文档介绍：实验五氨–水系统气液相平衡数据的测定
A 实验目的
气液相平衡数据是工艺过程与气液吸收设备计算的基础数据。本实验学****用静力法测定氨-水系统相平衡数据的方法,以巩固有关知识,并掌握相平衡实验的基本技能。
B 实验原理
气液系统的相平衡数据主要是指气体在液体中的溶解度。这在吸收、气提等单元操作中是很重要的基础数据,但比之汽液平衡数据要短缺得多,尤其是25℃以上的数据甚少,至于有关的关联式和计算方法更是缺乏。
当气液两相达平衡时,气相和液相中i组分的逸度必定相等。
( 1 )
气相中i组分逸度为
( 2 )
式中─分别为气相和液相中i组分的逸度,(MPa);
、─分别为气相中i组分的摩尔分率和逸度系数(无因次),
─系统压力,(MPa);
当气体溶解度较小时,液相中组成的逸度采用Henry定律计算
( 3 )
式中分别为液相中i组分的摩尔分率和亨利系数(MPa)。
如气体在液体中具有中等程度的溶解度时,则应引入液相活度系数的概念,即
( 4 )
表示对亨利定律的偏差,故其极限条件为时, 。
由前三式可得气液平衡基本关系式:
( 5 )
或
当气相为理想溶液时,,若气相为理想气体的混合物,,此时气相分压如下式所示。
( 6 )
此式是在低压下,使用很广泛的气液相的平衡关系式。
亨利定律也常用容积摩尔浓度表示。
( 7 )
式中─气体在溶液中的溶解度,(Kmol/m3);
─气体在溶液中的溶解度系数,(m3/ )。
在低压下,同样可应用下式
( 8 )
亨利定律只适用于物理溶解,如溶质在溶剂中发生离解、缔合及化学反应时,必须把亨利定律和液相反应进行关联。温度、压力以及化学反应对气体溶解度的影响可以从它们对亨利系数E,溶解度系数H的关系进行推算。详细可参阅有关书刊。
根据相律,,即自由度=独立组分数-相数+条件数。二组分系统气液平衡时,自由度为2,即在温度T,压力P,液相组成x1,x2及气相组成y1,y2 共6个变数中,指定任意2个,则其余4个变数都将确定。对于一定的系统,其挥发组分的平衡分压与总压,平衡温度及溶液组成有关。在较低压力下,总压的影响可以忽略。故在实验中,为使气相组成测定准确,必须使温度和液相组成保持稳定。
测定溶液挥发组分平衡分压的方法有静态法、流动法和循环法。
静态法是在密闭容器中,使气液两相在一定温度下充分接触,经一定时间后达到平衡,用减压抽取法迅速取出气、液两相试样,经分析后得出平衡分压与液相组成的关系。此法流程简单,只需一个密闭容器即可。
流动法是将己知量的惰性气体,以适当的速度通过一定温度己知浓度的试样溶液,使其充分接触而达成平衡。测定气相中被惰性气体带出的挥发组分,即可求得平衡分压与液相组成的关系。此法易于建立平衡,可在较短时间里完成实验,气相取样量较多,且取样时系统温度、压力能保持稳定,准确程度高,但流程较复杂,设备装置也多。
循环法是在平衡装置外有一个可使气体或液体循环的装置,因而有气体循环,液体循环以及气液双循环的装置。循环法搅拌情况比较好,容易达到平衡,但循环泵的制作要求很高,要保证不泄漏。
本实验采用静态法,在一定温度,加压条件下测定氨- 水系统的气相平衡分压,以获取液相组成和平衡分压的关系。
C 实验装置
图2