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：

V

i L i f f ˆˆ=i

s 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 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－

121221

x x Λ+Λ)(4)

ln γ1=－ln(x 2+Λ21x 1)+x 1(121221x x Λ+Λ－

2

12112

x 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 =2

221211((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

序号无水甲醇（体积分数）异丙醇（体积分数）折射率

11000 1.3300

29010 1.3325

38020 1.3409

47030 1.3453

56040 1.3493

65050 1.3562

74060 1.3581

83070 1.3617

92080 1.3639

101090 1.3662

110100 1.3715

表二待测组分测定数据记录

序号温度℃液相折射率气相折射率176.6 1.3631 1.3583276.2 1.3621 1.3572374.2 1.3592 1.3529474.1 1.3571 1.3507573 1.3540 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

序号液相各组分含量（体积分数）气相各组分含量（体积分数）

甲醇异丙醇甲醇异丙醇124.0475.9635.7164.29226.4873.5238.3861.62333.5266.4848.8251.18438.6261.3854.1745.835

46.1553.8560.4839.52

查得甲醇的密度ml g /792.0=ρ，异丙醇的密度ml g /785.0=ρ，甲醇的分子量mol g M /04.32=，异丙醇的分子量mol g M /10.60=，所以将其换算为摩尔分数为：

表四待测组分中各组分的摩尔分率