二元系统汽液平衡数据测定实验讲义.doc

二元系统汽液平衡数据的测定在化学工业中, 蒸馏、吸收过程的工艺和设备设计都需要准确的汽液平衡数据, 此数据对提供最佳化的操作条件, 减少能源消耗和降低成本等, 都具有重要的意义。尽管有许多体系的平衡数据可以从资料中找到, 但这往往是在特定温度和压力下的数据。随着科学的迅速发展, 以及新产品, 新工艺的开发, 许多物系的平衡数据还未经前人测定过, 这都需要通过实验测定以满足工程计算的需要。此外, 在溶液理论研究中提出了各种各样描述溶液内部分子间相互作用的模型,准确的平衡数据还是对这些模型的可靠性进行检验的重要依据。 1 实验目的(1) 了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元汽液平衡数据的方法; (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) 学会二元汽液平衡相图的绘制。 2 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。本实验采用的是广泛使用的循环法,平衡装置利用改进的 Rose 釜。所测定的体系为乙酸(1) —水( 2), 样品分析采用气相色谱分析法。以循环法测定汽液平衡数据的平衡器类型很多,但基本原理一致,如图 2–1 所示,当体系达到平衡时, a、b 容器中的组成不随时间而变化,这时从 a和b 两容器中取样分析, 可得到一组汽液平衡实验数据。 3 实验装置与试剂实验装置见图 3 -1, 其主体为改进的 Rose 平衡釜- 一汽液双循环式平衡釜。改进的 Rose 平衡釜汽液分离部分配有热电偶(配数显仪) 测量平衡温度, 沸腾器的蛇型玻璃管内插有 300 W电热丝,加热混合液,其加热量由可调变压器控制。图2–1 循环法测定汽液平衡分析仪器: 气相色谱实验试剂: 乙酸(分析纯) , 去离子水图3 -1 改进的 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 4 预习与思考(1) 为什么即使在常低压下,醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待? (2) 本实验中气液两相达到平衡的判据是什么? (3) 如何计算醋酸- 水二元系的活度系数? 5 实验步骤及方法: (1) 加料:从加料口加入配制好的醋酸–水二元溶液,接通平衡釜内冷凝水。(2) 加热: 接通加热电源, 调节加热电压约在 150 ~ 200V 左右, 注意观察釜内液体状态, 缓慢升温加热至釜液沸腾时,降低加热电压在 50~ 100V 左右。(3) 温控: 溶液沸腾, 汽相冷凝液出现, 直到冷凝回流。起初, 平衡温度计读数不断变化,调节加热量,使冷凝液控制在每分钟 30 滴左右。调节上下保温的热量,最终使平衡温度逐趋稳定,平衡的主要标志由平衡温度的稳定加以判断。(4) 取样: 整个实验过程中必须注意蒸馏速度、平衡温度和气相温度的数值, 不断加以调整,经半小时至 1 小时稳定后( 温度稳定期间, 温度变化小于等于 ℃) ,记录平衡温度读数。由于测定时, 平衡釜直接通大气, 所以平衡压力为实验时的大气压, 读取大气压力计的大气压力。用注射器从取样口迅速取一定量的气相产品和液相产品, 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