二元試驗(yàn)講義-預(yù)習(xí)

蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線圖2蒸餾循環(huán)線液體循環(huán)線圖2-4循環(huán)法測定汽液平衡組分的活度系數(shù)；(3)學(xué)會(huì)二元汽液平衡相圖的繪制。B實(shí)驗(yàn)原理以循環(huán)法測定汽液平衡數(shù)據(jù)的平衡器類型很多，但基本原理一致，如圖2-4所示，當(dāng)體系達(dá)到平衡時(shí)，a、b容器中的組成不隨時(shí)間而變化，這時(shí)從a和b兩容器中取樣分析，可得到一組汽液平衡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)三二元系統(tǒng)汽液平衡數(shù)據(jù)的測定汽液平衡數(shù)據(jù)是蒸餾、吸收過程開設(shè)和設(shè)備設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)對(duì)提供最佳化的操作條件，減少能源消耗和降低成本等，都具有重要的意義。盡管有許多體系的平衡數(shù)據(jù)可以從資料中找到，但這往往是在特定溫度和壓力下的數(shù)據(jù)。隨著科學(xué)的迅速發(fā)展，以及新產(chǎn)品，新工藝的開發(fā)，許多物系的平衡數(shù)據(jù)還未經(jīng)前人測定過，這都需要通過實(shí)驗(yàn)測定以滿足工程計(jì)算的需要。此外，在溶液理論研究中提出了各種各樣描述溶液內(nèi)部分子間相互作用的模型，準(zhǔn)確的平衡數(shù)據(jù)還是對(duì)這些模型的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)的重要依據(jù)。A實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夂驼莆沼秒p循環(huán)汽液平衡器測定二元汽液平衡數(shù)據(jù)的方法;了解締合系統(tǒng)汽-液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法，從實(shí)驗(yàn)測得的T-P-X-Y數(shù)據(jù)計(jì)算各C預(yù)習(xí)與思考(1)為什么即使在常低壓下，醋酸蒸汽也不能當(dāng)作理想氣體看待？(2)本實(shí)驗(yàn)中氣液兩相達(dá)到平衡的判據(jù)是什么？(3)設(shè)計(jì)用0.1NNaOH標(biāo)準(zhǔn)液測定汽液兩相組成的分析步驟、并推導(dǎo)平衡組成計(jì)算式。(4)如何計(jì)算醋酸-水二元系的活度系數(shù)？(5)為什么要對(duì)平衡溫度作壓力校正？

(6)本實(shí)驗(yàn)裝置如何防止汽液平衡釜閃蒸、精餾現(xiàn)象發(fā)生？如何防止暴沸現(xiàn)象發(fā)生?D實(shí)驗(yàn)裝置圖2-5改進(jìn)的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器1-蒸餾釜；圖2-5改進(jìn)的Ellis氣液兩相雙循環(huán)型蒸餾器1-蒸餾釜；2-加熱夾套內(nèi)插電熱絲；3-蛇管；4-液體取樣口；5-進(jìn)料口;6-測定平衡溫度的溫度計(jì)；7-測定氣相溫度的溫度計(jì)；8-蒸氣導(dǎo)管；9、10-冷凝器;11-氣體冷凝液回路；12-凝液貯器；13-氣相凝液取樣口；14-放料口改進(jìn)的Ellis蒸餾器測定汽液平衡數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，操作也較簡便，但僅適用于液相和氣相冷凝液都是均相的系統(tǒng)。溫度測量用分度為0.1℃的水銀溫度計(jì)。在本實(shí)驗(yàn)裝置的平衡釜加熱部分的下方，有一個(gè)磁力攪拌器，電加熱時(shí)用以攪拌液體。在平衡釜蛇管處的外層與汽相溫度計(jì)插入部分的外層設(shè)有上下兩部分電熱絲保溫。另還有一個(gè)電子控制裝置，用以調(diào)節(jié)加熱電壓及上下兩組電熱絲保溫的加熱電壓。分析測試汽液相組成時(shí)，用化學(xué)滴定法。每一實(shí)驗(yàn)組配有2個(gè)取樣瓶，2個(gè)1ML的針筒及配套的針頭，配有1個(gè)堿式滴定管及1架分析天平。實(shí)驗(yàn)室中有大氣壓力測定儀。E實(shí)驗(yàn)步驟及方法:(1)加料：從加料口加入配制好的醋酸-水二元溶液。(2)加熱：接通加熱電源，調(diào)節(jié)加熱電壓約在150?200V左右，開啟磁力攪拌器，調(diào)節(jié)合適的攪拌速度。緩慢升溫加熱至釜液沸騰時(shí)，分別接通上、下保溫電源，其電壓調(diào)節(jié)在(10?15)V左右。(3)溫控：溶液沸騰，汽相冷凝液出現(xiàn)，直到冷凝回流。起初，平衡溫度計(jì)讀數(shù)不斷變化，調(diào)節(jié)加熱量，使冷凝液控制在每分鐘60滴左右。調(diào)節(jié)上下保溫的熱量，最終使平衡溫度逐趨穩(wěn)定，汽相溫度控制在比平衡溫度高。.5?1)℃左右：保溫的目的在于防止氣相部分冷凝。平衡的主要標(biāo)志由平衡溫度的穩(wěn)定加以判斷。(4)取樣：整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中必須注意蒸餾速度、平衡溫度和氣相溫度的數(shù)值，不斷加以調(diào)整，經(jīng)半小時(shí)至1小時(shí)穩(wěn)定后，記錄平衡溫度及氣相溫度讀數(shù)。讀取大氣壓力計(jì)的大氣壓力。迅速取約8ml的氣相冷凝液及液相于干燥、潔凈的取樣瓶中。(5)分析：用化學(xué)分析法分析氣、液兩相組成，每一組分析兩次，分析誤差應(yīng)小于0.5%,得到WAc汽及Wha液兩液體質(zhì)量百分組成。(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先把加熱及保溫電壓逐步降低到零，切斷電源，待釜內(nèi)溫度降至室溫，關(guān)冷卻水，整理實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)臺(tái)。F數(shù)據(jù)處理(1)平衡溫度校正測定實(shí)際溫度與讀數(shù)溫度的校正：t實(shí)際t觀t觀：溫度計(jì)指示值沸點(diǎn)校正：t=t+0-000125(t+273)&60—P)p實(shí)際tp:換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(0.1MPa)下的沸點(diǎn)。P：實(shí)驗(yàn)時(shí)大氣壓力(換算為mmHg)(2)將tp,WHAc汽，WAc液輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算表中參數(shù)。計(jì)算結(jié)果列入下表P0n0n0nnnYYABAiAiA2BAB(3)在二元汽液平衡相圖中，將本實(shí)驗(yàn)附錄中給出的醋酸-水二元系的汽液平衡數(shù)據(jù)作成光滑的曲線，并將本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)標(biāo)繪在相圖上。G結(jié)果與討論:(1)計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差，分析誤差的來源。⑵為何液相中HAC的濃度大于氣相？(3)若改變實(shí)驗(yàn)壓力，汽液平衡相圖將作如何變化，試用簡圖表明。(4)用本實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)作出本系統(tǒng)汽液平衡相圖操作步驟。H主要符號(hào)說明n一組分的摩爾分?jǐn)?shù)； x一液相摩爾分?jǐn)?shù)；P一壓力； 了一氣相摩爾分?jǐn)?shù)；p0一飽和蒸汽壓；y—活度系數(shù)；t一攝氏溫度； n一氣相中組分的真正摩爾分?jǐn)?shù)。下標(biāo)A1、A2—混合平衡氣相中單分子和雙分子醋酸。下標(biāo)A、B一分別表示醋酸與水。參考文獻(xiàn)鈴木功，石小川矯，小松選弦昌.石油化工設(shè)計(jì)參考資料，73(1973)華東化工學(xué)院化學(xué)工程專業(yè).化學(xué)學(xué)報(bào)，1976,34(2)：79附錄1醋酸-水二元系汽液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)Not,℃xHAcyHA/CcNot,℃xHAcyHA/Cc1118.11.001.007104.30.500.3562115.20.950.908103.20.400.2743113.10.900.8129102.20.300.1994109.70.800.66410101.40.200.3165107.40.700.54711100.30.050.0376105.70.600.45212100.000附錄2醋酸-水二元系汽液平衡數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)在處理含有醋酸-水的二元汽液平衡問題時(shí)，若忽略了汽相締合計(jì)算活度，關(guān)聯(lián)往往失敗，此時(shí)活度系數(shù)接近于1，恰似一個(gè)理想的體系，但它卻不能滿足熱力學(xué)一致性。如果考慮在醋酸的汽相中有單分子，兩分子和三分子的締合體共存，而液相中僅考慮單分子體的存在，在此基礎(chǔ)上用締合平衡常數(shù)對(duì)表觀蒸汽組成的蒸汽壓修正后，計(jì)算出液相的活度系數(shù)，這樣計(jì)算的結(jié)果就能符合熱力學(xué)一致性，并且能將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。為了便于計(jì)算，我們介紹一種簡化的計(jì)算方法首先，考慮純醋酸的汽相締合。認(rèn)為醋酸在汽相部分發(fā)生二聚而忽略三聚。因此，汽相中實(shí)際上是單分子體與二聚體共存，它們之間有一個(gè)反應(yīng)平衡關(guān)系，即2HAc==（HAC）2締合平衡常數(shù)其中n1、n2為氣相醋酸的單分子體和二聚體的真正摩爾分?jǐn)?shù)，由于液相不存在二聚體，所以氣體的壓力是單體和二聚體的總壓，而醋酸的逸度則是指單分子的逸度，汽相中單體的摩爾分?jǐn)?shù)為］體的摩爾分?jǐn)?shù)為］，而醋酸逸度是校正壓力,應(yīng)為ni與ni、n2的關(guān)系如下:—nn「t^TOi2現(xiàn)在考慮醋酸-水的二元溶液HAc,(HAc)2,H2O,所以現(xiàn)在考慮醋酸-水的二元溶液HAc,(HAc)2,H2O,所以n=nC+n+n)

i i； i2 H2O汽相的表觀組成和真實(shí)組成之間有下列關(guān)系:

利用（1）和（2）經(jīng)整理后得:n+2ny= 2A1+n2KP利用（1）和（2）經(jīng)整理后得:n+2ny= 2A1+n2KPn2(2-y)+n-y=0

2 1 A1A用一元二次方程解法求出\，便可求得"2和「H2On=kp「2n =1-(i+n)H2O 1 2(4)醋酸的締合平衡常數(shù)與溫度T的關(guān)系如下:lgK2=-10.4205+3166/T由組分逸度的定義得:八=Py0=PnAA 1(6)對(duì)于純醋酸，、A=10A刃10；因低壓下的水蒸汽可視作理想氣體,故0H20=1，其中n0可根據(jù)純物質(zhì)的締合平衡關(guān)系求出:k=n02 2n0+n0=112kp0?40)+n0-1=02A1 1解一元二次方程可得n01利用汽液平衡時(shí)組分在汽液二相的逸度相等的原理，可求出活度系數(shù)7iy =Pn