二元气液相平衡数据的测定(精).doc
《二元气液相平衡数据的测定(精).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《二元气液相平衡数据的测定(精).doc(4页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
2-2 二元气液相平衡数据的测定
(验证性实验)
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,现有气液平衡数据远不能满足需要。
许多物质的平衡数据很难由理论计算直接得到,必须由实验测定。
平衡数据实验测定方法有两类,即直接法和间接法。
直接法中又有静态法、流动法和循环法等。
其中循环法应用最为广泛。
若要测定准确的气液平衡数据,平衡釜是关键。
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。
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,可观察釜内的实验现象,且样品用量少,达到平衡速度快,因而实验时间短。
一.实验目的
1.测定正己烷-正庚烷二元体系在101.325kPa下的气液平衡数据。
2.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。
3.应用Wilson方程关联实验数据。
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1-1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。
蒸汽循环线
A B
液体循环线
图1-1平衡法测定气液平衡原理图
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:
(1)
常压下,气相可视为理想气体,;再忽略压力对流体逸度的影响,从而得出低压下气液平衡关系式为:
pyi=γi
(2)
式中,p——体系压力(总压);
——纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压,可用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
(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+Λ12x2)+x2(-)(4)
lnγ1=-ln(x2+Λ21x1)+x1(-)(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
=(6)
三.实验装置和试剂
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1-2所示。
图1-2 双循环平衡釜示意图
2.气相色谱仪一台。
3.50~100℃十分之一的标准温度计一支。
4.所用试剂(正庚烷、正己烷)为分析纯试剂。
四.实验步骤
1.开启色谱仪。
色谱条件:
固定相采用80~100目HDG203,柱长1m,柱径φ2mm,柱温为110℃,热导池检测器。
2.测定物料纯度。
用在20℃下折光率或色谱分析检测。
3.测温套管中倒入甘油,将标准温度计插入套管中,并在温度计露出介质部分中间固定一支温度计。
4.将100ml针筒与系统相连,抽出或打入一定量气体,控制系统压力为101.325kPa。
5.在干燥的平衡釜内加入一定浓度的正己烷-正庚烷溶液约20ml。
打开冷却水,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20min,以建立平衡状态。
6.达到平衡后停止加热,用微量注射器分别取两相样品,用色谱分析测定其组成。
7.取样后用5ml注射器从釜中取出4ml溶液,然后加入同量的一种纯物料,重新建立平衡。
加入何种物料,视上一次平衡温度而定,以免各实验点分布不均。
五.实验数据处理
将实验测得的平衡数据以表格形式列出;用Wilson方程求得配偶参数,再求出气相组成,并与实验值进行比较。
有实验值和计算值作出温度—组成图(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因素有那些?
3.为什么要确定模型参数,对实际工作有何作用?
参考文献
[1]JGmehing.VLEDataCollection,Vol1,1977
[2]HalaE.VapourLiquidEquilubrium,1967
[3]崔志娱等.石油化工.1986,15(9):
528
[4]王关勤等.化学工程.1989,17(4):
68