3.2. Трехфазное равновесие жидкость – жидкость – пар

3. 2. Трехфазное равновесие жидкость – жидкость – пар

в двухкомпонентных системах

У легколетучих несмешивающихся жидкостей давление насыщенных паров может быть высоким, из-за чего в системе образуется газообразная фаза. Для указанной системы (жидкость – жидкость – пар) произвольно, не изменяя числа равновесных фаз, можно менять только одну из трех переменных: температуру, давление или концентрацию ( C=K+2-Ф=2+2-3=1 ).

Всякое произвольное изменение более одного параметра в такой системе, связано с исчезновением той или иной фазы.

На рис. 3. 2. представлена зависимость общего и парциального давления пара от состава жидкости в системах с ограниченной взаимной растворимостью компонентов.

При прибавлении компонента В к А парциальное давление А ( Р_А ) постепенно падает, а парциальное давление В ( Р_В ) возрастает.

Т = const

Рис. 3. 2. Зависимость общего и парциального давления пара от состава жидкости в системах с ограниченной взаимной растворимостью компонентов

 

Общее давление ( Р ) над раствором изменяется при этом по кривой, выражающей суммарное значение парциальных давлений. Так давление будет изменяться до определенного предела (до точки х_С ), обусловленного тем, что при данной температуре дальнейшее растворение веществ друг в друге прекращается. Так же, как и на рис. 3. 1а, точки х_С и х_D соответствуют образованию насыщенных растворов: компонента В в А (точка х_С ) при парциальном давлении В, равном отрезку х_СЕ и компонента А в В (точка х_D ) при парциальном давлении А, равном отрезку х_DF. Точка х ´ на участке х_Сх_D отвечает общему составу гетерогенной смеси.

На участке составов х_Dх_С система представляет собой две жидкие фазы, находящиеся при Т =const в равновесии между собой и паром над ними. Тогда, исходя из правил фаз, общее давление пара системы р´ , парциальные давления компонентов р_А и р_В, а также составы трех фаз тоже постоянны.

Кривые общего давления пара над ограниченно смешивающимися жидкостями имеют различный характер в зависимости от природы системы.

 

На рис. 3. 3а представлена система, у которой общее давление пара над расслаивающимися смесями больше давления пара каждого из чистых компонентов, рис. 3. 3б характеризует системы, у которых значения давления пара над расслаивающимися смесями являются промежуточными между давлениями пара чистых компонентов. На рис. 3. 3в, в отличие от рис. 3. 3б, в области гомогенных растворов имеется максимум давления пара (точка М ).

Рис. 3. 3. Различные типы изотерм в системах с ограниченной растворимостью компонентов

(Рис. 3. 3а отличается от рис. 3. 2 только тем, что на нем отсутствуют кривые парциальных давлений)

 

В области, заключенной между кривыми пара и жидкости, показаны конноды lm и fe, которые связывают составы сосуществующих растворов и их равновесных паров. До тех пор, пока растворы одного компонента в другом остаются ненасыщенными, т. е. составы растворов лежат в гомогенной области, а давление пара изменяется по кривым р_А^о_С и р_B^о_D, каждому составу раствора соответствует только ему одному присущий состав пара. Например, точке х_l соответствует давление пара р_l. Раствор х_l сосуществует с паром состава х_m, так же как на диаграмме для гомогенных растворов. В системах, представленных на рис. 3. 3а, пар по сравнению с жидкостью обогащен одним из компонентов ( В или А ) в зависимости от того, по какую сторону от точки О находятся составы растворов.

В системах, представленных на рис. 3. 3б, фаза пара по отношению ко всем растворам правой и левой ветвей обогащена компонентом В. Поэтому точка О´ , отвечающая равновесному пару растворов гетерогенной области лежит справа от границы этой области.

То же самое справедливо и по отношению к системам, гетерогенные смеси которых находятся слева от точки максимума М давления пара (рис. 3. 3в).

Любая точка, соответствующая составу гетерогенной смеси в интервале составов х_Сх_D имеет пар одного и того же состава х_о. Эта зависимость показана на рис. 3. 4. По осям отложены значения составов жидкости и пара. На диагонали квадрата эти составы равны. На участке Ах_с и х_DВ находятся точки составов, соответствующие гомогенным растворам, на отрезке х_Сх_D – гетерогенным смесям. Вся кривая АСDB выражает зависимость между равновесными составами жидкости и пара. Гомогенный раствор состава х_l (или х_f ) имеет равновесный пар состава  (или ) гетерогенные смеси, точки составов которых лежат в интервале х_Сх_D имеют пар одного и того же состава . На рис. 3. 4а точка О соответствует равенству составов жидкости и пара.

Пар постоянного состава, промежуточного между составами равновесных жидких слоев и равного составу гетерогенной жидкости, называется гетероазеотропом (рис. 3. 3а).

В процессе испарения гетерогенной смеси постоянство температуры и состава пара сохраняется до тех пор, пока не израсходуется один из слоев жидкости (на рис. 3. 5а, слой состава х_С или х_D, на рис. 3. 5б, в – слой состава х_D ).

При перегонке смеси состава х (или х´ ) можно получить пар О, который после конденсации дает дистиллят состава х_о.

 

Рис. 3. 4. Зависимость состава пара от состава жидкости для систем, представленных на рис. 3. 3 (а, б, в)

Процессы испарения обычно происходят при р =const, поэтому их целесообразно рассматривать на диаграммах температура-состав, представленных на рис. 3. 5.

Рис. 3. 5. Зависимость температуры кипения от состава жидкости для систем, представленных на рис. 3. 3

 

По мере испарения точка х по линии жидкости передвигается влево до точки О, т. е. до исчезновения слоя D (или вправо до точки О, т. е. до исчезновения слоя С, если перегонке подвергается смесь состава х´ .

После этого останется гомогенная жидкость, испарение которой приведет к изменению состава пара и повышению температуры кипения. Точки на кривых жидкости и пара будут передвигаться влево или вправо, если первоначальная смесь была состава х или х´ .

Пар состава х_о после конденсации снова дает расслаивающуюся жидкость. При необходимости получения чистого компонента, слои разделяют, жидкости подвергают фракционной перегонке или ректификации, отделяя примесь вещества, находящегося в незначительном количестве.

Пар состава , образующийся при испарении систем, отвечающих рис. 3. 5б, в после конденсации дает однородную жидкость. При фракционной перегонке такой жидкости в конденсате может быть получен чистый компонент (для систем, характеризуемых рис. 3. 5б) или минимальный азеотроп (для систем, характеризуемых рис. 3. 5в).

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: