Равновесие идеальных бинарных смесей, изотерма паровой и жидкой фазы

Рассмотрим случай, когда бинарная смесь образует идеальный раствор, подчиняющийся законам Рауля и Дальтона. Состояние такой системы характеризуется π, t, , . L=2 (произвольно определяем 2 параметра).

По закону Рауля парциальные давления определяются:

для НКК -

для ВКК -

Общее давление насыщенных паров смеси равно сумме парциальных давлений компонентов:

- уравнение изотермы жидкой фазы, выражает зависимость между составом жидкой и паровой фазы и давлением насыщенных паров этой жидкости

Так как жидкость находиться в равновесии с соответствующим нас.паром (t кип) → →

состав жидкой фазы -

По закону Дальтона парциальное давление в паровой фазе определяется:

для НКК -

для ВКК -

При равновесии парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах равны:

= (1)

= (1a)

из урав (1) и (1а) определяем состав паровой фазы, находящейся в равновесии с жидкостью состава:

(2)

из урав (2) →

- уравнение изотермы паровой фазы.

При использовании закона Генри:

уравнение изотермы жидкой фазы - используется для определения температуры кипения смеси при давлении π.

уравнение изотермы паровой фазы - используется для определения температуры начала конденсации паровой фазы при π.

 

20. Графический метод расчета равновесных составов фаз

 

 

 

Состав жидкой и паровой фаз можно определить по известным кривым зависимости давления насыщенных паров от температуры.

В точках M и N пересекаются линии заданного внешнего давления π и кривые давления насыщенных паров. В этих точках определяются температуры кипения чистого НКК () и ВКК ().

При выбранной t, давление нас.паров НКК – т.L, давление нас.паров ВКК – т.K.

Отложив эти значения на правом графике в т.А и в т.В, проводим через них изотерму ВА.

т.D – определяет состав кипящей жидкости при заданной температуре и давлении π

ОА – закон Рауля, выражает зависимость между составом жидкой фазы и парциальным давлением НКК.

т.Е – парциальное давление НКК при найденном значении .

ОН – закон Дальтона, выражает зависимость между составом жидкой фазы и парциальным давлением НКК.

Условие равновесия = → т.F – концентрация НКК в паровой фазе.

 

Кривая равновесия фаз

 

По закону Рауля парциальные давления в жидкой фазе определяются:

для НКК -

для ВКК -

По закону Дальтона парциальное давление в паровой фазе определяется:

для НКК -

для ВКК -

При равновесии парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах равны:

= (1)

= (2)

разделим урав (1) на (2) →

(3)

- уравнение кривой равновесия фаз.

Уравнение устанавливает зависимость между равновесными концентрациями в жидкой и паровой фазах.

Каждой точке на КРФ соответствует определенная температура в пределах температур кипения НКК () (1,1) и ВКК () (0,0).

- коэффициент относительной летучести. Характеризует способность компонента переходить в паровую фазу. Чем он больше, тем легче компонент переходит. КОЛ зависит от температуры и давления, зависимость обратнопропорциональная. >1.

 

 

Изобарные температурные кривые

относительное количество паров

относительное количество жидкости

Полученные при разных t равновесные составы жидкой и паровой фаз при давлении π можно представить в системе координат t - , .

Изобарно-температурные кривые позволяют установить связь между Т кипения системы и составом жидкой и паровой фаз.

 

T

B 2 точка А - = =1 – температура кипения НКК ().

перегретый точка B - = =0 – температура кипения ВКК ().

пар 1 - линия кипения.

пар + 2 – линия конденсации.

S S’ SS’- конода, линия соединяющая точки равновесных

жидкость составов жидкой и паровой фаз.

1 A

жидкая фаза

 

Энтальпийная (тепловая) диаграмма

энтальпия НКК в жидкой фазе.

- энтальпия ВКК в паровой фазе.

- энтальпия ВКК в жидкой фазе.

- энтальпия НКК в паровой фазе.

 

Энтальпийная диаграмма связывает составы жидкой и паровой фаз с их энтальпиями. Их используют при расчетах ректификации, когда нужно знать тепловые потоки