二元系统汽液平衡数据测定实验综述报告

荣俊锋，武成利，张晔，李伏虎，刘铭，吴姗姗

（安徽理工大学化学工程学院，安徽淮南232001）

随着大学教学的不断深入以及社会上新产品、新工艺的开发，许多物系的平衡数据还未经前人测定过。为完成教学任务，满足工业需求，需要通过实验测定。

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。

（3）学会二元汽液平衡相图的绘制。

2 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。

图1 循环法测定汽液平衡

3 实验步骤

（1）加料：从加料口加入配制好的醋酸—水二元溶液。

（2）加热：接通加热电源，调节加热电压约在150～200 V，开启磁力搅拌器，调节合适的搅拌速度。缓慢升温加热至釜液沸腾时，分别接通上、下保温电源，其电压调节在10～15 V。

（3）温控：溶液沸腾，至冷凝液回流。起初，平衡温度计读数波动，调节加热量，使冷凝液控制于每分钟约60滴。控制汽相温度比平衡温度高0.5℃～1℃，最终使平衡温度逐趋稳定。

（4）取样：整个实验过程中必须注意蒸馏速度、平衡温度和气相温度的数值，不断加以调整，经0.5～1h稳定后，记录平衡温度及气相温度读数。读取大气压力计的大气压力数值，迅速取约8 mL的气相冷凝液及液相于干燥、洁净的取样瓶中。

（5）分析：用化学分析法分析气、液两相组成，每一组分析两次，分析误差应小于0.5%，得到WHAC汽及WHAC液两液体质量百分组成。

（6）实验结束后，先把加热及保温电压逐步降低到零，切断电源，待釜内温度降至室温，关冷却水，整理实验仪器及实验台。

4 实验结果与讨论

4.1 实验数据计算

以室温下5组学生数据（醋酸-水体系溶液按体积比1∶1，1∶2，1∶3，1∶4，1∶5配制）为例，进行数据处理及分析[3-12]。

表1 1:1配比溶液实验数据

数据处理（包括计算举例、数据图表）

以本组数据为例（CNaOH=0.1 mol/L）

同理：WHAc液=58.4%

（1）大气压力的矫正

转化为水银柱的高度为：101.95 kPa=760 mm Hg

（2）平衡温度的校正

露径温度：η汽=38℃，η液=33℃

（3）沸点校正

另外四组实验数据，如上述举例计算，计算结果见表2。

表2 实验处理数据汇总

通过以上实验数据，在计算机上进行验证有以下数据产生：

图2 计算机处理数据展示

将计算机处理数据整理成表格数据，见表3～表7。

表3 体积比1:1实验计算机处理数据

表4 体积比1:2实验计算机处理数据

表5 体积比1:3实验计算机处理数据

表6 体积比1:4实验计算机处理数据

表7 体积比1:5实验计算机处理数据

（1）仍以第一组数据为例，计算P°HAC，P°H2O

4.2 计算结果分析

图3 HAc-H2O二元系统汽液平衡相图

表8 计算处理数据

（1）由标准醋酸—水平衡二元相图，102.35℃的液相XHAc=0.302，汽相YHAc=0.246。误差分析分别为：

（2）由标准醋酸—水平衡二元相图，101.64℃的液相XHAc=0.200 4，汽相YHAc=0.139 2。误差分析分别为：

（3）由标准醋酸—水平衡二元相图，101.31℃的液相XHAc=0.123 0，汽相YHAc=0.115 9。误差分析分别为：

（4）由标准醋酸—水平衡二元相图，100.99℃的液相XHAc=0.101 2，汽相YHAc=0.099 8。误差分析分别为：

（5）由标准醋酸—水平衡二元相图，101.64℃的液相XHAc=0.099 8，汽相YHAc=0.099 0。误差分析分别为：

误差分析[13-16]：

由标准醋酸—水平衡二元相图可计算实验数据误差，η1、η2、γHAC、γH2O的理论计算值与计算机所列的误差较大。分析原因可知：

（1）实验过程中由于操作不一定完全规范，所以或多或少会引入误差；未充分平衡，造成精馏现象，取样时存在误差，如针筒称样时液滴有损失；分析时也会造成滴定误差；滴定终点判别也会有误差等。

（2）实验仪器上、下保温不佳，在实验刚开始时，加热了很久但是温度还是在一定范围内波动。

（3）可能理论数据拟合过程带来部分误差。

5 结束语

采取启发式教学，先通过问题引导，导入基础物性数据，然后创设一个情境，模仿计算实例进行数据计算，重在让学生理解4个温度、4个质量、2个体积的含义以及如何记录这些数据。经过计算预演练让大家熟悉计算细节。同样的数据，大家计算的结果可能存在偏差，教会大家如何分析问题的原因。接着通过组内同学之间的协作完成数据采集和样品分析、数据综合处理以及计算机输入反馈等环节。整个过程环环相扣，课堂充实有序。整个流程综合训练学生计算、动手操作、理论分析的能力，为以后的毕业设计环节打下坚实的基础。