循环法测定汽液相平衡

         循环法原理和装置

循环法测定汽液平衡数据的平衡器类型有很多，但基本原理是一致的，如图1所示，当系统达到平衡时，a、b两容器中的组成均不随时间而变化，这时从a 和b两容器中分别取样分析，并记录温度和压力，这样可得到一组汽液相平衡实验数据。

图 1  循环法测定汽液平衡原理图

图2为其中一种改进的Ellis蒸馏器，该装置测定汽液平衡数据较准确，操作也较简便，但仅适用于液相和气相冷凝液都是均相的系统。其在平衡釜蛇管处的外层与气相温度计插入部分的外层设有上下两部分电热丝保温；另有一个电子控制装置，用以调节加热电压及上下两组电热丝保温的加热电压。

Ellis平衡蒸馏器具有汽相循环的结构，因而所谓循环法即是在如图2中液相取样口15加入配好的原料混合液到沸腾室3，在常压下加热至沸腾后，逸出的蒸汽被完全冷凝进入到冷凝液接收器13，当冷凝液液面超过右边支管口时溢流，经回流毛细管回流到沸腾室3。随着液体的不断汽化和被冷凝过程的进行，沸腾室和冷凝接收器中的溶液的组成不断改变，直到达到平衡时，汽、液两相的组成不再随时间而变化，即沸腾室和泠凝接收器中的溶液的组成保持恒定。分别从15、14两个取样口取样分析，即得出平衡温度下汽相和液相的组成。实物图如图3所示。

图2  埃立斯（Ellis）平衡蒸馏器

1－聚四氟乙烯保护层；2－加热元件；3－沸腾室；4－小孔；5－毛细管；6－平衡蛇管；

7，9－温度计套管；8－蒸馏器内管；10，11－冷凝器；12－滴速计数口；

13－冷凝液接受器；14，15－取样口；16－上部保温电热丝；17－石棉保温层；18－放料口；19－下部保温电热丝

图3 循环法汽液平衡实物图

基于循环法实验的基本步骤

1 加料

将一定量的混合溶液加入到Ellis平衡釜，加入的量根据平衡釜的体积而定。

2 加热

先打开冷凝水，再接通加热电源。随溶液温度的升高而逐渐提高加热电压，并最终调节至一合适的电压。在缓慢加热升温过程中，分别接通气相和液相保温电源。

3 温控

溶液沸腾，气相冷凝液出现，直到冷凝回流。起初，平衡温度计读数会不断变化，调节加热量，控制好凝液滴速。调节气液相保温的电压，使平衡温度逐渐稳定，确保气相温度的控制要稍高于平衡温度，以防止气相部分在沸腾器中冷凝。

4 取样

实验过程中注意蒸馏速度、平衡温度和气相温度的数值，不断加以调整，待系统稳定后，记录平衡温度、气相温度和大气压。记下数据后，迅速取一定量的气相冷凝液和液相，待分析。

5 分析

根据实验物质的性质，选择合适的分析方法，如气相色谱法、液相色谱法等。

不断重复上述步骤，即可得到恒压下不同浓度的汽液平衡数据压力-温度-组成之间的关系。

注：以上装置和方法对于常温常压下不易挥发物质是有效的，但对于易挥发物质则需要采用特殊的分析方法和装置，如在线分析方法等。