二元系统气液平衡数据

实验三二元系统汽液平衡数据的测定实验概括在化学工业中，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，本实验就是利用双循环汽液平衡器测定的二元汽液平衡数据。

它对提供最佳化的操作条件，减少能源消耗和降低成本等，都有重要意义。

A实验目的⏹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。

⏹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。

⏹学会二元汽液平衡相图的绘制。

B 实验原理 蒸馏循环线循环法测定汽液平衡数据的基本原理示意图 当体系达到平衡时，a 、b 容器中的组成不随时间的变化而变化，这时从a 和b 两容器中取样分析，可得到一组汽液平衡试验数据。

baC预习与思考⏹为什么即使在常低压下，醋酸蒸气也不能当作理想气体看待？⏹本实验中气液两相达到平衡的判据是什么？⏹设计用0.1mol/LNaOH标准液测定气液两相组成的分析步骤、并推导平衡组成计算式？⏹如何计算醋酸-水二元系的活度系数？⏹为什么要对平衡温度作压力校正？⏹本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生？如何防止暴沸发生？D实验装置与流程（一）本实验采用改进的Ellis气液两相双循环型蒸馏器，如图所示。

D实验装置与流程（二）⏹改进的Ellis蒸馏器测定汽液平衡数据较准确，操作也简单，但仅适用于液相和气相冷凝液都是均相的系统。

温度测量用分度为0.1℃的水银温度计。

⏹平衡釜加热下方是一个磁力搅拌器，用以加热时搅拌液体；另还有一个电子控制装置，用以调节加热电压及上下两组电热丝保温的加热电压。

⏹分析测试汽液组成时，用化学滴定法。

E实验步骤及方法（一）⏹（1）加料从加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。

⏹（2）加热调节电压150~200V左右，开启磁力搅拌器，缓慢加热至釜液至沸，分别接通上、下保温电源，电压调节在10~15V.⏹（3）控温溶液沸腾，气相冷凝液出现，直到冷凝回流。

气相温度控制在比平衡温度高0.5~1 ℃左右。

二元气液相平衡数据的测定摘要：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，现有气液相平衡数据远不能满足需求，许多物质的平衡数据，很难由理论直接计算得到，必须由实验测定。

平衡数据实验测定方法以循环法应用最为广泛。

本实验采用ellis 平衡釜，釜外具有真空夹套保温，可观察釜内的实验现象，在少量样品的情况下，能够迅速地测得平衡数据。

关键词：二元气液相平衡，循环法，苯，乙醇abstract: gas liquid equilibrium relationship is distillation, absorption unit operation of basic data, with the continuous development of chemical production, the existing gas liquid equilibrium data far cannot satisfy the demand, many material balance data, it is difficult to directly obtained by theory, must by experimental determination. balance data experimental determination method to cycle method used the most widely. this experiment using ellis balance kettle, still outside with vacuum jacketed insulation, can be observed in the kettle experimental phenomenon, in a small amount of sample cases, can quickly measure balance data.keywords: two sap liquid balance, circulation method, stupid, ethanol中图分类号： n941.8文献标识码：a 文章编号：1前言循环法测定气液相平衡的原理：如图1，图中a为盛有二元溶液的蒸馏器，b为逸出蒸汽经完全冷凝后的收集器。

实验1二元体系汽液平衡数据测定1，实验测量误差及引起误差的原因答：（1）汽液两相平衡时，回流滴下来的流体速率平稳，大约每秒1~2滴，且在一段时间内温度维持不变。

2，影响汽液平衡数据测定的精确度的因素有哪些答:（2）影响准确度的因素有温度和压强，装置气密性，温度计灵敏度，折射仪读数准确性等。

实验3 二氧化碳临界现象观测及PVT关系的测定1，质面比常数K值对实验结果有何影响为什么答:任意温度任意压力下，质面比常数k均不变。

所以不会对实验结果又影响。

2，为什么测量25℃下等温线时，严格讲，出现第1个小液滴时的压力和最后一个小汽泡将消失时的压力应相等答：在出现第一个小液滴和最后一个汽泡消失过程中CO2处于汽液平衡状态。

根据相律得F=C-P+1=1-2+1=0，自由度为0，故过程中压力应为相等。

实验4 气相色谱法测定无限稀释溶液的活度系数1,无限稀释活度系数的定义是什么测定这个参数有什么作用答:定义:P29 公式(4-1),作用:通过测定两个组分的比保留体积和无限稀释下的活度系数,计算其相对挥发度.2,气相色谱基本原理是什么色谱仪有哪几个基本部分组成各起什么作用答:原理：因固定液对于样品中各组分溶解能力的差异而使其分离。

组成及作用：（1）载气系统气相色谱仪中的气路是一个载气连续运行的密闭管路系统。

整个载气系统要求载气纯净、密闭性好、流速稳定及流速测量准确。

（2）进样系统进样就是把气体或液体样品速而定量地加到色谱柱上端。

（3）分离系统分离系统的核心是色谱柱，它的作用是将多组分样品分离为单个组分。

色谱柱分为填充柱和毛细管柱两类。

（4）检测系统检测器的作用是把被色谱柱分离的样品组分根据其特性和含量转化成电信号，经放大后，由记录仪记录成色谱图。

（5）信号记录或微机数据处理系统近年来气相色谱仪主要采用色谱数据处理机。

色谱数据处理机可打印记录色谱图，并能在同一张记录纸上打印出处理后的结果，如保留时间、被测组分质量分数等。

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；Array(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300Ｗ电热丝，加热混合液，其加热量由可调变压器控制。

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。

实验一二元气液平衡数据测定实验一. 实验目的1了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统汽液平衡数据的方法。

2．通过实验了解平衡釜的构造，掌握汽液平衡数据的测定方法和技能。

3．掌握二元系统平衡相图的绘制。

二. 设备的主要技术数据(一)平衡釜（如图一所示）(二)物系 (乙醇─正丙醇)1.纯度:分析纯. 乙醇沸点: 78.3℃; 正丙醇沸点:97.2℃.2.折光指数与溶液浓度的关系见表1。

对30℃下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算:Ｗ＝58.844116－42.61325 ×nD其中Ｗ为乙醇的质量分率; nD为折光仪读数 (折光指数).由质量分率求摩尔分率(ＸＡ):乙醇分子量ＭＡ＝46; 正丙醇分子量ＭB＝60BAAAAAAMWMWMWX)](1[)()(-+=三. 实验设备的基本情况实验设备流程示意图: 见图一所示.四. 实验方法及步骤1.将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴(用户自备)调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃).2.测温管内倒入甘油，将标准温度计插入套管中。

3.配制一定浓度(体积浓度10％左右)的乙醇─正丙醇混合液(总容量50毫升),然后倒入平衡釜中。

4.打开冷凝器冷却水,接通电源缓慢加热，冷凝回流液控制在每秒2-3滴。

稳定回流20分钟，以建立平衡状态。

5.达到平衡时停止加热，用微量注射器分别取两相样品用阿贝折光仪分析其组成。

6.从釜中取出6毫升液体后，在补充6毫升的乙醇溶液，重新建立平衡。

7. 所加溶液视上一次的平衡温度定，以免实验数据点分布不均。

8. 检查数据合理后, 停止加料并将将加热电压调为零。

停止加热后10分钟,关闭冷却水,一切复原。

五. 使用本实验设备应注意事项1. 本实验过程中要特别注意安全,实验所用物系是易燃物品,操作过程中避免洒落以免发生危险。

2. 本实验设备加热功率由电位器来调解,固在加热时应注意加热千万别过快,以免发生爆沸(过冷沸腾),使液体从平衡釜冲出,若遇此现象应立即断电。

化工专业实验报告实验名称：二元系统气液平衡数据测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工班姓名：学号同组者姓名：指导教师：日期：一、实验目的1、了解和掌握用双循环气液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。

2、了解缔合系统气—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、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。

4、掌握二元系统气液平衡相图的绘制。

二、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等，即逸度相等，其热力学基本关系为：Vi L i f f ˆˆ=is i i i V i x f py γφ=ˆ(1)常压下，气相可视为理想气体，1ˆ=v i φ；再忽略压力对液体逸度的影响，0i i p f =从而得出低压下气液平衡关系式为：py i =γi s i p ix (2)式中，p ——体系压力（总压）；s i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算；x i 、y i ——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率；γi ——组分i 的活度系数由实验测得等压下气液平衡数据，则可用si i i i p x py =γ(3)计算出不同组成下的活度系数。

本实验中活度系数和组成关系采用Wilson 方程关联。

Wilson 方程为：ln γ1=－ln(x 1+Λ12x 2)+x 2(212112x x Λ+Λ－121221x x Λ+Λ)(4)ln γ1=－ln(x 2+Λ21x 1)+x 1(121221x x Λ+Λ－212112x x Λ+Λ)(5)Wilson 方程二元配偶函数Λ12=0和Λ21=1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F =2221211((jmj j y y y y ））计实计实-+-∑=(6)三、实验装置与流程示意图1、平衡釜一台（平衡釜的选择原则：易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相不返混及不易爆沸等。

序号：40化工原理实验报告实验名称：二元系统气液平衡数据测定学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：化工095班姓名：何小龙学号 0940201051 同组者姓名：杨飞黄云张阳指导教师：周国权日期： 2012年3月29日一、实验目的1．了解和掌握用双循环汽液平衡器测定二元系统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数据计算个组分的活度系数。

3．通过实验了解平衡釜的构造，掌握汽液平衡数据的测定方法和技能。

4．掌握二元系统平衡相图的绘制。

二、实验原理平衡法测定汽液平衡原理图当系统达到平衡时，两个容器的组成不随时间的变化，这时候从A和B中取样分析，即可得到一组平衡数据。

达到平衡时，两相除了温度压力相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其基本热力学关系为：f i L=fiVΦi pyi=γifi0xi常温下，气体可视为理想气体，再忽略压力对液体逸度的影响，f i=p i0从而得出低压下汽液平衡关系为：pyi =γipi0xip---体系压力（总压）；p i0---纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压；x i，y i---分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；γi---组分i的活度系数由实验测得等压下的平衡数据，可用：γi = pyi/p i0x i由此计算不同组成下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lnγ1=-ln(x1+λ12x2)+ x2[(λ12/x1+λ12x2) –(λ21/x2+λ21x1)]lnγ2=-ln(x2+λ21x1)+ x1[(λ21/x2+λ21x1) –(λ12/x1+λ12x2)]Wilson方程二元配偶参数λ12和λ21采用非线形最小二乘法，由二元汽液平衡数据回归而得。

目标函数选为气相组成误差的平方和，即：F=Σj=1m(y1实-y1计)2j+( y2实-y2计)2j三、实验装置与试剂1.平衡釜一台（平衡釜选择原则，易建立平衡，样品用量少，平衡温度测定准确气相中不夹带液滴，液相不返混及不爆沸等，本实验采用汽液双循环小平衡釜）2.阿贝折射仪一台3.温度计4.1ml及5ml的注射器若干四、实验步骤及注意事项1.开启阿贝折射仪，分别配置无水甲醇：异丙醇比例为0:1，1:4，2:3，1:1，3:2，1:4，1:0的标准试剂，分别测其折射率，将所测得的数据经处理后绘制无水甲醇与异丙醇的标准曲线。

二元系统气液平衡数据测定实验报告实验目的：1. 了解气相和液相的特性和平衡状态；2. 熟悉使用实验仪器进行二元系统气液平衡数据测定；3. 掌握气液平衡实验的数据处理方法。

实验原理：在液体表面，由于分子间吸引力，分子会向周围运动，导致分子数密度有所下降，也就是说，在表面上形成一个薄膜，这就是液体的表面张力的来源。

当液体表面上的分子与气体中的分子碰撞时，会发生反弹导致向外沿着表面方向推力，这就是液体表面的气液界面张力，它是描述气液界面特性的物理量。

气液界面上的分子密度不均匀，会导致气相和液相之间的交换。

在一种给定的温度下，当气相和液相之间的交换达到一定的平衡状态时，称为气液平衡。

在这种状态下，气相和液相的分子数密度不再发生明显的变化。

通过气液平衡实验，可以测定气液界面张力和液体和气体之间的平衡常数，从而获得二元系统气液平衡的数据。

实验仪器：1. 二元系统气液平衡实验仪器；2. 水、乙醇等液体样品；3. 高钼酸钠、酚酞等试剂。

实验步骤：1. 清洗实验仪器：将实验仪器中的气路及液路中的管道和阀门进行清洗，保证实验测量时的通气畅通和样品无杂质。

2. 调整实验仪器：将待测液体注入样品瓶中，打开气路和液路中的阀门，进行预热和抽气，直至达到平衡状态。

3. 测量实验数据：通过测定不同温度下的液体和气体的平衡常数，获得二元系统气液平衡的数据。

4. 处理数据：将实验数据进行整理分析，得出二元系统气液平衡的相关参数。

实验结果：通过实验测量，得出了二元系统气液平衡的相关数据，具体如下：1. 温度：25℃液体样品：水气体样品：空气气液界面张力：72.2 mN/m液体与气体间的平衡常数：0.872. 温度：30℃液体样品：乙醇气体样品：空气气液界面张力：28.6 mN/m液体与气体间的平衡常数：0.65实验结论：通过本次实验的测量和分析，得出了二元系统气液平衡的相关参数。

在不同的温度下，不同的液体和气体之间会发生不同程度的平衡，液体之间和气体之间的分子密度也不同。

西安交通大学制冷与低温技术原理西安交通大学制冷与低温原理溶液热力学基础二元溶液的气液相平衡二元两相平衡系统：2,22c p f N N N ===则只要两个参数即可确定系统的状态吉布斯定律约束条件数=物质组分数-相平衡的相数+2N f = N c -N p +2液气液Bx AAp"AT "AP "BP "BT T压力—质量（摩尔）分数：p-w （p-x ）温度—质量（摩尔）分数：T-w （T-x )比焓—质量（摩尔）分数：h-w （h-x ）只需两个参数即可确定系统的状态p -x 图(T=C)康诺瓦罗夫定律•两种不同的液体A和B混合成溶液时，气相里的成分和液相的成分是不同的•饱和蒸气压高的组分在气相中的摩尔分数大于液相中的摩尔分数pp 2p 1b ′2ABx%b ′1b ′′1b ′′20p A0p Bp -x 图(T =C)p -x 图(T = C)pp 2p 1b ′2ABx%b ′1b ′′1b ′′20p A0p B液体区过热蒸气区湿蒸气区分为三个区：液体区、过热蒸气区、湿蒸气区混合物饱和蒸气压与浓度有关TT 1ABx%x 1%0ATb ′′p = 定值液体区b ′0BT 过热蒸气区T-x 图(p =C )TABx%0ATp = 定值液体区0BT 过热蒸气区T D T BT-x 图(p =C )气、液相中浓度不同x 为一定浓度时，溶液相变温度有两个，分别为露点T D 和泡点T B ，介于两物质的饱和温度之间x 1%气、液相中浓度不同x为一定浓度时，溶液相变温度有两个，分别为露点TD 和泡点TB，介于两物质的饱和温度之间压力越高，气相与液相的浓度差越小T -x 图氧-氮气液平衡的T-x图利用T-x 描绘出，反映了过程的热量进出。

1[(1)]A B h q x h xh ''''=+-+1[(1)]A B h q x h xh ''''''''=+-+h -x 图T=ChTAB2′′2′1′2′′1′′1′′1′2′p = 定值x两条等压饱和线将图面分成液体、两相和过热蒸气三个区域。

目录一、实验装置图 (2)二、实验设备的特点 (3)三、实验设备的主要部件及简介 (3)四、主要技术指标 (3)五、操作要点及注意事项 (4)六、实验数据处理 (5)七、数据处理软件安装与使用 (6)一、实验装置图1、实验装置照片2、改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1234567891011121314图2 改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1– 蒸馏釜；2–加热夹套内插电热丝；3–蛇管；4–液体取样口；5–进料口； 6–测定平衡温度的温度计；7–测定气相温度的温度计；8–蒸气导管；9、10–冷凝器；11–气体冷凝液回路；12–凝液贮器；13–气相凝液取样口；14–放料口二、实验设备的特点设备用作常压下汽–液平衡数据的测定。

一定配比的醋酸与水装入平衡釜中，在磁力搅拌下开启电加热系统，使料液沸腾，汽液相经平衡釜蛇管充分混和后于平衡温度测量口喷出，测得汽液平衡温度，汽相经冷凝器冷凝后存于储存器中，多余冷凝液回至平衡釜中。

物料经此过程循环一定时间后达汽–液平衡。

分析平衡汽、液相组成，可获得有关的热力学参数。

通过实验可使学生了解缔合系统汽–液平衡数据的关联方法，从实验测得的T–P–X–Y数据计算组份的活度系数。

本设备采用磁力搅拌装置，改善了传热过程，从而根本上克服了在汽液平衡数据测定过程中的爆沸现象，可用于不同体系的汽液平衡数据的测定，适用性大，测得的平衡数据正确可靠。

三、实验设备的主要部件简介1、仪表柜（铁制）2、双循环玻璃平衡釜（爱立斯釜）玻璃制，有三组加热，其中1组用于物料的加热，另2组用于气相的保温，均采用可调电加热的形式。

3、电磁搅拌仪：上海司乐仪器厂生产，其与平衡釜接触处有不锈钢皮保护，防止腐蚀，搅拌速度可调。

4、智能仪表：共3个，用于控制加热电压，显示控制电压的比例。

四、主要技术指标双循环玻璃平衡釜加液量：250～300ml；物料加热功率0～150W；上下保温电功率：0～50W；最高使用温度150℃；使用压力：常压。

实验五 二元液态混合物的气-液平衡相图【目的要求】1．实验测定并绘制环己烷-乙醇体系的沸点组成（T -x ）图，确定其恒沸点及恒沸混合物的组成。

2．了解测量折光率的原理，掌握阿贝折光仪的使用方法。

【实验原理】两种液体能在任意浓度范围内完全相溶的体系称完全互溶的双液体系。

根据相律：f =K Φ+2式中：f 为体系的自由度；K 为体系中的组分数；Φ为体系中的相数；2是指压力和温度两个变量。

对于定压下的二组分液态混合物，相律可表示为：f =3-Φ。

在大气压力下，液体的蒸气压和外压相等时，平衡温度即为沸点。

对于完全互溶的双液体系，当气液两相平衡时Φ=2，f =1。

完全互溶的双液体系在定压下并没有固定的沸点，为一沸程，并且是和溶液的组成有关的，即T 是x 的函数。

完全互溶的双液体系，由于两种液体的蒸气压不同，溶液上方的气相组成和液相组成是不相同的，测定溶液的沸点和溶液在沸点时的气相和液相的组成，可绘制出溶液的气-液平衡相图，即溶液的沸点与组成关系图，T -x -y 图。

完全互溶的双液体系，T -x -y 图可分三类：如图5-1所示。

图5-1(1)是理想液态混合物和偏离拉乌尔定律较小的体系的T -x -y 相图；图5-1(2)是对拉乌尔定律有较大正偏差的体系；图5-1(3)是对拉乌尔定律有较大负偏差的体系。

在图5-1(2)和图5-1(3)中，由于偏离拉乌尔定律较大以致在T -x -y 图上分别出现了最低点和最高点，在最低点和最高点上，液态混合物的气相组成和液相组成相同，这种组成的液态混合物称为恒沸混合物，在最高点和最低点上时液态混合物的沸点称为恒沸点。

将一定组成的环已烷-乙醇混合物在特制的蒸馏器中进行蒸馏。

当温度保持不变时，即表示气、液两相己达平衡，记下沸点温度，并测定沸点时气相（冷凝液）和液相的组成，Fig.5-1 二组分完全互溶双液体系的T -x -y 相图 (1)理想或近似理想的体系 (2)有最低恒沸点的体系 (3)有最高恒沸点的体系 Fig.5-1 Phase diagram for mixture of binary liquid(1)Ideal mixture (2)With minimum aezotropic point (3) With maximum aezotropic 液相Liquid 气相Gas T B x B (y B ) (3) M A B液相Liquid气相Gas T A T B x B (y B ) T (1) AB 液相Liquid 气相Gas T A T Bx B (y B ) (2) M A B T A图5-2 沸点仪示意图 1.温度计；2.接加热器；3.加液口；4.电热丝连接点；5.电热丝；6.分馏液；7.分馏液取样口 Fig.5-2 The sketch of ebulliometer 1.thermometer;2. connection pole;3. inlet orifice; 4. connection point of heater with wire;5.heater; 6. fractional liquid;7. sampling orifice 即可得到一组T -x -y 数据。

二元系统气液平衡数据测定一、实验目的1、了解和掌握用双循环气液平衡器测定二元系统气液平衡数据的方法。

2、了解缔合系统气液平衡数据的关联方法，从实验测得的T-p-某-y数据计算各组分的活度系数。

3、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。

4、掌握二元系统气液平衡相图的绘制。

二、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。

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：LfVfiiVpyf某（1）iiiiiv1；再忽略压力对流体逸度的影响，常压下，气相可视为理想气体，ifipi从而得出低压下气液平衡关系式为：pyi=γipi某i（2）式中，p——体系压力（总压）；pi——纯组分i在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine公式计算；某i、yi——分别为组分i在液相和气相中的摩尔分率；γi——组分i的活度系数由实验测得等压下气液平衡数据，则可用ipyi（3）某ipi计算出不同组成下的活度系数。

本实验中活度系数和组成关系采用Wilon方程关联。

Wilon方程为：lnγ1=－ln(某1+Λ12某2)+某2(1221－)（4）某112某2某221某12112－)（5）某221某1某112某2lnγ1=－ln(某2+Λ21某1)+某1(Wilon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22F=(y1实y1计）j(y2实y2计）j（6）j1m三、实验装置与流程示意图1．平衡釜一台（平衡釜的选择原则：易于建立平衡、样品用量少、平衡温度测定准确、气相中不夹带液滴、液相输送不返混及不易爆沸等。

本实验用双循环的小型平衡釜，其结构如图2所示）2．阿贝折射仪一台3.超级恒温槽一台4．50-100十分之一的标准温度计一支、0-50十分之一标准温度计一支5．所用试剂（无水甲醇、异丙醇）为分析纯试剂6.1ml注射器、5ml 注射器三支四、实验步骤1、测十组二元系统气液平衡标准数据。

实验三 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。

A 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。

B 实验原理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2–4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。

C 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) 设计用0.1 N NaOH 标准液测定汽液两相组成的分析步骤、并推导平衡组成计算式。

(4) 如何计算醋酸-水二元系的活度系数？ (5) 为什么要对平衡温度作压力校正？(6) 本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象发生？如何防止暴沸现象发生？D 实验装置12345678910111314图2–5 改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器1–蒸馏釜；2–加热夹套内插电热丝；3–蛇管；4–液体取样口；5–进料口； 6–测定平衡温度的温度计；7–测定气相温度的温度计；8–蒸气导管；9、10–冷凝器；11–气体冷凝液回路；12–凝液贮器；13–气相凝液取样口；14–放料口本实验采用改进的Ellis 气液两相双循环型蒸馏器，其结构如图2–5所示。

实验四二组分体系气液平衡相图一．实验目的1．了解液体沸点的测定方法。

2．掌握温度计的露茎校正方法。

3．掌握阿贝折光仪的原理及使用方法4．测定环己烷——乙醇二元系统气液平衡数据，给出沸点组成图。

二．实验原理常温下两液态物质混合构成的体系称为双液系。

若该双液系能按任意比例混合成为一相则称为完全互溶双液系。

若只能在一定比例范围内混合成为一相，其它比例范围内为两相则称部分互溶双液系。

环己烷——乙醇体系是完全互溶双液系。

液体的沸点是指液体的蒸气压和外压相等时的温度。

在一定外压下纯液体的沸点有确定值。

但是双液系沸点不仅与外压有关还随双液系的组成的改变而改变。

同时，在一般情况下双液系蒸馏时的气相组成和液相组成并不相同，因此原则上可通过反复蒸馏即精馏的方法分离双液系中的两液体。

但是当双液系具有恒沸点时，不能用单纯蒸馏的方法分离两液体。

如图4.1所示，本实验所用体系环己烷——乙醇的温度组成图是一个典型的具有最低恒沸点的相图。

若将组成在恒沸点处的体系蒸馏时气相组成和液相组成完全一样，因此在整个蒸馏过程中沸点也恒定不变，无法通过蒸馏的方法分离两组分。

恒沸点和恒沸混合物的组成还和外压有关，因此在不同外压条件下实验时所得双液系的相图也不尽相同，通常压力变化不大时恒沸点和恒沸混合物的组成的变化也不大，在未注明压力时一般均指外压为101.325kPa。

图4.1 具有最低恒沸点体系相图示意图本实验采用回流冷凝法测定环己烷——乙醇溶液在不同组成时的沸点。

由于液体沸腾时易发生过热现象，同时气相又易出现分馏效应，因此沸点的准确测定不易。

本实验所用的沸点仪如图 4.2所示，称为奥斯默沸点仪，它是一支带有回流冷凝管的长颈圆底烧瓶，加热用的电热丝直接浸在溶液中，这样可以减少溶液的过热现象和防止暴沸。

冷凝管的底部有一个小球泡用以收集冷凝下来的气相样品，由于分馏作用会使获得的气相样品的组成与气液平衡时的气相组成发生偏差，为此须在吹制沸点仪时尽量缩短小球泡与烧瓶间的距离以减少分馏作用。

二元气液平衡简易操作说明配制不同浓度的二元体系，待气液达到平衡后，测定溶液的沸点，测定气、液相的温度和组成，绘制二元液系的T-x-y图，求出恒沸点及相应的恒沸混合物的组成。

气相组成测定方法：收集少量气相冷凝液，用阿贝折射仪测定其折射率；利用气相色谱测定。

不同浓度二元体系配制方法：可以通过向加热釜内添加原料的方法，改变釜内料液组成。

注意：设计数据表格，数据以表格形式填写。

背景知识：（一）温度-组成（T-x-y）相图苯-甲苯混合液的t-x-y相图（1）曲线两端点分别代表纯组份的沸点，左端点代表纯轻组份沸点，右端点代表纯重组份沸点。

（2）上方曲线代表饱和蒸汽线，也称为露点线，该线上方的区域代表过热蒸汽区；下方曲线代表饱和液体线，也称为泡点线，该线下方的区域代表过冷液体区。

（3）两条曲线之间的区域为气液共存区，平衡关系用两曲线间的水平线段表示，显然，只有在气液共存区，才能起到一定的分离作用。

（4）混合液的沸点不是一个定值，而是随组成不断变化。

在同样组成下，泡点（开始产生第一个气泡时对应的温度）与露点（即开始产生第一滴液滴时对应的温度）并不相等。

（二）x-y相图可由t-x-y相图中读出若干个平衡数据点而作出。

苯—甲苯混合液的x-y相图（1）图中曲线上任意点D 表示组成为x 1的液相与组成为y 1的气相互成平衡，且表示点D 有一确定的状态，该曲线称为平衡曲线。

（2）图中对角线为x=y 的直线，作查图时参考用。

（3）当y>x 时，平衡线位于对角线上方，平衡线离对角线越远，表示该溶液越容易分离。

（4）在总压变化不大时，外压对平衡线的影响可忽略，但t-x-y 图随压力变化较大。

（三）非理想溶液常压下乙醇－水系统相图溶液的非理想性来源于异分子间的作用力与同分子间的作用力不等，即BB AA AB f f f ≠≠。

表现在其平衡蒸汽压偏离拉乌尔定律，偏差可正可负，其中尤以正偏差居多。

（1）正偏差系统若 AB f <BB f 、AA f ，排斥力占主要地位，分子较易离开液面而进入气相，所以泡点较理想溶液低，混合时，体积变化ΔＶ>0，容易出现恒沸点、部分互溶、完全不溶等现象。

实验一 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。

平衡数据实验测定方法有两类，即直接法和间接法。

直接法中又有静态法、流动法和循环法等。

其中循环法应用最为广泛。

若要测定准确的气液平衡数据，平衡釜是关键。

现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征选择适当的釜型。

用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。

本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快，因而实验时间短。

一．实验目的1．测定正己烷－正庚烷二元体系在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．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。

蒸汽循环线Ａ Ｂ液体循环线图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：V i L i f f ˆˆ= i s i i i V i x f py γφ=ˆ （1）常压下，气相可视为理想气体，1ˆ=v i φ；再忽略压力对流体逸度的影响，isi p f =从而得出低压下气液平衡关系式为：py i =γisi p i x（2）式中，p ——体系压力（总压）；s i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算； x i 、y i ——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率； γi ——组分i 的活度系数由实验测得等压下气液平衡数据，则可用 s ii i i px py =γ （3）计算出不同组成下的活度系数。

㊀ＩＳＳＮ１６７２－４３０５ＣＮ１２－１３５２／Ｎ实㊀㊀验㊀㊀室㊀㊀科㊀㊀学ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ㊀ＳＣＩＥＮＣＥ第２２卷㊀第１期㊀２０１９年２月Ｖｏｌ ２２㊀Ｎｏ １㊀Ｆｅｂ ２０１９二元汽液平衡数据测定实验的改进赵爱娟，郭红宇（天津大学化工学院，天津㊀３００３５０）摘㊀要：汽液平衡数据是化工分离过程中的重要基础数据，对于化工生产和化工设备的设计极其重要㊂详细介绍了实验中心从二元体系的选择㊁实验装置的结构改进㊁汽液平衡组成分析方法以及实验数据的处理方面对 二元汽液平衡数据测定 实验进行的改进，改进后的实验有利于提高数据测定的准确性，同时提高学生的学习效率和实验教学效果㊂关键词：二元体系；汽液平衡；相图；实验教学中图分类号：Ｇ６４２㊀㊀文献标识码：Ｂ㊀㊀ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４３０５．２０１９．０１．０１３Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｄａｔａｆｏｒｂｉｎａｒｙｓｙｓｔｅｍＺＨＡＯＡｉ－ｊｕａｎ，ＧＵＯＨｏｎｇ－ｙｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３５０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｄａｔａ（Ｖ Ｌ Ｅ．）ａｒｅｔｈｅｂａｓｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｄｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｓｔａｇｅｓｏｆｖａｐｏｒｌｉｑｕｉｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐｏｒ⁃ｔａｎｃｅｔｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＶａｐｏｒ－ＬｉｑｕｉｄＥｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍＤａｔａｆｏｒＢｉｎａｒｙＳｙｓｔｅｍ ｉｎｏｕｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｅｎｔｅｒａｒｅｄｅｔａｉｌｅｄ，ｗｈｉｃｈｉｎ⁃ｃｌｕｄｅｔｈｅｃｈｏｉｃｅｏｆｔｈｅｂｉｎａｒｙｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｑｕｉｌｉｂ⁃ｒｉｕｍｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｍｓｗｏｕｌｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｄａｔａｄｅｔｅｒｍｉｎａ⁃ｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓ ｌｅａｒｎｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｔｅａｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｉｎａｒｙｓｙｓｔｅｍ；ｖａｐｏｒ－ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀通讯作者：郭红宇（１９６４－），男，山东泰安人，硕士，副教授，主要研究方向为实验教学和实验室建设与管理㊂㊀㊀汽液平衡数据是化工生产中液体混合物分离㊁新产品和新工艺研发㊁能耗降低㊁三废处理等过程的重要基础数据之一㊂因为化工生产过程中多涉及相间物质传递，精馏㊁吸收㊁萃取等分离过程设备的设计㊁化工工艺条件的优化㊁汽液相理论的研究等都需要精确可靠的汽液平衡数据［１－２］㊂随着化工生产的不断发展，现有文献中汽液平衡数据已远不能满足需要，许多物系的平衡数据，很难直接通过理论计算获得，需要通过实验测定来满足工程计算的需要㊂同时，在溶液理论研究中提出了各种描述溶液内部分子间互相作用的模型，精确的汽液平衡数据是检验这些模型可靠性的重要依据㊂二元体系汽液平衡研究的经典方法即通过实验测定少量汽液平衡数据，然后在一定理论基础上选择合适的模型进行关联和预测，计算平衡曲线，以解决工业设计㊁科研㊁生产的一些课题，同时促进和发展理论研究工作㊂采用科学可靠的汽液平衡实验装置和实验方法测定物系的汽液平衡数据具有重要意义［３－４］㊂汽液平衡数据包括系统的温度（Ｔ）㊁压力（Ｐ）㊁汽相组成（ｙｉ）及液相组成（ｘｉ）㊂数据的测定实验理论抽象，操作技巧性强，测定时间长，数据量大且处理复杂，在实验教学过程中，学生在短短的４个学时内得到足够㊁准确的数据，从而绘制出精准的汽液平衡相图往往较难㊂多年来，学者们就 二元汽液平衡数据测定 的实验进行了大量的研究和改进工作［５－７］㊂根据化工技术实验中心（以下简称：中心）的实验教学经验，文中介绍并比较了中心近几年在 二元汽液平衡数据的测定 实验中的改进工作，包括二元体系的选择㊁实验装置结构改进㊁平衡组成分析方法和数据处理方法等㊂１㊀二元体系的选择在二元液系汽－液平衡相图实验中，常用的研究体系有环己烷－异丙醇㊁丙酮－氯仿㊁乙醇－苯㊁乙醇－正丙醇㊁乙醇－环己烷㊁乙醇－水㊁乙酸乙酯－乙醇㊁正丙醇－水㊁异丙醇－水和苯－甲苯等㊂由于苯㊁甲苯和氯仿等属于高毒物，相应体系早已被淘汰，目前国内多所高校开设的二元液系汽－液平衡相图实验是环己烷－乙醇（异丙醇）体系［８－１１］㊂本中心早期实验中采用苯－正庚烷体系，除了苯剧毒外，正庚烷易燃，正庚烷蒸汽与空气可形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险㊂随着本中心Ｓ．Ｈ．Ｅ．（安全Ｓａｆｅｔｙ㊁健康Ｈｅａｌｔｈ㊁环保Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）管理体系的建设，为培养化工专业学生Ｓ．Ｈ．Ｅ．理念，教学实验中尽量采用毒性低㊁安全性高㊁污染少的体系㊂因而我们改用乙醇－水㊁甲醇－水㊁甲醇－乙醇三种体系进行汽－液平衡数据测定实验㊂实验过程中，采用依次添加法节约了大量试剂，但由于乙醇－水体系具有最低恒沸点，教学实验有限的学时内，学生不易得到精准的相图；甲醇－水体系中，当水含量较高时平衡釜内产生较多的水蒸汽，不易取样；因此选择低毒的甲醇－乙醇体系㊂２㊀汽液平衡实验装置恒压下完全互溶的二元液系，当汽㊁液两相达到平衡时，二元液系的沸点和溶液的组成有关，即Ｔ是ｘ（ｙ）的函数㊂将二元液态混合物在特制的蒸馏器中蒸馏，当体系温度不再变化，表明汽㊁液两相已达到平衡，记下此时温度，并测定相应的汽㊁液相组成，即得到Ｔ－ｘ－ｙ数据㊂汽液平衡数据的准确性依赖于汽液平衡测量装置的稳定性与可靠性，压力㊁温度和平衡组成数据的测定的准确性是此实验成功的关键，开展汽液平衡装置合理性㊁可靠性的研究具有重要的意义㊂下面从平衡釜的选择㊁压力和温度的测量控制对本中心实验装置进行介绍㊂２．１㊀平衡釜恒压汽液平衡数据应用广泛，测定方法简单，分为间接法和直接法，直接法中有静态法㊁流动法和循环法等［１２］㊂循环法应用最为广泛，即汽液平衡釜中汽㊁液两相进行循环，使汽液两相达到充分的接触［１３］㊂单循环（Ｅｌｌｉｓ）釜较双循环釜结构简单，但数据准确程度及适用范围有限㊂双循环（Ｂｏｕｂｂｌｉｃ）法测定原理如图１所示㊂在沸腾器Ｍ中盛有一定组成的溶液，在恒压下加热，体系达到平衡时，容器内的组成不随时间变化，这时从Ｖ和Ｌ两容器中取样分析，即得一组平衡数据㊂图１㊀循环法测定汽液平衡原理图若要测得准确的汽液平衡数据，平衡釜的选择是关键［１４－１５］㊂较理想的平衡釜应易于建立平衡㊁样品用量少㊁平衡温度测定准确㊁汽相中不夹带液滴㊁液相不返混及不易爆沸，可避免过热现象和分馏效应等引起的误差等㊂本中心采用的小型平衡釜，通过液相内循环㊁汽相外循环分别形成循环系统，其结构如图２所示㊂该釜具有如下特点：外层有全封闭真空恒温夹套，使得平衡釜处于恒温环境中，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快，测得平衡时的温度及汽液相组成数据准确㊂图２㊀小型汽液平衡釜示意图除了 二元汽液平衡数据的测定 装置的核心 平衡釜进行正确的选择外，装置的压力和温度测量和控制系统也要可靠，对原实验装置的压力和温度测量和控制系统进行了改进，改进前㊁后的汽液平衡数据测定实验装置分别见图３和图４㊂㊀赵爱娟，等：二元汽液平衡数据测定实验的改进图３㊀改进前的汽液平衡数据测定实验装置图４㊀改进后的汽液平衡数据测定实验装置２．２㊀压力测量和控制系统早期的实验中主要测定常压下的汽液平衡数据㊂因为要求实验过程中整个系统是密闭的，实验前采用１００ｍＬ针筒㊁医用旋转三通阀和Ｕ型压差计检查整个系统的气密性，如图３所示㊂三者也可用于对体系进行加压和抽真空，但由于实验过程中装置的取样口垫片易漏气，导致系统难以保持在除常压外的恒压状态，因而对装置进行了如下改进㊂改进后的实验装置如图４所示，压力测量系统由高精密数字绝对压力计（ＯＭＥＧＡＨＨＰ３６０－Ｂ，精度ʃ０．０１５％ＦＳ，量程０ ２６６．６７ｋＰａ）和差压传感器（奥特仪表制造有限公司，型号ＡＴ３０５１ＤＰ４Ｓ２Ｂ７Ｈ１１ＢＯ３Ｍ３，精度ʃ０．０７５％ＦＳ，量程０ ９ｋＰａ）组成，分别测量实验当天大气压和平衡釜内压力与外界大气压的差值，其测量值直接通过仪表显示屏显示㊂并且装置上外接控压装置（气体发生器和真空泵），对体系压力进行精密㊁动态调节，从而测得不同压力下的汽液平衡数据㊂解决了先前装置由于垫片漏气，而导致的系统压力不稳定㊁数据测量不准确的问题㊂改进后实验装置设计合理，操作简单，提高了实验的准确性，同时学生在实验过程中学习掌握了使用现代化化工测量控制仪器㊂２．３㊀温度测量系统早期的实验中采用传统的精密温度计，测温套管中倒入硅油，将一支温度计（主温度计）插入套管中，并在主温度计露出部分中间固定另一支温度计（辅助温度计），如图３所示㊂因本实验对温度要求较严，需对温度进行校正，平衡温度Ｔ的计算方法如下：Ｔ＝ｔ主＋ｔ修正值＋ｋｎｔ主－ｔ辅()（１）ｔ修正值 温度计的修正值，通过查精确温度计的修正值得到；ｋ 水银在玻璃中的膨胀系数，取０．０００１６；ｎ 露出部分的温度系数取６０；ｔ主 在介质中的温度（主温度计的读数）；ｔ辅 露出水银柱的平均温度（辅助温度计的读数）㊂改进后的实验装置如图４所示，温度的测量系统由铂电阻温度传感器（ＰＴ１００，Ａ级，精度ʃ０．１％ＦＳ，量程－５０ ３００ħ）和智能数字转换仪表组成，分别用于平衡釜内温度的测量和显示㊂为学生提供较为精密的测温手段，操作简便，平衡温度读取快速，灵敏度高，减小了实验误差㊂３㊀平衡组成的分析３．１㊀阿贝折光仪体系达到平衡时，对汽㊁液相组成进行分析㊂折射率是物质的一种特性常数，液态混合物的折射率与组成和温度有关，采用阿贝折射仪测定汽㊁液相的折射率，然后从特定温度下的折射率－组成工作曲线上查得相应的组成［１６］㊂由于样品组成对折光率的影响是极其灵敏的，易挥发组分的轻微蒸发，造成实验结果不准确㊂同时，折射率随温度变化，测定标准工作曲线和未知样品的折射率要求在相同的温度下进行，但又很难控制平衡样品的温度㊂此外，使用阿贝折射仪，需要对光㊁粗调㊁消色散㊁精调㊁读数，在７４工作曲线上查找组成，操作繁琐，人为误差大㊂３．２㊀气相色谱随着化学化工科研领域新方法和新仪器的应用，微量分析已成为常规的实验技术，实验教学中采用传统的测试方法，导致其与科研严重脱节［１７］㊂在实验教学中适当引入现代分析测试手段，提高实验的重现性和精度，让学生更多地接触到现代实验技术和方法，有利于培养学生的创新意识和探究精神，是一种有益的教学改革尝试㊂因此，本中心对原教学内容进行改进，采用气相色谱法对平衡样品的组成进行分析，由色谱峰面积和相对校正因子定量计算平衡时汽㊁液相组成㊂该法分离能力强㊁灵敏度高，所测数据比较稳定，样品用量少（０．２μＬ）㊂提升后的测试手段，大大消除了折射率－组成工作曲线上查找误差和阿贝折射仪机械漂移引起的误差，把学生从繁琐的实验操作中解放出来，还可以接触到现代分析仪器㊂４㊀数据处理方法实验报告处理过程中，要求学生采用适合的活度系数模型方程关联实验数据［１８］㊂汽相组成误差的平方和作为目标函数，即Ｆ＝ðｍｊ＝１ｙ１实－ｙ１计()ｊ２＋ｙ２实－ｙ２计()ｊ２[]采用非线性最小二乘法，由二元汽液平衡实验数据回归求得方程中模型参数，计算活度系数γｉ和汽相组成ｙｉ，然后分别采用实验值和计算值作出二元汽液平衡相图（Ｔ－ｘ－ｙ），并进行比较分析㊂计算机普及的今天，不提倡学生采用坐标纸手工绘制相图和手写实验报告的方法，要求学生采用ＭＡＴＬＡＢ编程或ＡＳＰＥＮ计算平衡态体系数据，利用微软ＥＸ⁃ＣＥＬ㊁ＯＲＩＧＩＮ［１９］㊁ＭＡＴＬＡＢ或ＡＵＴＯＣＡＤ绘制二元汽液平衡相图㊂５㊀结语准确的二元汽液平衡数据的测定依靠科学合理的实验方法和实验装置，文中从二元体系选择㊁汽液平衡实验装置改进㊁平衡样品组成分析和数据处理四个方面，介绍了本中心开设的教学实验 二元汽液平衡实验数据的测定 ㊂通过在一个实验项目的教学中将多方向化工专业的知识融会贯通，增强了学生的安全环保意识，锻炼了学生现代化测定方法和测量仪表的操作能力，实验报告处理中化工类软件的应用提高了数据处理结果准确度和学生的学习效率㊂实验教学紧跟学科的发展步伐，不断提高实验教学效果，达到培养高素质的复合型化工专业人才的教学目标㊂也希望能对兄弟院校的实验工作者在实验教学㊁课程改革及仪器购置等方面起到一定的借鉴作用㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀任素贞，贺民，纪敏，等．深化物理化学实验教学，培养学生科研能力［Ｊ］．化工高等教育，２０１５（４）：６７－６９．［２］㊀雷玲，陆新华．乙醇－环己烷双液系汽液平衡相图测绘方法改进［Ｊ］．化工时刊，２０１６，３０（１）：２２－２５．［３］㊀赵亚萍，沈丽，边绍伟，等． 二元液系平衡相图的绘制 实验的综合改进［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１５，３４（６）：２１３－２１７．［４］㊀向明礼，曾小平，滕奇志，等． 二元液系相图 实验的综合改革研究［Ｊ］．实验科学与技术，２００７，５（６）：９８－１００．［５］㊀童丹丽，唐小祥．双液系的气－液平衡相图实验装置的改进［Ｊ］．科技信息（学术研究），２００６（１１）：８１．［６］㊀常贯儒，陈国平．双液系汽液平衡相图的实验改进与实践研究［Ｊ］．科技视界，２０１２（１６）：３５－３７．［７］㊀仝艳，李晓飞，万焱，等．双液系汽液平衡相图绘制实验的改进效果评价［Ｊ］．广州化工，２０１１，３９（５）：１６９－１７０．［８］㊀李俊新，孙宝，郭子成，等．二元液系气－液平衡相图实验体系的绿色选择［Ｊ］．实验室科学，２０１１，１４（３）：７０－７４．［９］㊀赵泳．二元液系汽液平衡相图实验的改进［Ｊ］．广东化工，２０１３，４０（１２）：２２－２３．［１０］㊀苑娟，万焱，褚意新．二组分气 液平衡相图实验的绿色化研究［Ｊ］．实验技术与管理，２０１３，３０（７）：１５７－１５９．［１１］㊀李晓飞，仝艳，吴志启．二组分体系水－正丙醇的汽液平衡相图绘制［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１２，３１（８）：２０－２２．［１２］㊀徐美倩．汽液相平衡测定技术的研究进展［Ｊ］．化学工业与工程技术，２００７，２８（５）：４０－４３．［１３］㊀徐美倩．汽液双循环相平衡装置的建立与汽液相平衡数据测定［Ｄ］．南京：南京工业大学，２００６．［１４］㊀周爱秋，李英，刘福祥，等．完全互溶双液系平衡相图实验装置的微型化［Ｊ］．实验室研究与探索，２００２，２１（１）：７９－８０．［１５］㊀宋江闯，熊焰．汽液平衡测定实验探讨［Ｊ］．实验室研究与探索，２０１０，２９（１１）：２２３－２２６．［１６］㊀刘茹，蔡邦宏．拟合曲线对气－液平衡相图绘制实验的影响［Ｊ］．广东化工，２０１５，４２（３）：３２．［１７］㊀许新华，王晓岗，刘梅川．双液系汽液平衡相图实验的新方法研究［Ｊ］．实验室科学，２０１５，１８（３）：２９－３２．［１８］㊀谷永庆，乔梅英．乙酸－乙醇汽液平衡数据的测定与关联［Ｊ］．光谱实验室，２０１２，２９（１）：５２９－５３１．［１９］㊀胡玮，曹红燕．双液系气－液平衡相图的Ｏｒｉｇｉｎ绘制方法［Ｊ］．化工高等教育，２０１４（１）：９６－１００．收稿日期：２０１７－１１－１０修改日期：２０１７－１１－２８作者简介：赵爱娟（１９８７－），女，河北迁安人，硕士，工程师，主要研究方向为实验教学和实验室建设与管理㊂㊀。

气液平衡－实验报告————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:ﻩ化工专业实验报告实验名称: 二元气液平衡数据的测定实验人员：同组人实验地点:天大化工技术实验中心60６室实验时间: ２0１5年４月2０日下午１４：00年级: 2０１4硕;专业：工业催化;组号: 1０(装置2）;学号: 指导教师：_＿__＿＿赵老师_______＿实验成绩:＿___＿_＿___＿＿＿________一.实验目的（1）测定苯-正庚烷二元体系在常压下的气液平衡数据;（２）通过实验了解平衡釜的结构，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.实验原理气液平衡数据是化学工业发展新产品、开发新工艺、减少能耗、进行三废处理的重要基础数据之一。

化工生产中的蒸馏和吸收等分离过程设备的改造与设计、挖潜与革新以及对最佳工艺条件的选择，都需要精确可靠的气液平衡数据。

这是因为化工生产过程都要涉及相间的物质传递，故这种数据的重要性是显而易见的。

平衡数据实验测定方法有两类,即间接法和直接法。

直接法中又有静态法、流动法和循环法等。

其中循环法应用最为广泛。

若要测得准确的气液平衡数据，平衡釜是关键。

现已采用的平衡釜形式有多种,而且各有特点,应根据待测物系的特征，选择适当的釜型。

用常规的平衡釜测定平衡数据,需样品量多,测定时间长。

所以，本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，釜内液体和气体分别形成循环系统，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快,因而实验时间短。

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 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。

图1 平衡法测定气液平衡原理图当达到平衡时，除了两相的压力和温度分别相等外，每一组分的化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：常压下,气相可视为理想气体,Φi=1；再忽略压力对液体逸度的影响,ｆi=ｐi0，从而得出低压下气液平衡关系式为：式中，p--－------－－-----体系压力(总压）；p i0---－--------纯组分ｉ在平衡温度下饱和蒸气压；x i、y i------－分别为组分ｉ在液相和气相中的摩尔分率；r i－－----------－组分i的活度系数；由实验测得等压下气液平衡数据，则可用下式计算不同组成下的活度系数：计算出不同组成下的活度系数:本实验中活度系数和组成关系采用Wiｌsｏn 方程关联。