Равновесие между жидкостью и паром
В случае совершенного раствора состояние равновесных жидкости и пара в общем случае не совпадает. На диаграмме давление-состав принято наносить точки, которые характеризуют состояние равновесного пара. Для совершенного раствора состоящего их 3-х компонентов завис. общего давления пара над раствором от состава выражается прямой линией.
Если на эту диаграмму нанести точку выражающую состояние равновесного пара, то каждый давление. На диаграмме будут соответствовать - состояние жидкости в соответствии равновесного пара. Точка, выражающая состояние пара при различных давлениях соединяется плавной линией (линия пара). Т.о. на диаграмме 2 линии одна из которых (верхняя) характеризует состояние жидкост. раствора, она же является зависимостью общего давления пара над раствором от состояния. Эта линия называется линия жидкости. 2-ая линия (нижняя) называется линией пара и характеризует состояние равновесного пара. Чтобы определить состояние пара, находят равновесное с жидким состоянием: 1. мы должны из точки, характеризующей состояние жидкости восстановить перпендикуляр до пересечения с линией жидкости, через точку пересечения провести изобару до пересечения её с линией пара. Как видно из диаграммы в случае совершенного раствора равновесный пар всегда обогащен по сравнению с жидкостью более летучим компонентом, то есть тем компонентом, давление насыщенного пара которого выше. Линия жидкости и линия пара разделяют диаграмму на три области. Выше линии жидкости характеризуется жидким составом. Ниже линии пара – пар. Между линиями жидкости и пара характеризуется гетерогенной системой, состоящей из двух фаз – жидкости и насыщенного пара. В случае отклонения от закона Рауля линия жидкости перестаёт быть прямой, а в случае очень большого отклонения могут образовываться диаграммы с экстремами точек на линии общего давления.
|
|
|
В реальной системе как показывает опыт, пар не всегда обогащен по сравнению с жидкостью более летучим компонентом в отношении составом равновесной жидкости и пара. Коноваловым были сформулированы два закона. Первый закон: а) повышение относительного содержания данного компонента в жидкой фазе всегда вызывает увеличение относительного содержания его в паровой фазе. б) пар более богат тем компонентом раствора, добавление которого повышает общее давление пара или понижает температуру кипения при данном давлении. Второй закон: в экстремальной точке на кривой давления пара состав пара совпадает с составом жидкости. Растворы такого состава называются постоянно кипящими или азеотропными. Законы Коновалова выводят исходя из уравнения Гиббса-Дюгема. Т/д вывод приводит к следующему выражению: 
для бинарного раствора соединений компонента А и В. 
– всегда >0, т к с ростом содержания компонента В в жидкости парциальное давление его насыщенного пара может только возрасти. В экстремальной точке на линии общего давления пара 
, т к 
, 
, то есть содержание компонента В в паровой фазе 
равно его содержанию в жидкости, то есть соблюдается второй закон Коновалова.
|
|
|
Диаграммы давление-состав и температура кипения-состав
Диаграмма давление-состав с экстремальными точками имеет вид:
Совокупность равновесных состояний в двойной жидкостной системе может быть изображена в виде диаграммы давление-состав построенной при 
.
Если взять точку гетерогенной области, то она характеризует состав гетерогенной системы состоящей из жидкости и насыщенного пара. Чтобы определить состав насыщенной жидкости и пара нужно через эту точку провести изобару до пересечения её с линиями жидкости и пара. Точка в укажет на состав жидкости. Следовательно, в соответствии с первым законом Коновалова пар по сравнению с жидкостью будет более богат компонентом В. Массы равновесных фаз могут 
выражаться в массовых долях. Состояние равновесных жидкости и пара называется сопряжёнными. Диаграмма кипение–состав напоминает обратную диаграмму давление-состав. На диаграмме кипение – состав верхняя линяя – пар, нижняя – жидкость. Через точку проводим изотерму. Можно применить правила расчёта для определения качества равновесных фаз. Диаграмма кипение-состав и давление-состав широко используются для анализа и расчёта продуктов перегонки и ректификации.
|
|
|
22. Однократное испарение - способ осуществления перегонки (дистилляции). Используется наряду с постепенным и многократным испарением как метод разделениякомпонетнов смесей взаимно растворимых жидкостей на отдельные компоненты или фракции (для сложных смесей, например таких как нефть), которые отличаются по температурам кипения как друг от друга, так и от исходной смеси.
При перегонке с однократным испарением смесь нагревают в змеевике какого-либо подогревателя до заранее заданной температуры. По мере повышения температуры образуется все больше паров, которые находятся в равновесии с жидкой фазой, и при заданной температуре парожидкостная смесь покидает подогреватель и поступает в адиабатический испаритель. Последний представляет собой пустотелый цилиндр, в котором паровая фаза отделяется от жидкой. Температура паровой и жидкой фаз в этом случае одна и та же. Четкость разделения смеси при перегонке с однократным испарением наихудшая.
|
|
|
24.1.14. Сущность процессов перегонки и ректификации. Рабочие линии ректификации. Флегмовое число и его определение. Зависимость между флегмовым числом и размерами колонны.
Перегонка – процесс, в котором разделяемая жидкая смесь нагревается до кипения, а образующиеся пар отбирается и конденсируется.
Процесс перегонки жидких смесей основан на том, что жидкости, составляющие смесь, обладают различной летучестью, т.е. при одной и той же температуре обладают различной упругостью паров(давлением насыщенных паров).
Применяемые способы перегонки могут быт разбиты на две группы: 1) простая перегонка, 2) ректификация.
Ректификация – способ наиболее полного разделения смесей летучих жидкостей, частично или целиком растворимых друг в друге.
Процесс ректификации осуществляется в противоточных аппаратах-колоннах: пары перегоняемой жидкости протекают снизу вверх, а навстречу парам сверху вниз протекает жидкость (флегма), подаваемая в верхний элемент колонны.
Движущая сила ректификации-разность между фактическими (рабочими) и равновесными концентрациями компонентов в паровой фазе, отвечающими данному составу жидкой фазы. Парожидкостная система стремится к достижению равновесного состояния, в результате чего пар при контакте с жидкостью обогащается легколетучими (низко-кипящими) компонентами (ЛЛК), а жидкость - труднолетучими (высококипящими) компонентами (ТЛК).
В конечном итоге пар, выходящий из верхней части колонны, представляет собой более или менее чистый легколетучий компонент, конденсация которого дает готовый продукт – дистиллят, а из нижней части колонны вытекает сравнительно чистый менее летучий компонент, так называемыйкубовый остаток.
В зависимости от т-р кипения разделяемых жидкостей ректификацию проводят под разл. давлением: атмосферным (т. кип. 30-150 °С), выше атмосферного (при разделении жидкостей с низкими т-рами кипения, напр. сжиженных газов), в вакууме (при разделении высококипящих жидкостей для снижения их т-р кипения).
Ректификацию можно осуществлять непрерывно или периодически. Для непрерывной ректификации применяют колонны, состоящие из двух ступеней: верхней-укрепляющей (в ней пар укрепляется, т.е. обогащается ЛЛК) и нижней - исчерпывающей (где происходит исчерпывание жидкой смеси, т. е. извлечение ЛЛК и обогащение ее ТЛК). При периодической ректификации в колонне производится только укрепление пара. Различают ректификацию бинарных (двухкомпонентных) и многокомпонентных смесей.
Рабочие линии ректификации
F – количество начальной смеси, поступающей в колонну [кг-моль на 1 кг-моль дистиллята]
D – количество дистиллята, вытекающего из дефлегматора [кг-моль]
W – количество кубового остатка, вытекающее из нижней части колонны [кг-моль]
xF, xD, xW – содержание легколетучего компонента в питании, дистилляте и остатке [массовые или мольные доли].
GF,GD,GW – массовые или мольные расходы питания, дистиллята и кубового остатка.
GR - массовый или мольный расход жидкости в верхней части колонны, выше питания.
Ур-я рабочих линий:
А) верхней (укрепляющей) части ректификационной колонны (АВ)
y = x∙R/(R+1) + xD/(R+1)
Б) нижней (исчерпывающей) части колонны (АС)
y = x∙(R+F)/(R+1) – xW∙(F-1)/(R+1)
R = GR/GD – флегмовое число
F = GF/GD = (xD - xW)/(xF - xW) – относительный мольный расход питания (на 1 кмоль дистиллята)
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 369; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!