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一 实验目的
了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。
了解缔合系统汽—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。
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。
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。
图1 平衡法测定气液平衡原理图
当达到平衡时,除了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)
?lnγ2=-ln(x2+Λ21x1)+x1( -) (5)
Wilson方程二元配偶函数Λ12和Λ21采用非线性最小二乘法,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
=
三 主要仪器设备与实验装置流程图:
1.平衡釜一台 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 5.所用试剂(无水甲醇、异丙醇)为分析纯试剂。
6.1ml注射器4支、5ml注射器1支。
四 实验内容及操作步骤
1、实验标准曲线绘制
配制不同浓度的甲醇溶液,异丙醇作为稀释剂。
浓度有1,0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0。
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、实验数据的处理
1、绘制异丙醇的标准折射率图
表5-1、二元系统气液平衡标准数据
序号
异丙醇体积分数%
折光率
1
100
1.3718
2
90
1.3675
3
80
1.3670
4
70
1.3645
5
60
1.3620
6
50
1.3550
7
40
1.3539
8
30
1.3458
9
20
1.3449
10
10
1.3365
11
0
1.3298
根据表5-1的数据,以异丙醇所占的体积百分数为横坐标,折射率为纵坐标,作图出直线图,如下:
由拟合的图形数据可得一直线方程:y=0.000405x+1.33416
2、计算混合液两相平衡的组成
根据异丙醇与折射率的直线关系式,可以计算出混合物两项平衡时异丙醇的体积分数。例如:
第一组:气相折射率为1.3551,则代入上式:y=51.70%
液相折射率为1.3590,则代入上式:x=61.33%
表5-2、混合液两
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