醇=2.1191，为方便计算，设f*乙醇= 1。
4．气相色谱仪一台。
5．计算机数据采集和处理系统一台。
图2小气液平衡釜示意图
1—磨口；2—气相取样口；3—气相贮液槽；4—连通管；5—缓冲球；6—回流管；7—平衡室；8—钟罩；9—温度计套管；10—液相取样口；11—液相贮液槽；12—提升管；13—沸腾室；14—加热套管；15—真空夹套；16—加料液面
8．采用10mL大注射器从平衡釜中取出~8mL的混合液，然后加入等量的乙醇。
9．重复4~8操作步骤，重新建立平衡，完成5组平衡数据点。
10．实验完毕，关闭水源、电源。回收废旧试剂，实验物品放回原位。实验数据交由指导教师签字。
五、实验数据记录和处理
实验数据记录：
1．记录条件，包括室温，大气压值，设备号，组号，试剂物化性质等。
表6气液平衡时甲醇的质量分数和摩尔分数结果表
序号
平衡温度/℃
状态
组号
nt甲醇
nt甲醇平均
1
67.7
气相
1
0.9205
0.9208
2
0.9212
液相
1
0.8622
0.8615
2
0.8608
2
69.8
气相
1
0.8324
0.8328
2
0.8331
液相
1
0.7369
0.7360
2
0.7352
3
71.5
气相
1
一、实验目的
1．测定甲醇—乙醇二元体系在常压下的气液平衡数据，绘制相图。
2．通过实验了解平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。