二元气液相平衡数据的测定【DOC精选】.docVIP

实验一　　二元气液相平衡数据的测定 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