二元气液相平衡数据的测定实验装置(HD-QY)——实验指导书
二元气液相平衡数据的测定实验装置
实验指导书
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二元气液相平衡数据的测定实验装置(HD-QY)——实验指导书
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。在热力学研究方面，新的热力学模型的开发，各种热力学模型的比较筛选等也离不开大量精确的汽液平衡实测数据。现在，各类化工杂志每年都有大量的汽液平衡数据及汽液平衡测定研究的文章发表。所以，汽液平衡数据的测定及研究深受化工界人士的重视。
一、实验目的
1．测定乙醇－水二元体系在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、汽液平衡测定的种类
由于汽液平衡体系的复杂性及汽液平衡测定技术的不断发展，汽液平衡测定也形成了特点各异的不同种类。
按压力分，有常减压汽液平衡和高压汽液平衡。高压汽液平衡测定的技术相对比较复杂，难度较大。常减压汽液平衡测定相对较易。
按形态分，有静态法和动态法。静态法技术相对要简单一些，而动态法测定的技术要复杂一些但测定较快较准。
在动态法里又有单循环法和双循环法。双循环法就是让汽相和液相都循环，而单循环只让其中一相（一般是汽相）循环。在一般情况下，常减压汽液平衡都采用双循环，而在高压汽液平衡中，只让汽相强制循环。循环的好处是易于平衡、易于取样分析。
根据对温度及压力的控制情况，有等温法和等压法之分，一般，静态法采用等温测定，动态法的高压汽液平衡测定多采用等温法。
总之，气液平衡系统特点各异，而测定的方法亦丰富多彩。
本试验采用的是常压下（等压）双循环法测定乙醇-水的汽液平衡数据。
三、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。
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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：
f?iL?f?iV ??iVpyi??ifisxi （1）
常压下，气相可视为理想气体，??iv?1；再忽略压力对流体逸度的影响，而得出低压下气液平衡关系式为：
pyi=γ式中，p——体系压力（总压）；
pis——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 Antoin公式：
lgPi?Ai?0fi?pis
从
i
spixi （2）
BiCi?t
这里的压力为mmHg，温度为℃
由实验测得等压下气液平衡数据，则可用 ?i?pyixipsi （3）
计算出不同组成下的活度系数。 这样的得到的活度系数 我们称为实验的活度系数。
本实验中活度系数和组成关系采用Wilson方程关联。Wilson方程为：
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lnγ1=－ln(x1+Λ12x2)+x2(
?12x1??12x2?21x2??21x1 －
?21x2??21x1?12x1??12x2) （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
m （6） ?(y2?y2计）F=?(y1实?y1计）jj实j?122四、实验装置及仪器
1．工热力学研究室改进的Rose釜，该釜结构独特，汽液双循环，操作非常简便，平
衡时间短，不会出现过冷过热现象，适用范围广。温度测定用A级温度传感器。样品组成采用折光指数法分析
其结构如图1-2所示。 图１－２ 双循环平衡釜示意图
2．气相色谱仪一台或阿贝折光仪。
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