实验8双液系的气-液平衡相图一、实验目的1.掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法。2.掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法。3.绘制在恒压下环已烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。二、实验原理理想液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。两种液态的物质混合而成的二组分体系称为双液系。它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。体系的沸点不仅与外压有关，而且与双液系的组成有关。因而，经过气液间相变，达到平衡后，各组分在气、液两相中的组成是不相同的。根据这个特点，使二元系混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握准确的气液平衡数据，也就是平衡时的气、液两相的组成与温度、压力间的函数关系，即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸气与液体的各组成。其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。循环法原理的示意图见图2-8-1。p=101.325kPa蒸气气相线KAF相冷凝液AX,Xo.1BXn(Ja)图2-8-1循环法原理示意图图2-8-2有最低恒沸点的二元气液平衡相图在沸腾器P中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。液体沸腾后，逸出的蒸气经完全冷凝后流入收集器R。达一定数量后溢流，经回流管流回到P。由于气相中的组成与液相中不同，所以随着沸腾过程的进行，P、R两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，气、液两相的组成不再随时间而变化，P、R两容器中的组成也保持恒定。分别从R、P中取样进行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。本实验测定的环已烷一乙醇二元系气液恒压相图，如图2-8-2所示。图中横坐标表示二元系的组成（以B的摩尔分数表示），纵坐标为温度。显然曲线的两个端点tA*、tB*即指在恒压下纯A与纯B的沸点。若溶液原始的组成为xo，当它沸腾达到气液平衡的温度为t时
实验 8 双液系的气-液平衡相图 一、实验目的 1. 掌握采用阿贝折光率仪确定二元液体组成的方法。 2. 掌握测定双组份液体的沸点及正常沸点的方法。 3. 绘制在恒压下环己烷-乙醇双液系的气-液平衡相图。 二、实验原理 理想液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力。两种液态的物质混合而成 的二组分体系称为双液系。它可以分为完全互溶和部分互溶的双液系。体系的沸点不仅与外 压有关，而且与双液系的组成有关。因而，经过气液间相变，达到平衡后，各组分在气、液 两相中的组成是不相同的。根据这个特点，使二元系混合物在精馏塔中进行反复蒸馏，就可 分离得到各纯组分。为了得到预期的分离效果，设计精馏装置必须掌握准确的气液平衡数据， 也就是平衡时的气、液两相的组成与温度、压力间的函数关系，即在恒压（或恒温）下测定 平衡的蒸气与液体的各组成。其中，恒压数据应用更广，测定方法也较简便。 恒压测定方法有多种，以循环法最普遍。循环法原理的示意图见图 2-8-1。 图 2-8-1 循环法原理示意图 图 2-8-2 有最低恒沸点的二元气液平衡相图 在沸腾器 P 中盛有一定组成的二元溶液，在恒压下加热。液体沸腾后，逸出的蒸气经完 全冷凝后流入收集器 R。达一定数量后溢流，经回流管流回到 P。由于气相中的组成与液相 中不同，所以随着沸腾过程的进行，P、R 两容器中的组成不断改变，直至达到平衡时，气、 液两相的组成不再随时间而变化，P、R 两容器中的组成也保持恒定。分别从 R、P 中取样进 行分析，即得出平衡温度下气相和液相的组成。 本实验测定的环己烷—乙醇二元系气液恒压相图，如图 2-8-2 所示。图中横坐标表示二 元系的组成（以 B 的摩尔分数表示），纵坐标为温度。显然曲线的两个端点 tA*、t B* 即指在 恒压下纯 A 与纯 B 的沸点。若溶液原始的组成为 x0，当它沸腾达到气液平衡的温度为 t1 时
其平衡时的气液相组成分别为yi与x1。用不同组成的溶液进行测定，可得一系列t-x-y数据，据此画出一张由液相线与气相线组成的完整双液系相图。图2-8-2的特点是当系统组成为x时，沸腾温度为，平衡的气相组成与液相组成相同。因为是所有组成中的沸点最低者，所以这类相图称为具有最低恒沸点的气液平衡相图。体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图2-8-4所示。采用电热丝直接加热溶液，以防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馅等优点。体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多种合适的分析方法。以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。由于环己烷和乙醇两者的折光率相差较大，因此本实验可采用测定溶液折光率方法来确定两组分的组成。在一定温度下，纯物质具有一定的折射率，所以两种物质互溶形成溶液后，溶液的折射率就与其组成有一定的函数关系。预先测定一定温度下一系列已知组成溶液的折射率，得到折射率-组成对照表。即可根据待测溶液的折射率，确定其组成。三、实验仪器和试剂FDY双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，100ml量筒，玻璃弯头漏斗，玻璃注射器环己烷（AR级）：乙醇（AR级）o54OC温度显示（℃)电压显示（V）加热电源输出FDY双液系沸点测定仪电源开关加热电源调节12图2-8-3FDY双液系沸点测定仪前面板示意图图2-8-3是沸点仪加热控制器的前面板示意图，各功能键的说明如下：1、电源开关2、加热电源调节一调节所需的加热电源。3、温度显示窗口—显示所测温度值。4、电压显示窗口—显示加热输出电压值。5、负极接线柱一一加热电源输出负极接线柱。6、正极接线柱一加热电源输出正极接线柱
其平衡时的气液相组成分别为 y1 与 x1。用不同组成的溶液进行测定，可得一系列 t-x-y 数据， 据此画出一张由液相线与气相线组成的完整双液系相图。图 2-8-2 的特点是当系统组成为 xe 时，沸腾温度为 te，平衡的气相组成与液相组成相同。因为 te 是所有组成中的沸点最低者， 所以这类相图称为具有最低恒沸点的气液平衡相图。 体系的沸点可用沸点仪测定的，其构造如图 2-8-4 所示。采用电热丝直接加热溶液，以 防止过热现象，同时该沸点仪用平衡蒸馏法分离气液两相，具有可便于取样分析及避免分馏 等优点。 体系的气液相组成的分析是相图绘制的另一核心，可以根据待测体系的理化性质寻找多 种合适的分析方法。以完全互溶双液系环己烷-乙醇体系为例。由于环己烷和乙醇两者的折 光率相差较大， 因此本实验可采用测定溶液折光率方法来确定两组分的组成。在一定温度 下，纯物质具有一定的折射率，所以两种物质互溶形成溶液后，溶液的折射率就与其组成有 一定的函数关系。预先测定一定温度下一系列已知组成溶液的折射率，得到折射率-组成对 照表。即可根据待测溶液的折射率，确定其组成。 三、实验仪器和试剂 FDY 双液系沸点测定仪，阿贝折光仪，超级恒温槽，长滴管，100 ml 量筒，玻璃弯头 漏斗，玻璃注射器 环己烷（AR 级）；乙醇（AR 级） 图 2-8-3 FDY 双液系沸点测定仪前面板示意图 图 2-8-3 是沸点仪加热控制器的前面板示意图，各功能键的说明如下： 1、电源开关 2、加热电源调节——调节所需的加热电源。 3、温度显示窗口——显示所测温度值。 4、电压显示窗口——显示加热输出电压值。 5、负极接线柱——加热电源输出负极接线柱。 6、正极接线柱——加热电源输出正极接线柱
接冷凝循环水>温度传感器400加热电源输出小槽侧管（取液相）(取气相）加热丝图2-8-4实验装置示意图四、实验步骤1调节连接阿贝折光仪的超级恒温槽温度为30°℃C，启动恒温水循环，使各台阿贝折光仪的样品台保持恒温。2.按图连好沸点仪实验装置，传感器勿与加热丝相碰，接通电源。3.接通冷凝水，任取一份预先配制的环已烷一乙醇溶液60ml，通过侧管加入蒸馏瓶中，并使传感器和加热丝浸入溶液内。4.打开电源开关，调节“加热电源调节”旋钮（电压为17~18V即可），将液体加热至缓慢沸腾，因最初在冷凝管下端小槽内的液体不能代表平衡时气相的组成，为加速达到平衡，故需连同支架一起倾斜蒸馏瓶，使小槽中气相冷凝液倾回蒸馏瓶内，重复三次（注意：加热时间不宜太长，以免物质挥发），温度基本不变时记下沸点和室内大气压。4.用注射器分别取出气相、液相样品，待样品冷却到约30℃左右，在阿贝折光仪上分别测其折光率。5.测定完毕，停止加热，待溶液冷却后倒入原试剂瓶中（可用吸管将溶液吸出，放入试剂瓶），不要烘干蒸馏瓶和回流冷凝管。6.实验结束后，关闭仪器和冷凝水。五、实验数据记录与处理1.根据表格所给的平衡数据，绘出环已烷一乙醇体系的相图，并标明最低恒沸点和组成
图 2-8-4 实验装置示意图 四、实验步骤 1. 调节连接阿贝折光仪的超级恒温槽温度为 30oC，启动恒温水循环，使各台阿贝折光 仪的样品台保持恒温。 2. 按图连好沸点仪实验装置，传感器勿与加热丝相碰，接通电源。 3. 接通冷凝水，任取一份预先配制的环己烷—乙醇溶液 60ml，通过侧管加入蒸馏瓶 中，并使传感器和加热丝浸入溶液内。 4. 打开电源开关，调节“加热电源调节”旋钮（电压为 17~18V 即可），将液体加热至 缓慢沸腾，因最初在冷凝管下端小槽内的液体不能代表平衡时气相的组成，为加速达到平衡， 故需连同支架一起倾斜蒸馏瓶，使小槽中气相冷凝液倾回蒸馏瓶内，重复三次（注意：加热 时间不宜太长，以免物质挥发），温度基本不变时记下沸点和室内大气压。 4. 用注射器分别取出气相、液相样品，待样品冷却到约 30℃左右，在阿贝折光仪上分 别测其折光率。 5. 测定完毕，停止加热，待溶液冷却后倒入原试剂瓶中（可用吸管将溶液吸出，放入试 剂瓶），不要烘干蒸馏瓶和回流冷凝管。 6. 实验结束后，关闭仪器和冷凝水。 五、实验数据记录与处理 1. 根据表格所给的平衡数据，绘出环己烷－乙醇体系的相图，并标明最低恒沸点和组 成
环已烷-乙醇恒压气液平衡数据p=101.325KPayt℃X0.22872.260.05668.400.1280.3840.2140.46666.480.2840.49865.660.59665.520.8380.9040.62666.2466.940.9340.64072.440.9760.78478.300.0000.00080.741.0001.00064.770.5690.5692.将实验所测量数据记录于下表中。p/kPata/℃气相折射率液相折射率3.将测定的各气、液相折射率，利用环己烷-乙醇的折射率-组成表（见附录十五）转换成相应的组成。4.将实验点在相图上标出，并计算误差。六、思考题1.一般而言，如何才能准确测得溶液的沸点？2.平衡气液相样品为什么必须冷至30℃后方可用以测定其折射率？3.阿贝折射仪使用注意事项有哪些？4.分析实验误差原因有哪些？
环己烷-乙醇恒压气液平衡数据 p=101.325KPa t/℃ x y 72.26 0.056 0.228 68.40 0.128 0.384 66.48 0.214 0.466 65.66 0.284 0.498 65.52 0.838 0.596 66.24 0.904 0.626 66.94 0.934 0.640 72.44 0.976 0.784 78.30 0.000 0.000 80.74 1.000 1.000 64.77 0.569 0.569 2. 将实验所测量数据记录于下表中。 p/kPa t 观/℃ 气相折射率 液相折射率 3. 将测定的各气、液相折射率，利用环己烷-乙醇的折射率-组成表（见附录十五）转换 成相应的组成。 4. 将实验点在相图上标出，并计算误差。 六、思考题 1. 一般而言，如何才能准确测得溶液的沸点？ 2. 平衡气液相样品为什么必须冷至 30℃后方可用以测定其折射率？ 3. 阿贝折射仪使用注意事项有哪些？ 4. 分析实验误差原因有哪些？