汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定2

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1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝姓名：高子岳學(xué)號(hào)：3110101849日期：13.10.9地點(diǎn)：西溪化學(xué)樓234課程名稱(chēng)：化工專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：李勇成績(jī)：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)類(lèi)型：同組學(xué)生姓名：周恒一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得汽液平衡數(shù)據(jù)是最常用的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。許多化工過(guò)程如精餾的設(shè)計(jì)、操作及過(guò)程控制等都離不開(kāi)汽液平衡數(shù)據(jù)。在熱力學(xué)研究方面，新的熱力學(xué)模型的開(kāi)發(fā)，各種熱力學(xué)模型的比較篩選等也離不開(kāi)大量精確的汽液平衡實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)在，各類(lèi)

2、化工雜志每年都有大量的汽液平衡數(shù)據(jù)及汽液平衡測(cè)定研究的文章發(fā)表。所以，汽液平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定及研究深受化工界人士的重視。一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)測(cè)定常壓下乙醇—水二元系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)，使同學(xué)們了解、掌握汽液平衡數(shù)據(jù)測(cè)定的方法和技能，熟悉有關(guān)儀器的使用方法，將課本上學(xué)到的熱力學(xué)理論知識(shí)與實(shí)際運(yùn)用有機(jī)地聯(lián)系在一起。從而既加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，又提高了動(dòng)手的能力。二．汽液平衡測(cè)定的種類(lèi)由于汽液平衡體系的復(fù)雜性及汽液平衡測(cè)定技術(shù)的不斷發(fā)展，汽液平衡測(cè)定也形成了特點(diǎn)各異的不同種類(lèi)。按壓力分，有常減壓汽液平衡和高壓汽液平衡。高壓汽液平衡測(cè)定的技術(shù)相對(duì)比較復(fù)雜，難度較大。常減壓汽液平衡

3、測(cè)定則相對(duì)較易。按形態(tài)分，有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法。靜態(tài)法技術(shù)相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，而動(dòng)態(tài)法測(cè)定的技術(shù)要復(fù)雜一些但測(cè)定較快較準(zhǔn)。在動(dòng)態(tài)法里又有單循環(huán)法和雙循環(huán)法。雙循環(huán)法就是讓汽相和液相都循環(huán)，而單循環(huán)只讓其中一相（一般是汽相）循環(huán)。在一般情況下，常減壓汽液平衡都采用雙循環(huán)，而在高壓汽液平衡中，只讓汽相強(qiáng)制循環(huán)。循環(huán)的好處是易于平衡、易于取樣分析。根據(jù)對(duì)溫度及壓力的控制情況，有等溫法與等壓法之分。一般，靜態(tài)法采用等溫測(cè)定，動(dòng)態(tài)法的高壓汽液平衡測(cè)定多采用等溫法?？傊浩胶庀到y(tǒng)特點(diǎn)各異，而測(cè)定的方法亦豐富多彩。本實(shí)驗(yàn)采用的是常壓下（等壓）雙循環(huán)法測(cè)定乙醇—水的汽液平衡數(shù)據(jù)。三．實(shí)驗(yàn)原理

4、以循環(huán)法測(cè)定汽液平衡數(shù)據(jù)的平衡釜有多種型式，但基本原理是一樣的。如圖1所示，當(dāng)體系達(dá)到平衡時(shí)，A和B兩容器中組成不隨時(shí)間而變化，這時(shí)從A和B兩容器中取樣分析，可以得到一組汽液平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)相平衡原理，當(dāng)汽液兩相達(dá)到相平衡時(shí)，汽液兩相溫度壓力相等，同時(shí)任一組分在各相中的逸度相等，即：（1）這里對(duì)低壓汽液平衡，其氣相可以視為理想氣體混合物，即，忽略壓力對(duì)液體逸度的影響，即，從而得出低壓下汽液平衡關(guān)系式：（2）式中P—體系壓力（總壓）--純組分i在平衡溫度下的飽和蒸汽壓（可用Antoine公式計(jì)算）--組分i在液相、汽相中的摩爾分?jǐn)?shù)。ri—組分i的液相活度系數(shù)。Antoin

5、e公式：這里的壓力為mmHg，溫度為℃。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得等壓下體系的汽液平衡數(shù)據(jù)即溫度、壓力、液相組成、汽相組成（T、P、x、y）。用公式（2）計(jì)算不同組成下的活度系數(shù)：（2）這樣得到的活度系數(shù)我們就稱(chēng)為實(shí)驗(yàn)的活度系數(shù)。四．實(shí)驗(yàn)裝置及儀器采用化工熱力學(xué)研究室改進(jìn)的Rose釜，該釜結(jié)構(gòu)獨(dú)特（如圖10所示），汽液雙循環(huán)，操作非常簡(jiǎn)便，平衡時(shí)間短，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)冷過(guò)熱現(xiàn)象，適用范圍廣。溫度測(cè)定用1/10℃的精密水銀溫度計(jì)。樣品組成采用折光指數(shù)法分析。圖10改進(jìn)的ROSE釜五．?dāng)?shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)測(cè)得的活度系數(shù)需要選用一個(gè)數(shù)學(xué)模型關(guān)聯(lián)之。在這里我們可先用Willson方程關(guān)聯(lián)計(jì)算。Willson方

6、程如下：式中，稱(chēng)為Willson配偶參數(shù)：上二式中，、稱(chēng)為二元交互作用能量參數(shù)。V1、V2則是組分1、組分2的液體飽和體積，它是溫度的函數(shù)。計(jì)算時(shí)，以為目標(biāo)函數(shù)（也可以選用別的目標(biāo)函數(shù)），采用非線性最小二乘法，對(duì)Willson配偶參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化而得到，（并進(jìn)一步還可以計(jì)算出、），利用優(yōu)化出來(lái)的，通過(guò)Willson方程計(jì)算r1計(jì)，r2計(jì)，并進(jìn)一步計(jì)算y1計(jì)，y2計(jì)。有能力使用上述方法的同學(xué)不妨用自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出Willson配偶參數(shù)。如果有困難，可使用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算。本文附錄有、的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，可利用該數(shù)據(jù)計(jì)算，通過(guò)Willson方程計(jì)算ri計(jì)，yi計(jì),并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)ri實(shí)，yi

7、實(shí)比較。計(jì)算時(shí)，V1,V2可從附錄數(shù)據(jù)內(nèi)插求出。六．實(shí)驗(yàn)步驟1．用量筒量取140~150毫升去離子水，30~35毫升無(wú)水乙醇，從加料口加入平衡釜內(nèi)；2．開(kāi)冷卻水（注意不要開(kāi)得太大）；3．打開(kāi)加熱開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)調(diào)壓器使加熱電壓在200V，待釜液沸騰2~3分鐘左右后，慢慢地將電壓降低至90~130V左右（視沸騰情況而定，以提升管內(nèi)的汽泡能連續(xù)緩慢地上升為準(zhǔn)，不可猛烈上沖，也不可斷斷續(xù)續(xù)）；4．從氣壓計(jì)上讀出大氣壓數(shù)據(jù)記下；5．調(diào)節(jié)阿貝折光儀的循環(huán)水溫至30℃；6．觀察平衡釜內(nèi)汽液循環(huán)情況，注意平衡室溫度變化情況，若溫度已連續(xù)15~20