二元气液平衡数据测定_实验指导书.doc

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：实验时间： 班级： 学号：指导教师：实验成绩：二元气液平衡数据的测定一、 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、 实验原理与循环法测定气液平衡数据的平衡釜基本原理相同，如下图所示，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，可得到一组平衡数据当达到平衡时，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：fiL=fiV……………………………………….(1)φipyi=γifi0xi常压下，气相可视为理想气体，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为：pyi=γipi0xi…………………………………(2) 式中，p——体系压力（总压）；pi0——纯组分I在平衡温度下饱和蒸汽压，可用安托尼（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。

由实验测得等压下气液平衡数据，则可用………………………………..(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：lnγ1=-ln………(4) lnγ2=-ln………(5) Wilson方程二元配偶参数和采用非线形最小二乘法,由二元气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=(y1实-y1计)2j+(y2实-y2计)2j…………………………………(6)三、实验装置和试剂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、液相不返混及不易暴沸等本实验采用气液双循环的小平衡釜，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、0-50十分之一的标准温度计一支5． 所用试剂（苯、正庚烷）为优级品6． 1ml注射器十支、5ml注射器三支四、 实验步骤1. 开启超级恒温槽，调温度至测定折射率所需温度25℃或30℃ 2. 测温套管中倒入甘油，将标准温度计插入套管中，并在其露出部分中间固定一支温度计，对温度进行校正3. 查整个系统的气密性，以保证实验装置具有良好的气密性，将气压球与三通管连接好，与大气相通，用手压瘪气压球，然后开启气压球所连小阀直通系统，抽气使设备处于负压状态，U型管压力计的液面升起，在一定值下停止。

注意操作不能过快，以免将U型管液体抽入系统关闭气压球所连小阀，停10分钟，U型管内液体位差不下降为合格开启气压球所连小阀调节三通阀，使系统直通大气4. 于实验测定的是常压下的气液平衡数据，读取当天实验室的大气压值5. 平衡釜内加入一定浓度的苯—正庚烷混合液约20—30毫升，打开冷却水，安放好加热器，接通电源开始时加热电流给到0.1A加热，5分钟后给到0.2A，再等5分钟后慢慢调到0.25A左右即可，以平衡釜内液体能沸腾为准冷凝回流液控制在每秒2—3滴，稳定回流15分钟左右，以建立平衡状态6. 到平衡后，需要记录下两个温度计的读数，并用微量注射器分别取两相样品2毫升，用阿贝折射仪测定其折射率，并在本实验给定的苯的组成—折射率曲线上确定样品的组成关掉电源，拿下加热器，釜液停止沸腾7. 注射器从釜中取出2～5毫升的混合液，然后加入同量的一种纯物质，重新加热建立平衡加入那种物质，可以依据你上一次的平衡温度而定，以免实验点分布不均本实验是降温操作，取出的混和液5毫升，加入苯7毫升，实验重复5次8. 实验完毕，关掉电源和水源，处理实验数据五、实验数据处理及结论（一）实验条件及给定数据①实验条件实验温度：25.5℃ 大气压：101.19Kpa②纯组分在常压下的沸点苯：80.4 ℃ 正庚烷：98.4℃③水银温度计检定结果表1：水银温度计显示值及修正值对应表（实验给定）温度示值（℃）50556065707580859095100修正值（℃）0.010.070.100.120.090.050.080.070.070.090.08④苯和正庚烷纯物料的Antoine常数表2：纯物料的安托尼常数组分ABCt范围（℃）苯6.879871196.76219.16115～84正庚烷6.893861264.37216.643～127（二）苯—正庚烷混合液气液平衡数据的测定实验原始数据 表3 苯—正庚烷混合液测定实验沸点温度，以及气（苯含量）液平衡组成组号主温度t主/℃辅助温度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）平衡温度计算平衡温度的计算方法如下：t实际＝t主＋t修正＋t校正值t修正：通过精查温度计的修正值得到，见表1t校正值：t校正值＝kn(t主-ts)k——水银在玻璃中间的膨胀系数取0.00016；n——露出部分的温度系数取60t主——在介质中的温度；ts——露出水银柱的平均温度（即辅助温度计的读数）平衡温度计算结果见表4表4 苯—正庚烷混合液测定实验实际温度计算结果组号主温度T主/℃修正温度T修正/℃校正温度T校正值/℃实际温度T实际/℃187.80.0700.6220888.49284.00.0720.5808084.65382.40.0750.5788883.05481.30.0770.5625681.94表4注：表中修正温度由主温度在表1所给温度修正值在三次样条插值而得，最终实际温度计算结果保留一位小数，是因为主温度测定的精度决定的。

附：修正水银温度计时所用三次样条插值程序（用matlab编写）t0=[87.8 84.0 82.4 81.3]x=[50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100]y=[0.01 0.07 0.10 0.12 0.09 0.05 0.08 0.07 0.07 0.09 0.08]yy=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运行结果：t = 88.49 84.65 83.05 81.94 （四） 苯和正庚烷纯组分在本实验不同温度下的饱和蒸汽压的计算由Antoine（安托尼）公式：lgPi0=Ai – Bi/(Ci+t) 式中：t—温度，℃（即计算所得的实际温度） P0—饱和蒸汽压，mmHg所以可得到：Pi0=10(Ai-Bi/(Ci+t))纯物料的Antoine常数见表2纯组分饱和蒸汽计算结果见表5表5：纯组分饱和蒸汽在实验温度下计算结果组号1234P10/ mmHg976.962872.390831.487804.001P20/ mmHg562.536498.125473.079456.299（五）用非线形最小二乘法回归配偶参数Λ12 、Λ21 并求液相组成①活度系数和组成关系采用Wilson方程关联lnγ1=-ln lnγ2=-ln目标函数选为气相组成误差的平方和,即 F=(y1实-y1计)2j+(y2实-y2计)2j用非线性最小二乘法拟合：matlab拟合程序见下主程序：bb0=[1,1][bb,resnorm]=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 =[976.962 872.390 831.487 804.001];Pb0 =[562.536 498.125 473.079 456.299];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(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拟合结果为：bb = 1.0361 0.7112resnorm = 6.2948e-004也就是：Λ12= 1.0361Λ21= 0.7112resnorm= 6.2948e-004（六）求气相组成：由matlab算出y实测－y计算程序如下：bb =[1.0361 0.7112];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 =[976.962 872.390 831.487 804.001];Pb0 =[562.536 498.125 473.079 456.299];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(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组号（苯）①②③④y测量0.52000.67200.75200.8180y计算0.50440.。