二元体系汽液平衡数据测定

6
lg
P2s
=
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 下平衡温度 T、乙醇液相组成 x1 和相应的汽相组成 y1 数据，与附
yi P = γ i xi Pis
（2-1-1）
将实验测得的T − P − xi − yi 数据代入上式，计算出实测的 xi 与 γ i 数据，利用 xi 与 γ i 关
系式（van Laar 方程或 Wilson 方程等）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。
-
1592.864 T + 226.184
lg
P 2s
=
6.85146
-
1206.470 T + 223.136
P1s 和 P2s ---mmHg, T---℃。
(2-1-3) (2-1-4)
4.由得到的活度系数 γ 1 和 γ 2 ，计算 van Laar 方程或 Wilson 方程中参数 (参考文献 1)。
和 ln γ 1 γ2
−
x1
数据，绘出
ln
γ γ
1 2
− x1 曲线，用 Gibbs—Duhem
方程对所得数据进行热力学一致
性检验。其中 van Laar 方程形式如下：
ln γ 1
=
(1 +
A12 A12 x1 ) 2
，
A21 x2
ln γ 2
=
(1 +
A21 A21 x2 )2
（选做）
A12 x1
可列出以下联立方程组：
-0.4590
-0.8620
–1.255
-1.6384
ln P =
A12
P1s (1 + A12 x1 )2
A21 x2
ln P =
A21
P2s (1 + A21 x2 )2
A12 x1
lg
P1s
=
8.1120
-
1592.864 T + 226.184
0.95 0.0047 1.8311 –1.826
温度校正值 ΔT = T真实 + 273.15 × 760 − P0 = 0.08 ℃
10
760
T(760mmHg平衡温度) = 64.99 + 0.08 = 65.07 ℃
（2）由附录，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
2.6556
（4）计算 van Laar 方程中参数
A12
=
ln γ 1 (1 +
x2 ln γ 2 x1 ln γ 1
)2
=
2.19412
A21
=
ln γ 2 (1 +
x1 x2
ln γ 1 ln γ 2
)2
=
2.01215
（5）用 van Laar 方程，计算 x − γ 数据，列于表 2-1-5。
三. 实验装置和试剂
实验装置见图 2-1–1，其主体为改进的 Rose 平衡釜-一汽液双循环式平衡釜（见图 2-1-2）。
改进的 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。
回流
81
回流稳定
9：50 56 65.1
64.95
31
6.6
79
回流稳定
9：52
取样
表 2-1-4 折光系数测定及平衡数据计算结果 测量温度 30.0℃
序号
1
液相样品折光系数 nD
2
3
4
平均
1
汽相样品折光系数 nD
2
3
4
平均
平衡组成
液相
汽相
1 1.3835 1.3835 1.3836 1.3835 1.3835 1.3972 1.3971 1.3972 1.3973 1.3972 0.6781 0.4797
（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 0.051305
-
nD
)]0.5
（2-1-2）
2．开恒温浴--折光仪系统，调节水温到 30 ± 0.1℃。（折光仪的原理及使用方法见附录）
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
录文献数据比较，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。
验时的大气压。用福廷式水银压力计，读取大气压（见附录）。
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，
2
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，四个数据的平均偏差应小于
0.0002，按四数据的平均值，根据式（2-1-2），计算汽相或液相样品的组成。
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
7
5．Wu W L,Zhang Y M,Lu X H et al. Modification of the Furter equation and correlaton of the vapor-liquid equilibria for mixed-solvent electrolyte systems. Fluid Phase Equilibria, 1999,154:301～310 6 ． 陈 维 苗 ， 张 雅 明 . 醇 － 水 － 醋 酸 钾 / 碘 化 钾 体 系 汽 液 平 衡 (J). 高 校 化 学 工 程 学 报,2003,17(2):123~127. 7．陈维苗, 张雅明. 含盐醇水体系汽液平衡研究进展. 南京工业大学学报 [J],2002,24(6):99~106. 8．Gamehling J, Onken H. VLE Data Collection , Aqueous-organic system Vol 1,part 1. Germany：DECHEMA, 1977
8．改变釜中溶液组成(添加纯乙醇或纯环己烷)，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
表 2-1-1 改进的 Rose 釜操作记录
日期
室温
℃
大气压 mmHg
实验 序号
投料量 时间
加热 电压 (V)
平衡釜温度（℃）
环境温度 露茎高度 冷凝液滴速
热电偶 水银温度计 （℃） （℃）
表 2-1-5 用 van Laar Eq.，计算 x − γ 数据结果
x1
0.05
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
ln γ 1
1.9624 1.7455
1.3548
1.0192 0.7357 0.5021
0.3159
0.1747
0.0763
0.0188
ln γ 2
0.0059 0.0235
实验 1 二元体系汽液平衡数据测定
一. 实验目的
1.了解二元体系汽液相平衡数据的测定方法，掌握改进的 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T − P − xi − yi 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.掌握恒温浴使用方法和用阿贝折光仪分析组成的方法。
1
（2）测量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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；
图 2-1–1 VLE 实验装置
图 2-1-2 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
van Laar 方程参数，按式（2-1-5）和式（2-1-6）。
A12
=
ln γ 1 (1 +
x2 x1
ln γ 2 ln γ 1
)2
（2-1-5）
A21
=
ln γ
2 (1 +
x1 x2
ln γ 1 ln γ 2
)2
（2-1-6）
5．用 van Laar 方程或 Wilson 方程，计算一系列的 x1 − γ 1 ,γ 2 数据，计算 ln γ 1 − x1 、ln γ 2 − x1