二元系统汽液平衡数据的测定专业实验-彭阳峰教材

1、化学工程与工艺专业实验化学工程与工艺专业实验 二元系统汽液平衡数据的测定1、汽液平衡是最基本的相平衡2、精馏过程是汽液平衡，精馏操作是获得纯物质的重要手段3、吸收过程是气液平衡，吸收操作可获得气体产品CO2，或除去气相杂质来源与背景来源与背景 一、实验项目的来源与技术背景一、实验项目的来源与技术背景1、汽液平衡操作，设计需要准确的汽液平衡数据2、可以从资料文献中获得一些汽液平衡数据温度，压力等不完全一致3、实验测定汽液平衡数据4、活度系数关联式，PVT方程计算。来源与背景来源与背景 一、实验项目的来源与技术背景一、实验项目的来源与技术背景1、静态法测定汽液平衡2、动态法测定汽液平衡3、其它测定

2、方法来源与背景来源与背景 一、实验项目的来源与技术背景二、实验原理二、实验原理实验原理实验原理 气相循环线液相循环线ab容器a液体蒸发为平衡汽相汽相在b容器中冷却为液体b中液体沿液相循环线回到a一段时间后达到平衡a,b中液体组成不随时间变化汽相沿汽相循环线流动到b二、实验原理二、实验原理实验原理实验原理 实验原理实验原理 Ellis平衡蒸馏釜总电源开关上保温按钮下保温按钮实验原理实验原理 LVTTLVPP LOHVOHLHAcVHAcffff22,相平衡条件如何获得醋酸和水的逸度？实验原理实验原理 改进的Ellis蒸馏器测定汽液平衡数据适宜于液相和汽相冷凝液都是均相的系统磁力搅拌用以搅拌液体,

3、防止暴沸蛇管保证汽液相充分接触,防止闪蒸上下两部分电热丝保温,防止精馏醋酸浓度直接用氢氧化钠溶液滴定技巧与难点技巧与难点 加料从加料口加入配好的醋酸-水二元溶液醋酸和水的浓度问题?浓度与平衡温度的关系?灵敏温度区域?加料位置?从汽相冷凝管处加入溶液的优缺点?技巧与难点技巧与难点 加热加热前期要做的准备?冷却水磁力搅拌加热电压的选择?加热量过大?加热量过小?保温电流的选择?保温温度与溶液沸点的关系?技巧与难点技巧与难点 温控加热量调节的要点?上下保温电流调节的要点?汽相温度与平衡温度的关系平衡时温度的标志?平衡温度与汽液两相醋酸浓度的关系?技巧与难点技巧与难点 取样注意液相取样口，汽相取样口，放

4、料口的区别？最终取样时的温度和大气压方为平衡温度和平衡压力取样量：8ml，约半个取样瓶。做好液相和汽相样品的标记取样瓶一定盖好盖子。技巧与难点技巧与难点 分析用1ml注射器将样品转移到锥形瓶中。注射器约吸取样品0.2ml，分析天平精确定量。注意碱式滴定管操作技巧与规范，避免滴定管中产生气泡酚酞指示剂终点判别的一致性分析误差要求小于0.5分析结果转化为质量百分含量技巧与难点技巧与难点 实验结束首先关闭加热和保温电压，切断电源。体系温度降低后关闭冷却水。整理实验仪器和实验台。)(00016. 0室观观实际ttntt)760)(273000125. 0aPPttt实际实际（四、数据处理的思路与技巧四

5、、数据处理的思路与技巧平衡温度校正露径校正温度计指示值室温n:温度计暴露部分的读数差沸点校正换算到标准大气压下的沸点实验时大气压gmLmolNaOHCmlVmCVWNaOHNaOHNaOHNaOHHAc质量，：汽相或液相样品滴定标准溶液浓度，体积消耗样品样品/:,NaOH:0 .60四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧平衡浓度的计算参数输入计算机，计算表中，液气HAcHAcPWWt ,液相液相mol分数分数液相算出温度液相算出温度汽相汽相mol分数分数汽相算出温度汽相算出温度平衡温度平衡温度单分子乙酸单分子乙酸mol分数分数双分子乙酸双分子乙酸mol分数分数乙酸饱和蒸气压乙酸饱和蒸

6、气压水饱和蒸气压水饱和蒸气压乙酸乙酸mol分数分数乙酸活度系数乙酸活度系数水活度系数水活度系数四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧将计算结果列表如下：将计算结果与附录1表格中数据所作的图相比较，比较实验误差四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧按照附录1的数据，作等压二元相图注意纵坐标和横坐标的选取注意横坐标上同时为液相和汽相醋酸浓度注意曲线的光滑程度可电脑或手工作图将实验点标注在所作的图上四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧 醋酸水二元系统汽液平衡数据的关联醋酸在汽相中存在单分子，两分子，三分子的缔合体共存醋酸在液相中仅考虑单分子体汽相中醋酸单分子体和液相醋

7、酸单分子体平衡直接测定只能获得汽相中醋酸总量考虑纯醋酸的汽相缔合，计算二分子缔合，忽略三分子缔合四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧 醋酸水二元系统汽液平衡数据的关联汽相表观组成与真实组成的关系OHtOHtAnnnnnnnnnnnny222121212122/2/21221OHnnn22112Ay021212AAyypK21212212OHpK解一元二次方程四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧 醋酸水二元系统汽液平衡数据的关联2)(2HAcHAc 2122122PPK缔合平衡常数汽液平衡关系OHAnnnnPf221111四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧

8、醋酸水二元系统汽液平衡数据的关联醋酸缔合平衡常数与温度T的关系TK/31664205.10lg2OHOHOHAAAAAyyppyf222/11由组分逸度系数定义考虑实际情况，可得： 011/01201020201201022ApKpK解一元二次方程可得10四、数据处理的思路与技巧四、数据处理的思路与技巧 醋酸水二元系统汽液平衡数据的关联由平衡时组分逸度相等的原理，可得：92.224909.16369187. 7lg2117 .1416181. 7lg/020020101222tptpxppxppOHHAcOHOHOHOHHAcHAcHAc其中1）关于实验报告的书写与规范）关于实验报告的书写与规

9、范2）关于数据图表的统一要求）关于数据图表的统一要求数据图表可手工绘制、可计算机作图，图纸尺寸为数据图表可手工绘制、可计算机作图，图纸尺寸为15cm* 15cm左右，左右，粘贴于报告页；粘贴于报告页；数据图表应包括的基本信息：图表标题、坐标名称、坐标单位、实验数据图表应包括的基本信息：图表标题、坐标名称、坐标单位、实验点、曲线、日期、绘图者；点、曲线、日期、绘图者；坐标的选择应满足：自变量为横坐标、因变量为纵坐标；坐标的坐标的选择应满足：自变量为横坐标、因变量为纵坐标；坐标的分度应与实验数据的有效数字位数相同；选择合适的坐标起始点，分度应与实验数据的有效数字位数相同；选择合适的坐标起始点，使标

10、绘的图线居中；坐标刻度统一朝内（计算机作图尤其注意！）使标绘的图线居中；坐标刻度统一朝内（计算机作图尤其注意！）五、五、实验报告的书写规范实验报告的书写规范 思考与讨论思考与讨论 1，为什么在常低压下，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0.1mol/LNaOH标准溶液测定气液两相组成的分析步骤，并推导平衡组成的计算式。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进行压力校正？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？思考与讨论思考与讨论 1，为什么在常低压下，醋酸蒸汽也不能当作理想气体看待？答：由于

11、醋酸蒸汽在汽相中存在二分子，三分子的缔合体，因此即使在常低压下也不能当作理想气体。2，本实验中气液两相达到平衡的判据是什么？答：本实验中汽液两相达到平衡的判据是平衡温度不随时间发生变化。思考与讨论思考与讨论 3，设计用0.1mol/LNaOH标准溶液测定气液两相组成的分析步骤，并推导平衡组成的计算式。以汽相组成分析为例：从汽相冷凝液放料口放出约5ml的样品到干净的取样瓶中，盖上盖子。用量程1ml的注射器吸取约0.2ml的汽相样品，到分析天平上称取质量，精确到小数点后四位。将注射器中的样品转移到已放约20ml去离子水的锥形瓶中。加3滴酚酞指示剂。用0.1mol/L的标准NaOH溶液滴定到酚酞变粉红色，记录消耗的NaOH体积，ml.。计算汽相样品的醋酸的质量百分数。思考与讨论思考与讨论 4，如何计算醋酸水二元系的活度系数？参见数据处理部分5，为什么要对平衡温度进行压力校正？答：为了将平衡数据校正到标准大气压下，方便进行比较。6，本实验装置如何防止汽液平衡釜闪蒸、精馏现象