二元体系汽液平衡数据测定.doc

实验10 二元体系汽液平衡数据测定一. 实验目的 1. 掌握二元体系汽液相平衡数据的测定方法，Rose平衡釜的使用方法，测定大气压力下乙醇（1）- 环己烷（2）体系PTXY数据。2. 确定液相组分的活度系数与组成关系式中的参数，推算体系恒沸点，计算出不同液相组成下二个组分的活度系数，并进行热力学一致性检验。3. 掌握恒温浴的使用方法和用阿贝折光仪分析组成的方法.二实验原理汽液平衡数据实验测定是在一定温度压力下，在已建立汽液相平衡的体系中,分别取出汽相和液相样品,测定其浓度。本实验采用的是最广泛使用的循环法，平衡装置利用Rose釜。所测定的体系为乙醇（1）环己烷（2）。样品分析采用折光法。汽液平衡数据包括T-P-Xi-Yi 。 对部分理想体系达到汽液平衡时，有以下关系式：YiP=iXiPiS 将实验测得的T-P-Xi-Yi 数据代入上式，计算出实测的Xi 与i数据，利用Xi 与i关系式（van Laar Eq.或 Wilson Eq.等）关联确定方程中参数。根据所得的参数可计算不同浓度下的汽液平衡数据、推算共沸点及进行热力学一致性检验。三. 实验装置和试剂实验装置主体为Rose平衡釜-一汽液双循环式平衡釜（见图 -1）。 图 -1 Rose釜结构图1-排液口 2-沸腾器 3-内加热器 4-液相取样口 5-汽室 6-汽液提升管 7-汽液分离器 8-温度计套管9-汽相冷凝管 10-汽相取样口 11-混合器 Rose平衡釜汽液分离部分配有50100精密温度计或热电偶（配XMT3000数显仪）测量平衡温度，沸腾器的蛇型玻璃管内插有300电热丝，加热混合液，其加热量由可调变压器控制。分析装置为恒温水浴阿贝折光仪系统,配有CS-501型超级恒温浴和四位数字折光仪.实验试剂: 无水乙醇（分析纯）, 环己烷（分析纯）.四.实验步骤和分析方法1制作乙醇（1）- 环己烷（2）溶液折光系数与组成关系工作曲线（可由教师预先准备）：（1）配制不同浓度的乙醇(1)环己烷(2)溶液(摩尔浓度X1为0.1,0.2,0.3,0.9)；（2）测量不同浓度的乙醇(1)环己烷(2)溶液在30下的折光系数，得到一系列X1nD 数据；（3）将X1nD 数据关联回归，得到如下方程：X1 = - 0.74744 + 0.0014705 + 0.10261（1.4213 - nD）0.5/ 0.0513052开恒温浴-折光仪系统，调节水温到300.1。（折光仪的原理及使用方法见附录3）3接通平衡釜冷凝器冷却水，关闭平衡釜下部考克。向釜中加入乙醇环己烷溶液（加到釜的刻度线，液相口能取到样品）。4接通电源,调节加热电压，注意釜内状态。当釜内液体沸腾，并稳定以后，调节加热电压使冷凝管末端流下的冷凝液为80滴/分左右。5当沸腾温度稳定，冷凝液流量稳定（80滴/分左右），并保持30分钟以后，认为汽液平衡已经建立。此时沸腾温度为汽液平衡温度。由于测定时平衡釜直接通大气，平衡压力为实验时的大气压。用福廷式水银压力计，读取大气压（见附录4）。6同时从汽相口和液相口取汽液二相样品，取样前应先放掉少量残留在取样考克中的试剂，取样后要盖紧瓶盖，防止样品挥发。7测量样品的折光系数，每个样品测量二次，每次读数二次，四个数据的偏差小于0.0002，按四数据的平均值，根据1得到的关系式，计算汽相或液相样品的组成。8改变釜中溶液组成(添加纯乙醇或环己烷)，重复步骤48，进行第二组数据测定。 五实验数据记录1 平衡釜操作记录实验日期 室温 大气压 实验 加热 平衡釜温度（） 环境温度 露茎高度 冷凝液滴速 序号 投料量 时间 电压(V) 热电偶 水银温度计 （） （） (滴/分) 现象混合液1 ml补加2 ml2. 折光系数测定及平衡数据计算结果测量温度 30.0实验序号 液相样品折光系数nD 汽相样品折光系数nD 平衡组成 1 2 3 4 平均 1 2 3 4 平均 液相 汽相 1 2 六实验数据处理1 平衡温度和平衡压力的校正（参见附录1）2 由所测的折光系数计算平衡液相和汽相的组成，并与附录2文献数据比较，计算平衡温度实验值与文献值的偏差和汽相组成实验值与文献值的偏差。3计算活度系数12运用部分理想体系汽液平衡关系式: YiP=iXiPiS 可得到,1 = Y1 P / (X1 P1S) 和 2 = Y2 P / (X2 P2S)。式中P1S 和P2S 由Antoine Eq.计算，其形式：lg P1S = 8.1120 1592.864/(t + 226.184)lg P2S = 6.85146 1206.470/(t + 223.136)P1S 和P2S mmHg, t-4.由得到的活度系数1和2 ，计算van Laar Eq.或Wilson Eq.方程中参数。(参考文献1)5用van Laar Eq.或Wilson Eq.方程，计算一系列的X11 ，2数据，计算ln1X1 、ln2X1 和ln（1/2）-X1数据，绘出ln（1/2）-X1曲线，用GbbisDuhem Eq.对所得数据进行热力学一致性检验。van Laar Eq.形式如下：ln（1） = A12/（1 + A12 X1/（A 21 X2）2ln（2） = A 21/（1 + A21X2/（A 1 2X1）2 （选做）6 计算0.1013MPa压力下的恒沸数据,或35下恒沸数据,并与文献值比较。（选做）7 计算示例实验数据实验日期 室温 25 大气压 758.2 mmHg实验 加热 平衡釜温度（） 环境温度 露茎高度 冷凝液滴速 序号 投料量 时间 电压(V) 热电偶 水银温度计 （） （） (滴/分) 现象混合液1 180 ml 8：20 60 25 25 0 开始加热 8：45 60 40 26 0 沸腾 8：55 58 59.2 59.10 30 0.8 40 有回流 9：03 58 65.0 64.92 31 6.6 78 回流 9：15 58 65.0 64.94 31 6.6 81 回流稳定 9：50 56 65.1 64.95 31 6.6 79 回流稳定 9：52 取样折光系数测定及平衡数据计算结果测量温度 30.0实验 液相样品折光系数nD 汽相样品折光系数nD 平衡组成 序号 1 2 3 4 平均 1 2 3 4 平均 液相 汽相1 1.3835 1.3835 1.3836 1.3835 1.3835 1.3972 1.3971 1.3972 1.39731.3972 0.6781 0.4797 （1）温度及压力的校正露茎校正：按附录1，t露茎 = kn（t - t环）= 0.00016 6.6 （64.95-31.0=0.036t 真实 = t + t露茎 = 64.95 + 0.04 = 64.99压力校正：将测量的平衡压力758.2 mmHg下的平衡温度折算到平衡压力为760mmHg的平衡温度，按附录1的式子：温度校正值 T = （t 真实 + 273.15）/10）（760 P0）/760）= 0.08T（760mmHg平衡温度）= 64.99 + 0.08 = 65.07 （2）由附录2查得，X1 = 0.6781 时，文献数据Y1 = 0.4750，T = 65.25 ，实验值与文献值偏差 |Y 1|= 0.47970.4750 = 0.0047，|T| = 65.25-65.07 =0.19（3）计算实验条件下的活度系数1 ，2 1 = （0.4797/0.6781）（760/439.37）= 1.22372 = （0.5203/0.3219）（760/462.57）= 2.6556（4）计算van Laar Eq.方程中参数A 1 2 = ln1（1+X2ln2/（X1ln1）= 2.19412A 2 1 = ln2（1+X1ln1/（X2ln2）= 2.01215（5）用van Laar Eq.，计算X数据，列表：X1 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95ln1 1.9624 1.7455 1.3548 1.0192 0.7357 0.5021 0.3159 0.1747 0.0763 0.0188 0.0047ln2 0.0059 0.0235 0.0923 0.2041 0.3565 0.5475 0.7749 1.0369 1.3316 1.6572 1.8311ln（1/2）1.9565 1.7220 1.2625 0.8150 0.3792 -.0454 -.4590 -.86201.2553-1.63841.8265经计算得到，D J ，符合热力学一致性。（6）估算P = 760 mmHg 下恒沸点温度和恒沸组成可列出以下联立方程组：ln（P/P1S） = A12/（1 + A12 X1/（A 21 X2）2ln（P/P2S） = A 21/（1 + A21X2/（A 1 2X1）2lgP1S = 8.1120 1592.864/（t + 226.184 ）lgP2S = 6.85146 1206.470/（t + 223.136 ）X1 + X2 = 1代入相关数据，经试差计算得，恒沸点温度 t = 65.0， 恒沸组成X1 = 0.477，与附录2文献数据基本符合。七实验结果和讨论1 实验结果给出P = 760mmHg 下温度T、乙醇液相组成X1和相应的汽相组成Y1数据，与附录2文献数据比较，分析数据精确度。2 讨论（1） 实验测量误差及引起误差的原因。（2） 对实验装置及其操作提出改进建议。（3） 对热力学一致性检验和恒沸数据推算结果进行评议。 3思考题（1）实验中你是怎样确定汽液二相达到平衡的？（2）影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些？（3）试举出汽液平衡数据应用的例子。八注意事项1 平衡釜开始加热时电压不宜过大，以防物料冲出。2 平衡时间应足够。汽液相取样瓶，取样前要检查是否干燥，装样后要保持密封，因乙醇和环己烷都较易挥发。3 测量折光系数时，应注意使液体铺满毛玻璃板，并防止挥发。取样分析前应注意检查滴管、取样瓶和折光仪毛玻璃板是否干燥。九参考文献1 朱自强，徐汛. 化