nпара/nжид = EL/KE = (55-50)/(85 -55 )= 1/6
nпара/nжид = EL/KE = (55-50)/(85 -55 )= 1/6 где: nпара ─ число молей пара ( 1 часть), nжид ─ число молей жидкости ( 6 частей) общее количество молей n = 46, 78 моль ( 7 частей). Тогда: nпара = 46, 78 1/7 = 6, 68 моль nжид = 46, 78 6/7 = 40, 1 моль ( nжид. = n─ nпар . ). Отсюда, с учетом того, что xi ─ мольные доли компонентов в соответствующих фазах, а Mi ─ их молярные массы, масса компонентов в паре и жидкости ( gi ) вычисляется следующим образом:
В сумме получим: 357, 7+1263, 15+18, 04+361, 9=2000 г 4. а) 3аданный массовый состав системы 80 кг HNO3 и 20 кг H2О пересчитывается на мольный состав. Для этого определим число молей каждого компонента в системе:
Тогда мольные доли компонентов в системе:
Заданный массовый состав соответствует 53мол. % HNO3 и 47мол. % H2О.
б) Так как заданный состав смеси находится слева от азеотропной точки, то выделить ректификацией в чистом виде можно только азотную кислоту. Вся вода ( 1, 11моль )перейдет в азеотропную смесь с молярным содержанием 61, 7мол% Н2О. Остальные 38, 3 мол. % в азеотропном растворе составит азотная кислота. Рассчитаем количество HNO3 в азеотропе, если Отсюда: Следовательно, в азеотроп перейдет 0, 689моль азотной кислоты, а в чистом виде можно выделить: 1, 27 - 0, 689 = 0, 581 кмоль, или в) Исходная смесь беднее водой, чем азеотропная. Следовательно, необходимо добавлять к системе воду, чтобы получить из исходной смеси азеотропную. Так как добавляется вода, количество азотной кислоты остается без изменений - 1, 27 кмоль. Рассчитывается количество воды в азеотропной смеси: Отсюда: В растворе имеется 1, 11 кмоль воды. Следовательно, добавить необходимо 2, 05 - 1, 11 = 0, 94 кмоль, или
Задача 2 На основании данных о температурах начала и конца равновесной кристаллизации различных по составу сплавов двухкомпонентной системы Сu − Аg, построить диаграмму плавкости указанной системы при постоянном давлении р = 1, 013 105 н/м2.
Определите по диаграмме: при какой температуре начнет кристаллизоваться сплав, содержащий 70 мол. % Сu, каков состав выпавших кристаллов, при какой температуре он закристаллизуется полностью, каков состав исчезающей жидкости? Запишите в виде уравнений схему процесса кристаллизации и зарисуйте его кривую охлаждения, укажите вариантность системы. Определите по диаграмме: при какой температуре начнется плавление сплава, содержащего 15 мол. % Сu, при какой температуре он полностью расплавится и каков состав исчезающих кристаллов? Покажите на диаграмме стрелками изменение состава фаз в процессе плавления. Решение : 1. Построение диаграммы Проведем оси координат и отложим в масштабе по оси ординат температуру, а по оси абсцисс концентрацию. (Если по диаграмме не предполагается делать вычисления, связанные с определением теплоты плавления, то переводить данную в условии концентрацию в мольные доли не обязательно. ) Отмечаем на диаграмме для каждого сплава, указанной концентрации точки температур, соответствующих началу (○ ) и концу
Соединяем точки конца кристаллизации, учитывая, что температура 1050К остается постоянной вплоть до концентраций 100% и 0%Сu, получаем прямую линию эвтектики.
Соединяем точки начала кристаллизации, экстраполируя левую и правую ветви до пересечения с линией конца кристаллизации в точке эвтектики Е, получаем ветви линий ликвидус. В результате построена диаграмма плавкости с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии, (диаграмма с эвтектикой), рис. 5. 3. Обозначим на полученной диаграмме фазовые поля. Точка эвтектики Е найдена геометрическим построением и имеет координаты: ТЕ = 1050К, LE (Сu − 33 моль. %, Аg− 67 моль. % ) .
2. Анализ фазовых превращений Для определения температуры начала кристаллизации системы, содержащей 70 мольн. % Сu (и 30 мол. % Ag), необходимо найти точку пересечения перпендикуляра, соответствующего данному составу, с линией ликвидус (фигуративную точку f ). Температура, соответствующая этой точке ( 1175К ) и есть температура начала кристаллизации. Согласно данной диаграмме из расплава выпадают кристаллы меди. Полностью сплав, содержащий 70 мольн. % Сu, закристаллизуется при эвтектической температуре – 1050К. Состав исчезающей жидкости имеет эвтектический состав LE , характеризующийся точкой Е (Сu − 33 моль. %, Аg− 67 моль. % ). Из этого расплава одновременно кристаллизуются две твердые фазы: медь и серебро в виде твердой эвтектики. Таким образом, заданный сплав кристаллизуется в две стадии: 1) L→ кр Cu (в интервале температур 1175 − 1050К ) 2) LЕ→ кр. Cu + кр Ag (при постоянной температуре 1050К ). Кривая охлаждения данного сплава представлена на рис. 5. 4.
Вариантность системы, рассчитанная по правилу Гиббса ( С=3-Ф ), для фазовых полей L и кр. Cu +кр. Ag - С=2, для фазовых полей L+кр. Cu и L+кр. Ag – C=1. В первом случае можно менять в определенных пределах оба параметра (состав и температура), во втором случае только один параметр (например, температура) без изменения вида и числа фаз в указанной системе. Состав фаз определяется по линиям ликвидуса и солидуса. Плавление сплава, содержащего 15 мол. % Cu и, соответственно, 85 мол. % Ag начнется при температуре эвтектики 1050К: появится расплав эвтектического состава LE , соответствующий точке Е (Сu − 33 моль. %, Аg− 67 моль. % ). Это трехфазное превращение кр. Cu + кр Ag → LЕ происходит при постоянной температуре до тех пор, пока не исчезнут все кристаллы меди. Далее температура повышается, плавятся оставшиеся кристаллы серебра кр Ag → L. Полностью они исчезнут при температуре ликвидус: 1120 К.
Какой компонент и в каком количестве выкристаллизуется, если 5 кг расплава, содержащего 85мол. % Ag, (диаграмма плавкости на рис. 5. 5) охладить до 1070К?
Решение: Исходная система при температуре 1070К обозначена на диаграмме точкой О, которая лежит в двухфазной области: L+кр. Ag. Для определения состава и количества фаз в этой области необходимо через точку О провести конноду ( mn ). Концы этой конноды показывают, что при температуре 1070К система состоит из расплава, состав которого определяется проекцией точки m на ось концентраций (Ag =75 моль. % ), и кристаллов, состав которых определяется проекцией точки n (Ag =100 моль. % ). Таким образом, из расплава кристаллизуется чистое серебро. Для определения количества кристаллов Ag при температуре 1070К воспользуемся правилом рычага, согласно которому отношение отрезка оm к отрезку nо соответствует отношению количества твердой фазы к количеству расплава. Так как состав системы Ag − Cu выражен в молярных процентах, то сначала массу исходного расплава ( 5кг ) выразим в киломолях. где: n –число кмолей, соответствующих 5кг расплава, М1 – молекулярная масса Сu ( 63, 5кг ), М2 – молекулярная масса Ag ( 108 кг ), Х 1 – молярная доля Cu ( 0, 15 ), Х 2 – молярная доля Ag( 0, 85 ). Обозначим количество выпавших кристаллов Ag при охлаждении исходной системы до 1070К через Y кмоль, а количество расплава – ( 0, 049–Y ) кмоль. Длину отрезков конноды om и no определяем концентрацией одного компонента: Ag. По правилу рычага: Откуда: Y= 0, 0196 кмоль или масса кристаллов серебра 2, 12 кг.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|