苯-正庚烷二元气液平衡数据的测定

1、 PAGE 6二元气液平衡数据的测定一、实验目的测定苯正庚烷二元体系在常压下的气液平衡数据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应用Wilson方程关联实验数据实验原理以循环法测定气液平衡数据的平衡釜基本原理大都相同，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。蒸汽循环线冷凝器图1 平衡法测定汽液平衡原理图蒸汽循环线冷凝器图1 平衡法测定汽液平衡原理图BA蒸汽加热液体凝液液体循环线当达到平衡时，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) ipy

2、i=ifi0 xi常压下，气相可视为理想气体，i=1；再忽略压力对液体逸度的影响，fi=pi0从而得出低压气液平衡关系为： p yi = rifi0 xi (2)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 ：组分i在液相中的摩尔分率；yi ：组分i在气相中的摩尔分率；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 (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： ln1=-ln (4) ln2=-ln (5)Wilson方程二元配偶参数和采用非线形最小二乘

3、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)实验装置和试剂图2 实验装置图1.平衡釜一台（本实验采用气液双循环的小平衡釜，其结构如下图）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）为优极品6.1ml注射器十支、5ml注射器三支实验步骤1.首先开启超级恒温槽，调节温度至测定折射率所需温度302.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.检查整个系统的气密性。检验方法是

4、用与系统相连的100毫升的针筒与系统相连，并使系统与大气隔绝，缓缓抽出一点压力，发现硅油U型管中的两个液柱差不变时，再与大气相通；4.由于实验测定的是常压下的气液平衡数据，所以读取当天实验室的大气压值；5.在平衡釜内加入一定浓度的苯正庚烷混合液约2030ml，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，5min后给到0.2A，慢慢调到0.25A左右即可，冷凝回流液控制在每秒26.达到平衡后，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，测其折射率，并在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.用注射器从釜中取出3ml的混合液，然

5、后加入4ml苯，重新建立平衡8.实验完毕，关掉电源和水源，清理实验台。五、数据处理及分析表1 苯正庚烷混合液沸点及气、液相组成的测定数据组号液相气相主温度t主（）辅助温度ts（）折射率Mol%（苯）折射率Mol%（苯）11.399728.01.416048.090.722.521.412143.71.427257.086.422.031.442858.31.440467.483.923.041.438165.71.451375.482.423.551.450575.01.460481.381.722.0表2 水银温度计修正值温度示（）80859095100修正值（）+0.01+0.00+0.0

6、2+0.00-0.041. 温度计算表3 T实际值计算结果列表组号12345t实际（）91.3787.0284.4882.9882.33以第一组为例,计算过程如下： t修正=0.02t校正值=kn(t主-ts)=0.0001660 (90.7.-22.5)=0.65 t实际= t主+ t修正 + t校正值=90.7+0.65+0.02=91.372. 纯物质的饱和蒸汽压的计算表4 P0计算结果列表12345P10/mmHg935.84867.97829.73812.83P20/mmHg615.029537.145495.415472.00462.14 注：P10为苯的饱和蒸汽压；P20为正庚烷

7、的饱和蒸汽压因第一组数据与Antoine公式的使用范围差别较大（使用的温度范围为1584，实验数据为91.37）故取第二组数据本实验总压P=101.3KPa计算过程(以第二组为例）：根据Anoine公式 式中：t温度， P0饱和蒸汽压，mmHgPi0(苯) = = 935.84mmHgPi0(正庚烷) = = 537.146mmHg3使用wilson方程（1）用非线形最小二乘法回归配偶参数12 、21 ：用非线性最小二乘法拟合：matlab拟合程序见下:主程序：bb0=1,1bb,resnorm=lsqnonlin(zhang,bb0)子程序：function F=zhang(bb)x1=0.

8、437 0.583 0.657 0.750 x2=0.563 0.417 0.343 0.250y1=0.570 0.674 0.754 0.813y2=0.430 0.326 0.246 0.187p10=935.84 867.97 829.73 812.83p20=537.14 495.42 472.00 462.14for i=1:4F(i)=y1(i)-p10(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)e ndfor i=5:8 j=i

9、-4 F(i)=y2(j)-p20(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：F = -0.0077 -0.0127 0.0232 0.0039 -0.0087 0.0137 -0.0036 0.0046（Optimization terminated: first-order optimality less than OPTIONS.TolFun, and no negative/zero curvature detect

10、ed in trust region model. ） bb1=0.3473 (12)；bb2= 1.5147(21)； resnorm（方差） =0.0011（2）计算苯的气相组成：表5 苯的气相组成的计算值组号（苯）1234y计算0.57770.68670.73080.8091F=(y1实-y1计)2j+(y2实-y2计)2j=（-0.0077）2+（-0.0127）2+(0.0137)2+(0.0036)2=0.00113）作气液平衡图：六、思考题试验中怎样判断汽液两相已达到平衡？答：在实验中可采用对比法来判断气液两相是否达到平衡。当平衡釜内溶液沸腾时，先记录下来一个体系的温度，然后每隔2至3min读一次温度，如果相邻两次温度读数不发生变化，