自动气液平衡数据测定实验指导

二元气液平衡数据的测定

一、 实验目的

1． 测定苯—正庚烷二元体系在常压下的气液平衡数据。

2． 通过实验了平衡釜的结构，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。 3． 绘制汽液平衡曲线t—x—y图。

二、 实验原理

其热力学基本关系为：

fiL=fiV……………………………………….(1) φipyi=γifi0xi

常压下，气相可视为理想气体，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为：

pyi=γipi0xi…………………………………(2)

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； 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

xipi………………………………..(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：

lnγ1=-ln(x1 12x2) x2

(

12 21

)

x1 12x2x2 21x1

………(4)

(x2 21x1) x1(

lnγ2=-ln

21 12

)

x2 21x1x1 12x2………(5)

Wilson方程二元配偶参数 12和 21采用非线形最小二乘法,由二元气液平衡数据回归而得。 目标函数选为气相组成误差的平方和,即

F=

j 1

m

(y1实-y1计)2j+(y2实-y2计)2j…………………………………(6)

三、 实验装置和试剂

实验装置图见图1。

图1.汽液平衡实验装置

平衡釜一台 标准温度计一支 U型压力计 气压球

所用试剂（苯、正庚烷）为优级品。

四、 实验步骤

1. 将测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中。

2. 检查整个系统的气密性，以保证实验装置具有良好的气密性，将气压球与三通管连接好，与大

气相通，用手压瘪气压球，然后开启气压球所连小阀直通系统，抽气使设备处于负压状态，U型管压力计的液面升起，在一定值下停止。注意操作不能过快，以免将U型管液体抽入系统。关闭气压球所连小阀，停10分钟，U型管内液体位差不下降为合格。开启气压球所连小阀，使系统直通大气。

3. 由于实验测定的是常压下的气液平衡数据，读取当天实验室的大气压值。

4. 平衡釜内加入一定浓度的苯—正庚烷混合液约20—30毫升，打开冷却水，安放好加热器，接

通电源。

5. 开启开关，仪表有显示。顺时间针方向调节电流给定旋钮，使电流表有显示后，给定温度控制

的数值。开始时加热电流给到0.1A加热，5分钟后给到0.2A，再等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15分钟左右，以建立平衡状态。

6. 到平衡后，需要记录下温度计的读数，并用微量注射器分别取两相样品，测定其含量，确定样

品的组成。关掉电源，拿下加热器，釜液停止沸腾。

7. 注射器从釜中取出2～5毫升的混合液，然后加入同量的一种纯物质，重新加热建立平衡。加

入那种物质，可以依据你上一次的平衡温度而定，以免实验点分布不均。本实验是降温操作，取出的混和液5毫升，加入苯7毫升，实验重复5次。 8. 实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。 注：

(1)使用苯—正庚烷做实验时，用阿贝折光仪分析。 (2)使用正己烷—正庚烷做实验时，用气相色谱仪分析。

五、 实验数据处理及结论

纯组分在常压下的沸点

苯：80.4 ℃ 正庚烷：98.4℃ 1、将测得的含量以及温度值甜如表中。

2、以温度为纵坐标，苯含量为横坐标绘制汽液平衡曲线图（t—x—y图）

六、 思考题

（1）实验中怎样判断气液两相已达到平衡？ （2）影响气液平衡测定准确度的原因有那些？