循環法原理和裝置

循環法測定汽液平衡數據的平衡器類型有很多，但基本原理是一致的，如圖1所示，當系統達到平衡時，a、b兩容器中的組成均不隨時間而變化，這時從a 和b兩容器中分別取樣分析，并記錄溫度和壓力，這樣可得到一組汽液相平衡實驗數據。

圖 1  循環法測定汽液平衡原理圖

圖2為其中一種改進的Ellis蒸餾器，該裝置測定汽液平衡數據較準確，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。其在平衡釜蛇管處的外層與氣相溫度計插入部分的外層設有上下兩部分電熱絲保溫；另有一個電子控制裝置，用以調節加熱電壓及上下兩組電熱絲保溫的加熱電壓。

Ellis平衡蒸餾器具有汽相循環的結構，因而所謂循環法即是在如圖2中液相取樣口15加入配好的原料混合液到沸騰室3，在常壓下加熱至沸騰后，逸出的蒸汽被完全冷凝進入到冷凝液接收器13，當冷凝液液面超過右邊支管口時溢流，經回流毛細管回流到沸騰室3。隨著液體的不斷汽化和被冷凝過程的進行，沸騰室和冷凝接收器中的溶液的組成不斷改變，直到達到平衡時，汽、液兩相的組成不再隨時間而變化，即沸騰室和泠凝接收器中的溶液的組成保持恒定。分別從15、14兩個取樣口取樣分析，即得出平衡溫度下汽相和液相的組成。實物圖如圖3所示。

圖2  埃立斯（Ellis）平衡蒸餾器

1－聚四氟乙烯保護層；2－加熱元件；3－沸騰室；4－小孔；5－毛細管；6－平衡蛇管；

7，9－溫度計套管；8－蒸餾器內管；10，11－冷凝器；12－滴速計數口；

13－冷凝液接受器；14，15－取樣口；16－上部保溫電熱絲；17－石棉保溫層；18－放料口；19－下部保溫電熱絲

圖3 循環法汽液平衡實物圖

基于循環法實驗的基本步驟

1 加料

將一定量的混合溶液加入到Ellis平衡釜，加入的量根據平衡釜的體積而定。

2 加熱

先打開冷凝水，再接通加熱電源。隨溶液溫度的升高而逐漸提高加熱電壓，并最終調節至一合適的電壓。在緩慢加熱升溫過程中，分別接通氣相和液相保溫電源。

3 溫控

溶液沸騰，氣相冷凝液出現，直到冷凝回流。起初，平衡溫度計讀數會不斷變化，調節加熱量，控制好凝液滴速。調節氣液相保溫的電壓，使平衡溫度逐漸穩定，確保氣相溫度的控制要稍高于平衡溫度，以防止氣相部分在沸騰器中冷凝。

4 取樣

實驗過程中注意蒸餾速度、平衡溫度和氣相溫度的數值，不斷加以調整，待系統穩定后，記錄平衡溫度、氣相溫度和大氣壓。記下數據后，迅速取一定量的氣相冷凝液和液相，待分析。

5 分析

根據實驗物質的性質，選擇合適的分析方法，如氣相色譜法、液相色譜法等。

不斷重復上述步驟，即可得到恒壓下不同濃度的汽液平衡數據壓力-溫度-組成之間的關系。

注：以上裝置和方法對于常溫常壓下不易揮發物質是有效的，但對于易揮發物質則需要采用特殊的分析方法和裝置，如在線分析方法等。