二元气液平衡数据的测定Word格式文档下载.docx
《二元气液平衡数据的测定Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二元气液平衡数据的测定Word格式文档下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
i—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、实验仪器及装置
1．平衡釜一台。
2．10mL注射器三支、1.0mL注射器十支、10μL微量进样器两支。
3．气相色谱仪一台。
4．计算机数据采集和处理系统一台。
1——冷凝管
2——气相贮液槽
3——汽相取液口
4——缓冲球
5——提升管
6——回流管
7——加热棒
8——沸腾室
9——液相取液口
10——液相贮液槽
11——平衡室
12——钟罩
13——真空夹套
14——温度计套管
（液相内循环，
汽相外循环）
图1气液平衡釜结构示意图
四、实验步骤
（1）记录实验时的大气压值和室温。
（2）平衡釜中已加入甲醇-乙醇混合液约35mL，打开仪表电源开关，打开冷凝水阀门，调节平衡釜电流为0.1A，至混合液中有气泡冒出,再调至0.20A。
（3）从出现冷凝回流液开始计时，每隔2min记录加热控制仪表温度示数，约稳定回流10min后温度不变达到平衡状态。
（4）用1.0mL小注射器分别取平衡气、液两相样品0.2mL,置于离心管中待分析。
然后用10μL微量进样器取样0.2μL，通过气相色谱仪测平衡的气、液相组成。
（5）加热电流调至0A，待混合液停止沸腾。
（6）用20mL大注射器从平衡釜中取出约10mL的混合液，然后加入约10mL的甲醇。
（7）重复
（2）~（6）操作步骤，再重新建立第2~5次平衡，共完成5组平衡数据点。
（8）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、实验中注意事项
（1）加热电流不能太大，能保持待测液体沸腾即可，以气泡连续、均匀冒出为好，不要过于剧烈，也不要过于缓慢。
（2）实验过程中必须在冷凝管中通入冷却水，以使气相全部冷凝。
样品要回流充分，控制气液平衡要严格，其重要标志是在该条件下沸点相对稳定。
（3）平衡后取气、液相样品不得用时过长，用气相色谱仪测样品组成时要迅速，以避免不同组分挥发速率不一，而影响待测样品组成。
六、实验数据处理
1.平衡状态气液相样品组成（气相色谱仪分析结果）
（原始数据附在报告最后）
表1实验条件记录表
项目
数值
室温/º
C
大气压/kPa
设备号
实验人数
10
103.19
2
3
表2试剂物化性质
试剂名称
无水甲醇
无水乙醇
生产厂家
天津市康科德科技有限公司
科安隆博华（天津）医药化学有限公司
生产批号
130114
20170914
纯度
99.9%
≥99.7%
密度（g/cm3）
0.791-0.793
0.789-0.791
表3色谱分析条件
色谱条件
分析条件
色谱型号
GC-9800
载气
H2
色谱柱
不锈钢填充柱
色谱柱固定相
GDX-104
柱箱温度/º
100
汽化室温度/º
80
检测器温度/º
柱前压/MPa
0.025
进样量/μL
0.2
桥电流/mA
摩尔相对校正因子f’甲醇
1.9051
表4气液平衡取样色谱分析峰面积百分比A%
组号
液相
气相
甲醇A%
乙醇A0%
1-1
18.79258
81.20742
28.77819
71.22181
1-2
20.29553
79.70447
27.89767
72.10233
2-1
43.69566
56.30434
54.83006
45.16994
2-2
44.66777
55.33223
55.86631
44.13369
3-1
61.08641
38.91359
70.75244
29.24756
3-2
61.38967
38.61033
70.45045
29.54955
4-1
74.66567
25.33433
80.38715
19.61285
4-2
74.11291
25.88709
80.67373
19.32627
5-1
81.23128
18.76872
86.70430
13.29570
5-2
81.22941
18.77059
86.95999
13.04001
以第3次平衡状态的第一组数据3-1为例，列出计算过程如下：
气液相样品组成以甲醇的摩尔分数计
（5）
x——甲醇在溶液中的摩尔分数；
f’——甲醇的摩尔相对校正因子；
A0——气相色谱结果中乙醇的峰面积百分比，%；
A——气相色谱结果中甲醇的峰面积百分比，%。
分别代入色谱结果气液相的数据得：
平衡液相中甲醇的摩尔分数
平衡气相中甲醇的摩尔分数
平衡液相中乙醇的摩尔分数x2=1-0.7494=0.2506
平衡气相中乙醇的摩尔分数y2=1-0.8217=0.1783
同理计算其他组数据得到结果列于下表5和表6：
表5平衡状态下气液两相中甲醇的摩尔分数
液相摩尔分数x
气相摩尔分数y
平均液相摩尔分数x
平均气相摩尔分数y
平衡温度T/℃
1
0.3060
0.4350
0.3163
0.4296
75.8
0.3266
0.4243
0.5965
0.6981
0.6013
0.7025
72.5
0.6060
0.7069
0.7494
0.8217
0.7506
0.8206
70.4
0.7518
0.8196
4
0.8488
0.8865
0.8469
0.8874
68.9
0.8451
0.8883
5
0.8918
0.9255
0.9263
68.0
0.9270
表6平衡状态下气液两相中乙醇的摩尔分数
0.6940
0.5650
0.6837
0.5704
0.6734
0.5757
0.4035
0.3019
0.3987
0.2975
0.3940
0.2931
0.2506
0.1783
0.2494
0.1794
0.2482
0.1804
0.1512
0.1135
0.1531
0.1126
0.1549
0.1117
0.1082
0.0745
0.0737
68
0.0730
2.纯组分饱和蒸汽压Pis
采用Antoine公式计算平衡温度下两纯组分的pis，Antoine公式为：
（6）
Pis——物质i在温度T（K）下的饱和蒸气压，kPa
表7纯物质安托尼常数表
组分
A
B
△T/K
甲醇
7.09498
1521.23
-39.18
338~487
乙醇
7.30243
1630.868
-43.569
273~352
以第3组甲醇数据为例
同理计算其他组得到结果列于下表8：
表8平衡状态下两纯物质的饱和蒸气压
甲醇饱和蒸气压Ps/kPa
乙醇饱和蒸气压P0s/kPa
152.81
91.62
135.29
80.10
125.03
73.43
118.10
68.95
114.10
66.38
3.气液平衡数据的关联
低压下气液平衡关系式为：
（7）
以第3组数据为例先计算该组成下两种物质的活度系数
甲醇的活度系数
乙醇的活度系数
同理计算其他组数据得到结果列于下表9：
表9不同组成下甲醇和乙醇的活度系数和平衡数据表
甲醇活度
系数γ1
乙醇活度系数γ2
甲醇液相组成x1
乙醇液相组成x2
甲醇气相组成y1
乙醇气相组成y2
0.9173
0.9396
0.3163
0.6837
0.4296
0.5704
0.8912
0.9611
0.6013
0.3987
0.7025
0.2975
0.9023
1.0107
0.7506
0.2494
0.8206
0.1794
0.9154
1.1011
0.8469
0.1531
0.8874
0.1126
0.9393
1.0597
0.8918
0.1082
0.9263
0.0737
采用Wilson方程关联本实验活度系数和组成的关系。
二元体系的Wilson方程为：
（8）
（9）
Wilson方程二元配偶参数
和
采用非线性最小二乘法，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
用Matlab进行非线性最小二乘法拟合过程如下：
运行程序所得结果如下：
bb=
2.45640.4071
resnorm=
0.0156
residual=
0.0431-0.0176-0.0502-0.0637-0.0498-0.02280.02110.03600.03770.0256
由结果可得：
Λ12=2.4564Λ21=0.4071
误差平方和F=0.0156
以第三组为例，y计=y实-Δy=0.8206-（-0.0502）=0.8708，同理得到其他组气相组成计算值列于下表10：
表10甲醇气相组成的实际值与计算值
y1实
y1计
偏差Δy1
0.3865
0.0431
0.7201
-0.0176
0.8708
-0.0502
0.9511
-0.0637
0.9761
-0.0498
分别采用实验值和计算值作出二元气液平衡相图，如下图2：
图2甲醇
（1）-乙醇
（2）二元气液平衡相图（T-x-y）
七、结果分析及讨论
采用matlab，应用Wilson方程关联实验数据，得出了模型参数Λ12=2.4564，Λ21=0.4071，再求出计算气相组成。
根据本实验数据作出的恒p下的T-x-y图符合常规二元气液平衡相图规律，泡点线以下是纯液相区，露点线以上是纯汽相区，泡点线与露点线之间是汽液共存区。
由图2中甲醇气相组成的实验值和计算值的两条线基本重合，出现一定误差可能有的原因有实验过程中选取的实验点较少；
实验前期操作不够熟练，气相色谱测量时部分数据误差较大；
实验过程中气相易取液相难取，导致两相存在一定的时间差；
测量温度和浓度的仪器本身存在的系统误差。
八、实验中问题及思考
1．待测的混合液浓度是否需要精确计量？
为什么？
答：
不需要，因为在实验中需要得到的数据为平衡时气相和液相的摩尔组成，不需要待测液精确的浓度。
2．体系在达到平衡过程中，溶液出现过热或分馏现象，会使相图图形发生什么变化？
过热将导致液相线向高温处移动，即向上移动；
分馏现象会导致出来的气相组分含有的易挥发成份甲醇偏多，气相点会向易挥发组分那边偏移，即向右偏移。
3．依据实验结果，讨论影响气液平衡测定准确度的因素。
如何避免？
装置的气密性；
平衡温度的测量；
取样时选取合理的取样点。
可以增强装置的气密性并在实验前进行检查；
采用较为精确的手段测量平衡体系的温度；
注意达到气液平衡时取样，气、液两相同时迅速取样。
6．若实验过程中系统漏气，将会对实验结果产生什么影响？
若系统漏气，则体系中的甲醇和乙醇会向外界挥发，且甲醇挥发的速度比乙醇快，那么体系的组成就会不断发生变化，不会达到平衡状态。
7.查阅相关文献，讨论本装置还适合哪些实验体系？
哪些体系更适合于实验教学？
本装置还适合甲醇-异丙醇、醋酸-水、苯-正庚烷等体系。
适合教学应该满足条件：
体系各纯组分的沸点存在一定差别，且沸点不会过高，各组分对人的毒性或刺激性较小。
升级会员 