二元系统气液平衡数据测定
化 工 专 业 实 验
实 验 名学 专 班 姓 指 导 教日 称： 二元系统气液平衡数据测定 院：业：级：名： 芦亚婷 学 号 [1**********] 师：期：
一、实验目的
1. 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。 2. 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。
3. 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。 4. 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虽多，但基本原理相同，如图1所示。当
f i L =f i V (1) φi py i =γi f i 0x i
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，f i =p i 0 从而得出低压下气液平衡关系式为：
py i =γi p i 0x i (2) 式中，p —体系压力（总压）；
p i 0—纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算； x i 、y i —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
γi =
py i x i p
0i
(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+Λ12x 2)+x2(
Λ12x 1+Λ12x 2
Λ21x 2+Λ21x 1
－
Λ21x 2+Λ21x 1
) (4)
lnγ2=－ln(x2+Λ21x 1)+x1(
－
Λ12x 1+Λ12x 2
) (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
m
F
22
+(y 2-y 2）=∑(y 1-y 1）j j (6)
实
计
实
计
j =1
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。
四、实验步骤
1、测11组二元系统气液平衡标准数据。实验室大气压值取101.325kPa 。 2、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0.2A ，五分钟后给到0.24A ，以平衡釜内液体沸腾，冷凝回流液控制在每秒1~2滴。稳定回流约15min ，以建立平衡状态。 3、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。
4、注射器从釜中取出2ml 混合溶液，然后加入等量的一种纯物质，重新加热建立平衡。加入哪种物料，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。
5、实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据。
五、实验数据处理
(1) 数据处理
甲醇密度ρ= 0.792g/ml 甲醇摩尔质量= 32g/mol 异丙醇密度ρ= 0.785g/ml 异丙醇摩尔质量= 60g/mol
表1 二元系统气液平衡标准数据
表2 实验测定混合液两相平衡数据
查资料得，列表如下： 根据安托尼(Antoine)公式，lg(Ps /kPa)=A-B/(C + t/℃) ，求得异丙醇在各温度下饱和蒸汽压。甲醇的饱和蒸汽压数据由已知数据用内插法求得。列表如下： 计算不同组成下的活度:
已知两个配偶系数分别为Λ12=0，Λ21=1，由式(4)和(5)求得ln γ1和ln γ2，再根据
γi =
py i x i p i
s
可求得y i 。所得数据如下表：
表5 各组分气相摩尔分数的计算值
m
2
1实
2
2
2
2
F =
∑(y
j =1
-y 1计）j +(y 2-y 2计）j =(0. 764-0. 8472) +(0. 236-0. 4269) +(0. 7526-0. 835)
实
+(0. 2474-0. 4538) +(0. 7454-0. 8106) +(0. 2546-0. 4845) +(0. 6265-0. 8321) +(0. 3735-0. 5075) +(0. 6151-0. 797) +(0. 3849-0. 5765) =0. 27988
2
2
2
2222
(2) 气相组成实验值与计算值的比较
(3) 温度组成图t-x-y （甲醇）
六、实验结果与讨论
1. 影响气液平衡测定准确度的因素：
答：1) 阿贝折射仪的仪器误差；2) 阿贝折射仪的读数误差；3) 气液平衡时间的判定误差；4) 实验器材的气密性；5) 取样时存在的误差等。 2. 误差产生的原因：
答：1) 仪器本身存在的误差；2) 数据处理时有效值的取值存在误差；3) 用针筒取液体时存在主观误差；4) 实验所给的溶液的纯度存在误差。
七、思考题
1、实验中怎样判断气液两相已达到平衡？
答：气液两相达平衡时，回流滴下来的液体速率平稳，大约在每秒1-2滴，且在一段时间内温度维持不变。
2、影响气液平衡测定准确度的因素有那些？
答：影响准确度的因素有温度和压强，装置气密性，温度计灵敏度，折射仪读数准确性等。
3、为什么要确定模型参数，对实际工作有何作用？
答：用于研究生产可能性，在实际操作过程中，有时可以根据实验所得等比放大进行生产。