Рівновага при масопередачі. Правило фаз Гібса 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Рівновага при масопередачі. Правило фаз Гібса



Знання рівноваги в процесах масопередачі дозволяє встановити межі, до яких можуть протікати ці процеси. В основі рівноваги лежить правила фаз Гібса:

С = К – Ф + 2 (системи за участю газу)

С = К – Ф + 1 (для конденсованих систем),

де Фчисло фаз (під фазою розуміють гомогенну, систему обмежену поверхнею розділу, в будь-якій точці фази всі інтенсивні параметри будуть однаковими);

Кчисло незалежних компонентів (та найменша кількість індивідуальних хімічних речовин в системі, що здатна забезпечити існування будь-якої фази в системі);

Счисло ступенів вільності, тобто незалежних параметрів, які можна змінювати в межах діаграми стану без здійснення фазових переходів.

Дане правило застосовується до двох вище зазначених груп масопередачі:

1) кожна із двох фаз, що взаємодіють, містить окрім компонента, що розподіляється, інертний компонент – носій (абсорбція, екстракція, тощо)

С = К – Ф + 2 = 3 – 2 + 2 = 3

У цьому випадку, можна довільно змінювати загальний тиск системи (Р), температуру (Т) та концентрацію компоненту (с), що розподіляється в одній із фаз. Отже, за даних температури і тиску, довільній концентрації речовини, що розподіляється в одній фазі, відповідає суворо визначена концентрація цієї речовини в другій фазі.

2) у кожній із двох фаз компонент-носій відсутній (ректифікація, кристалізація, розчинення)

С = К – Ф + 2 = 2 – 2 + 2 = 2

Приймаючи до уваги, що процеси масопередачі здійснюються зазвичай за сталого тиску (P = const), можна зробити висновок, що в даному випадку зі зміною концентрації фази повинна змінюватися і температура.

Залежність між незалежними змінними може бути зображена у плоских координатах у вигляді так званих фазових діаграм.

 


Абсорбція

Розрізняють два типи абсорбційних процесів: фізична абсорбція – поглинення газу відбувається без хімічної взаємодії з абсорбентом та хемосорбція – супроводжується утворенням хімічної сполуки між абсорбтивом (речовина, що поглинається) та абсорбентом (речовина, що поглинає).

Перегонка рідини

Одним із найпоширеніших методів розділення рідких однорідних систем із двох і більшого числа компонентів є перегонка (дистиляція і ректифікація).

Розділення перегонкою основане на різній леткості компонентів суміші за сталої температури. Тому при перегонці всі компоненти суміші переходять у пароподібний стан у кількостях, пропорційних їх фугітивності.

Пар, що отримується при перегонці містить відносно більшу кількість легколеткого або низькотемпературно-киплячого (НК) компонента, ніж вихідна суміш. У процесі перегонки рідка фаза збіднюється, а пароподібна збагачується НК-компонентом. Рідина, що не випарилася має більший вміст важколеткого, або високотемпературно-киплячого (ВК) компоненту.

Ця рідина називається залишком, а рідина, що отримана в результаті конденсації парів – дистилятом або ректифікатом.

Проста перегонка – процес однократного часткового випаровування рідкої суміші і конденсації утворених парів. Проста перегонка застосовується лише для розділення суміші, леткість компонентів якої суттєво відрізняється.

Ректифікація – процес багатократного часткового випаровування рідини і конденсації парів. Процес здійснюється шляхом контакту потоків пару і рідини, що мають різну температуру, і зазвичай проводяться у колонних апаратах. При кожному контакті із рідиною випаровується переважно НК компонент, яким збагачуються пари, а із парів конденсується переважно ВК компонент, що переходить в рідину. Такий двохсторонній обмін компонентів, що багатократно повторюється, дозволяє отримати пари, що є практично чистим НК компонентом. Ці пари після конденсації в окремому апараті дають дистилят (ректифікат) і флегму – рідину, що повертається в колону для орошення і взаємодії з парами, що піднімаються догори.

Ідеальні розчини підкоряються законам Рауля і Дальтона. У відповідності до закону Рауля: парціальний тиск кожного компонента пропорційний мольній частці цього компонента в рідині, або іншими словами леткість будь-якого компонента ідеального розчину рівна леткості чистого компонента, помноженого на його мольну частку

fx= fi0∙xi

Важливе практичне значення має перший закон Коновалова: пар збагачується тим компонентом, при додаванні до якого рідини збільшується тиск пари над нею і знижується її температура кипіння.

Тобто у пароподібний стани переходить НК компонент, тиск парів над рідиною зростає, температура кипіння падає.

Перший закон Коновалова доповнюється першим законом Вревського, що вказує на вплив температури: при підвищенні температури суміші випаровується переважно той компонент, парціальна мольна температура випаровування якого більша, що обумовлює відносно більший вміст цього компонента в парі.

Реальні рідкі суміші з повною взаємною розчинністю компонентів не підпорядковуються законам Рауля. Відхилення від цього закону в кожній із фаз може бути позитивним і негативним, при цьому останнє спостерігається рідше.

Для низки сумішей кількісні відхилення від закону Рауля настільки великі, що приводять до якісно нових властивостей сумішей. Ці суміші при певному складі мають постійну температуру кипіння, яка може бути максимальною або мінімальною. За цієї температури, у відповідності до загального закону Коновалова, склад рівноважної пари над сумішшю рівний складу рідини. Такі суміші носять назву азеотропних, або нероздільно-киплячих.

Склад азеотропних сумішей залежить від температури (тиску). Ця залежність характеризується другим законом Вревського: при підвищенні температури азеотропної суміші, що володіє максимумом тиску пари, в суміші збільшується відносний вміст того компонента, парціальна мольна теплота випаровування якого більша, а для суміші з мінімумом тиску пари – вміст компонента, парціальна мольна теплота випаровування якого менша.

Цей закон вказує принципову можливість розділення азеотропних сумішей шляхом зміни тиску при перегонці. Розділення азеотропних сумішей можливе також з допомогою спеціальних видів перегонки, що здійснюються шляхом введення в систему додаткових компонентів.

Адсорбція

Під адсорбцією, як відомо, розуміють процес поглинання газу або рідини твердою речовиною – адсорбентом. Поглинута речовина носить назву адсорбата або адсорбтива.

Розрізняють фізичну і хімічну адсорбцію. Фізична адсорбція обумовлена взаємним притяганням молекул адсорбата і адсорбента під дією сил Ван-дер-Ваальса і не супроводжується хімічною взаємодією. При хімічній адсорбції в результаті хімічних реакцій між молекулами поглинутої речовини і поверхневими молекулами поглинача виникає хімічний зв'язок.

Десорбція, процес вилучення адсорбованої речовини із твердого поглинача є необхідною складовою частиною всіх технологічних процесів.

До числа основних методів десорбції відноситься:

· витіснення із адсорбента поглинутих компонентів за рахунок агентів, що володіють більш високою адсорбційною здатністю, ніж поглинуті компоненти;

· випаровування поглинутих компонентів, що володіють відносно високою леткістю, шляхом нагрівання шару адсорбента.

 

Сушіння

Видалення вологи із твердих і пастоподібних матеріалів дозволяє знизити вартість транспортування, зменшити злежуваність добрив, корозію апаратури і трубопроводів.

Вологу можна видалити із матеріалів механічним шляхом (віджим, відстоювання, фільтрування, центрифугування). Проте більш повне обезвожування досягається шляхом випаровування води, тобто за допомогою теплового сушіння.

Попереднє видалення вологи, як правило, здійснюється одним із механічних методів, остаточне – сушінням.

У хімічній технології використовують штучне сушіння матеріалів у спеціальних установках, так як природне сушіння на відкритому повітрі – процес довготривалий.

За способом підводу теплоти до матеріалів, що висушуються, розрізняють наступні види сушіння:

1. конвективне сушіння – шляхом безпосереднього дотикання матеріалу, що висушується із сушильним агентом (нагрітим повітрям, топочним газом);

2. контактне сушіння – шляхом передачі теплоти від теплоносія до матеріалу через стінку, що їх розділяє;

3. радіаційне сушіння – шляхом передачі теплоти інфрачервоними променями;

4. діелектричне сушіння – шляхом нагрівання у полі струмом високої частоти;

5. сублімаційне сушіння – сушіння в замороженому стані при глибокому охолодженні.

 

Кристалізація

Кристалізацією називають виділення твердої фази у вигляді кристалів із розчинів і розплавів. Кристали – однорідні тверді тіла різної геометричної форми, обмежені плоскими гранями. Кожній хімічній сполуці відповідає одна або декілька кристалічних форм, що відрізняються положенням і числом осей симетрії. Явище утворення кількох кристалічних форм даної хімічної сполуки називається поліморфізмом. Кристали, які включають молекули води, називаються кристалогідратами.

Кристалізацію, зазвичай, проводять із водних розчинів, знижуючи розчинність речовини за рахунок зміни температури розчину або видалення частини розчинника.

У виробничих умовах процес кристалізації складається із наступних операцій: власне кристалізація, відокремлення кристалів від маточного розчину, перекристалізація (у разі необхідності), промивання і сушіння осаду.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-22; просмотров: 225; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.87.209.162 (0.009 с.)