二元氣液平衡數(shù)據(jù)測定實驗指導書

1、化工專業(yè)實驗報告實驗名稱：二元氣液平衡數(shù)據(jù)的測定實驗人員： 同組人： 實驗地點：實驗時間： 班級： 學號：指導教師：實驗成績：二元氣液平衡數(shù)據(jù)的測定一、 實驗目的1 測定苯正庚烷二元體系在常壓下的氣液平衡數(shù)據(jù)2 通過實驗了平衡釜的結構，掌握氣液平衡數(shù)據(jù)的測定方法和技能3 應用Wilson方程關聯(lián)實驗數(shù)據(jù)二、 實驗原理與循環(huán)法測定氣液平衡數(shù)據(jù)的平衡釜基本原理相同，如下圖所示，體系達到平衡時，兩個容器的組成不隨時間變化，這時從A和B 兩容器中取樣分析，可得到一組平衡數(shù)據(jù)。當達到平衡時，除了兩相的壓力和溫度分別相等外，每一組分的化學位也相等，即逸度相等，其熱力學基本關系為：fiL=fiV.(1)ip

2、yi=ifi0xi常壓下，氣相可視為理想氣體，再忽略壓力對液體逸度的影響，fi=pi0從而得出低壓下氣液平衡關系為：pyi=ipi0xi(2)式中，p體系壓力（總壓）；pi0純組分I在平衡溫度下飽和蒸汽壓，可用安托尼（Antoine）公式計算；xi、yi分別為組分I在液相和氣相中的摩爾分率；i組分i的活度系數(shù)。由實驗測得等壓下氣液平衡數(shù)據(jù)，則可用.(3)計算出不同組成下的活度系數(shù)。本實驗中活度系數(shù)和組成關系采用Wilson方程關聯(lián)。Wilson方程為：ln1=-ln(4)ln2=-ln(5)Wilson方程二元配偶參數(shù)和采用非線形最小二乘法,由二元氣液平衡數(shù)據(jù)回歸而得。目標函數(shù)選為氣相組成誤差

3、的平方和,即F=(y1實-y1計)2j+(y2實-y2計)2j(6)三、實驗裝置和試劑1 平衡釜一臺（平衡釜的選擇原則：易于建立平衡、樣品用量少、平衡溫度測定準確、氣相中不夾帶液滴、液相不返混及不易暴沸等。本實驗采用氣液雙循環(huán)的小平衡釜，其結構如圖2所示）2 阿貝折射儀一臺3 超級恒溫槽一臺4 50-100十分之一的標準溫度計一支、0-50十分之一的標準溫度計一支5 所用試劑（苯、正庚烷）為優(yōu)級品。6 1ml注射器十支、5ml注射器三支。四、 實驗步驟1. 開啟超級恒溫槽，調溫度至測定折射率所需溫度25或30 2. 測溫套管中倒入甘油，將標準溫度計插入套管中，并在其露出部分中間固定一支溫度計，

4、對溫度進行校正3. 查整個系統(tǒng)的氣密性，以保證實驗裝置具有良好的氣密性，將氣壓球與三通管連接好，與大氣相通，用手壓癟氣壓球，然后開啟氣壓球所連小閥直通系統(tǒng)，抽氣使設備處于負壓狀態(tài)，U型管壓力計的液面升起，在一定值下停止。注意操作不能過快，以免將U型管液體抽入系統(tǒng)。關閉氣壓球所連小閥，停10分鐘，U型管內液體位差不下降為合格。開啟氣壓球所連小閥調節(jié)三通閥，使系統(tǒng)直通大氣。4. 于實驗測定的是常壓下的氣液平衡數(shù)據(jù)，讀取當天實驗室的大氣壓值。5. 平衡釜內加入一定濃度的苯正庚烷混合液約2030毫升，打開冷卻水，安放好加熱器，接通電源。開始時加熱電流給到0.1A加熱，5分鐘后給到0.2A，再等5分鐘后

5、慢慢調到0.25A左右即可，以平衡釜內液體能沸騰為準。冷凝回流液控制在每秒23滴，穩(wěn)定回流15分鐘左右，以建立平衡狀態(tài)。6. 到平衡后，需要記錄下兩個溫度計的讀數(shù)，并用微量注射器分別取兩相樣品2毫升，用阿貝折射儀測定其折射率，并在本實驗給定的苯的組成折射率曲線上確定樣品的組成。關掉電源，拿下加熱器，釜液停止沸騰。7. 注射器從釜中取出25毫升的混合液，然后加入同量的一種純物質，重新加熱建立平衡。加入那種物質，可以依據(jù)你上一次的平衡溫度而定，以免實驗點分布不均。本實驗是降溫操作，取出的混和液5毫升，加入苯7毫升，實驗重復5次。8. 實驗完畢，關掉電源和水源，處理實驗數(shù)據(jù)。五、實驗數(shù)據(jù)處理及結論（

6、一）實驗條件及給定數(shù)據(jù)實驗條件實驗溫度：25.5 大氣壓：101.19Kpa純組分在常壓下的沸點苯：80.4 正庚烷：98.4水銀溫度計檢定結果表1：水銀溫度計顯示值及修正值對應表（實驗給定）溫度示值（）50556065707580859095100修正值（）0.010.070.100.120.090.050.080.070.070.090.08苯和正庚烷純物料的Antoine常數(shù)表2：純物料的安托尼常數(shù)組分ABCt范圍（）苯6.879871196.76219.1611584正庚烷6.893861264.37216.643127（二）苯正庚烷混合液氣液平衡數(shù)據(jù)的測定實驗原始數(shù)據(jù) 表3 苯正庚烷

7、混合液測定實驗沸點溫度，以及氣（苯含量）液平衡組成組號主溫度t主/輔助溫度t S/汽相液相折射率ny mol%折射率nx mol%187.823.01.421452.01.406737.2284.023.51.440667.21.425955.2382.422.11.450575.21.437465.2481.322.71.461081.81.450074.8（三）平衡溫度計算平衡溫度的計算方法如下：t實際t主t修正t校正值t修正：通過精查溫度計的修正值得到，見表1t校正值：t校正值kn(t主-ts)k水銀在玻璃中間的膨脹系數(shù)取0.00016；n露出部分的溫度系數(shù)取60t主在介質中的溫度；ts

8、露出水銀柱的平均溫度（即輔助溫度計的讀數(shù)）平衡溫度計算結果見表4表4 苯正庚烷混合液測定實驗實際溫度計算結果組號主溫度T主/修正溫度T修正/校正溫度T校正值/實際溫度T實際/187.80.0700.6220888.49284.00.0720.5808084.65382.40.0750.5788883.05481.30.0770.5625681.94表4注：表中修正溫度由主溫度在表1所給溫度修正值在三次樣條插值而得，最終實際溫度計算結果保留一位小數(shù)，是因為主溫度測定的精度決定的。附：修正水銀溫度計時所用三次樣條插值程序（用matlab編寫）t0=87.8 84.0 82.4 81.3x=50 5

9、5 60 65 70 75 80 85 90 95 100y=0.01 0.07 0.10 0.12 0.09 0.05 0.08 0.07 0.07 0.09 0.08yy=spline(x,y,t0)ts=26.0 26.0 25.0 25.0 25.0;tj=0.00016 * 60 .*(t0-ts);t=t0+tx+tj運行結果：t = 88.4984.6583.0581.94 （四） 苯和正庚烷純組分在本實驗不同溫度下的飽和蒸汽壓的計算由Antoine（安托尼）公式：lgPi0=Ai Bi/(Ci+t) 式中：t溫度，（即計算所得的實際溫度） P0飽和蒸汽壓，mmHg所以可得到：P

10、i0=10(Ai-Bi/(Ci+t)純物料的Antoine常數(shù)見表2純組分飽和蒸汽計算結果見表5表5：純組分飽和蒸汽在實驗溫度下計算結果組號1234P10/ mmHg976.962872.390831.487804.001P20/ mmHg562.536498.125473.079456.299（五）用非線形最小二乘法回歸配偶參數(shù)12 、21 并求液相組成活度系數(shù)和組成關系采用Wilson方程關聯(lián)ln1=-lnln2=-ln目標函數(shù)選為氣相組成誤差的平方和,即F=(y1實-y1計)2j+(y2實-y2計)2j用非線性最小二乘法擬合：matlab擬合程序見下主程序：bb0=1,1bb,resno

11、rm=lsqnonlin('qiye',bb0)子程序：function F=qiye(bb)x1=0.01*37.2 55.2 65.2 74.8;x2=1-x1;y1=0.01*52.0 67.2 75.2 81.8;y2=1-y1;Pa0 =976.962872.390 831.487804.001;Pb0 =562.536498.125 473.079456.299;for i=1:4F(i)=y1(i)-Pa0(i)*x1(i)/760*exp(-log(x1(i)+bb(1)*x2(i)+x2(i)*(bb(1)/(x1(i)+bb(1)*x2(i)-bb(2)/(

12、x2(i)+bb(2)*x1(i)endfor i=5:8j=i-4F(i)=y2(j)-Pb0(j)*x2(j)/760*exp(-log(x2(j)+bb(2)*x1(j)+x1(j)*(bb(2)/(x2(j)+bb(2)*x1(j)-bb(1)/(x1(j)+bb(1)*x2(j)End擬合結果為：bb = 1.0361 0.7112resnorm = 6.2948e-004也就是：12= 1.036121= 0.7112resnorm= 6.2948e-004（六）求氣相組成：由matlab算出y實測y計算程序如下：bb =1.0361 0.7112;x1=0.01*37.2 55.

13、2 65.2 74.8;x2=1-x1;y1=0.01*52.0 67.2 75.2 81.8;y2=1-y1;Pa0 =976.962872.390 831.487804.001;Pb0 =562.536498.125 473.079456.299;for i=1:4F(i)=y1(i)-Pa0(i)*x1(i)/760*exp(-log(x1(i)+bb(1)*x2(i)+x2(i)*(bb(1)/(x1(i)+bb(1)*x2(i)-bb(2)/(x2(i)+bb(2)*x1(i);endfor i=5:8j=i-4F(i)=y2(j)-Pb0(j)*x2(j)/760*exp(-log

14、(x2(j)+bb(2)*x1(j)+x1(j)*(bb(2)/(x2(j)+bb(2)*x1(j)-bb(1)/(x1(j)+bb(1)*x2(j);endF得到F = -0.0156 -0.0020 0.0105 0.0098 -0.0005 0.0106 0.0055 0.0055組號（苯）y測量0.52000.67200.75200.8180y計算0.50440.670.76250.8278F=(y1實-y1計)2j+(y2實-y2計)2j=（0.0156）2+(-0.0020)2+0.00552+0.00552=0.000627與程序擬和的結果參數(shù)一致。（七）用實驗值和計算值作溫度組

15、成圖（txy）圖3 苯的氣液平衡圖（八） 實驗結果討論及誤差分析（1）實驗結果討論 從實驗的結果的相圖和氣相組成的實驗值和計算值的比較來看，本次實驗測得以及回歸所得實驗數(shù)據(jù)可靠，誤差均在實驗允許范圍內。從相圖可以看出，本實驗數(shù)據(jù)很好的體現(xiàn)了常規(guī)二元氣液平衡相圖規(guī)律。應用Wilson方程關聯(lián)實驗數(shù)據(jù)，并采用非線性最小二乘法進行回歸處理，得出配偶參數(shù)，再求出氣相組成，所得氣相組成誤差平方和為0.00627。即計算值和實驗值的誤差非常小，可以用關聯(lián)得到的Wilson方程計算該物系的組成。（2）實驗誤差分析由于本次實驗只是降溫操作，每次均是取出混和液，加入純苯，所以整個實驗過程測定的溫度是逐漸下降的，而且實驗測定的氣液相平衡組成是采集的數(shù)據(jù)點也不是十分的充足，以致相點分布欠佳。在使用阿貝折射儀測定折射率的時候存在讀數(shù)誤差，以及由折射率在折射率組成的工作曲線上讀取氣液相組成時候存在誤差。讀取溫度計的溫度的時候存在估讀誤差。對計算結果回造成影響。取樣的時候是否平衡釜已經達到氣液平衡，且平衡釜上方汽相貯液槽內液體組成是否已經等于平衡氣相組成，會對測定產生很大影響。六、思考題（1）實驗中怎樣判斷氣液兩相已達到平衡？答：實驗中采用對比法來判斷氣液兩相是否達到平衡。即先記錄下來一個體系的溫度，然后每隔2至3分鐘讀一次溫度，如果相鄰兩次溫度讀數(shù)不再發(fā)生變化，則可判定氣液兩相達到平衡。 （