Фазовые равновесия в химической технологии - Уэйлес С.
ISBN 5—03—001106—4
Скачать (прямая ссылка):
Очевидно, что число многофазных систем весьма велико. Однако более сложные диаграммы, как правило, можно рассматривать как комбинацию более простых диаграмм, так что кажущееся разнообразие не беспредельно. В табл. 5.1 показана практическая классификация многофазных систем [89]. Подобные классификации даны в обстоятельных книгах Риччи [НО] и Фогеля [139] (см. также разд. 5.7). Различные типы фазовых диаграмм представлены также на рис. 5.16 и 5.21.
Первичная классификация соответствует числу компонентов, затем типу и числу фаз. Учитывается также возможность межмолекулярных взаимодействий и полиморфных превращений в твердых средах. Число воз-
можных комбинаций резко возрастает с увеличением числа компонентов, поэтому экспериментальных исследований систем более чем с тремя компонентами крайне мало. В некоторых областях фазовые превращения в многокомпонентных системах могут быть оценены из данных для небольшого числа простых систем, включающих отдельные компоненты.
Не все комбинации переменных встречаются часто или представляют практический интерес. Наиболее распространены двух- или трехкомпонентные системы, содержащие только паровую и газовую фазы, либо две или три жидкие фазы, либо жидкую и твердую фазы. Данные об одном виде равновесных систем, например пар — жидкость, для одной группы компонентов можно в определенных пределах распространить и на другие системы, например жидкость — жидкость или твердая фаза — жидкость; общая концепция такой оценки основана на понятиях парциальной фугитивнос-ти или химических потенциалов.
Помимо состава систем наибольшее внимание при их изучении уделяется влиянию температуры и давления (особенно для парожидкостных систем) или только температуры (для конденсированных систем). В большей части работ, посвященных изучению фазовых равновесий конденсированных систем, рассматриваются соединения кремния, металлы и водные растворы солей. Однако аналогичным образом могут себя вести и органические системы, которым уделено основное внимание в данной главе. Подробная библиография работ, посвященных этой теме, опубликована авторами обзора [20], более старые работы рассмотрены в обзоре [73]. Ряд источников указан в соответствующих главах Изучение фазового равновесия в многокомпонентных системах, например подобных тем, с которыми приходится иметь дело в металлургии, потребовало многолетнего труда многих исследователей. Специфические сложные органические системы редко имеют столь же важное промышленное значение, поэтому фазовому равновесию таких систем уделено значительно меньше внимания. Поведение органических систем иногда описывается адекватно поведению идеальных систем или только в рамках бинарных систем, которые можно объединять в несколько типовых систем для определения поведения многокомпонентных систем, составленных из отдельных пар. Краткий обзор экспериментальных методов исследования фазовых равновесий представлен в гл. 12.
Фазовое равновесие
Таблица 5.1. Классификация систем твердая фаза — жидкость [89]
Число Класс Группа Свойства
компонентов
Единственная модификация а Тройная точка ниже атмосферного давления
Ь Тройная точка выше атмосферного давления
Несколько модификаций а Все модификации стабильны
Ь Одна из модификаций нестабильна
Компоненты в твердой фазе нерастворимы Компоненты не образуют стехиометрических соединений
&\ Компоненты в жидкой фазе полностью растворимы а2 Компоненты в жидкой фазе частично растворимы аз Компоненты в жидкой фазе нерастворимы
Компоненты образуют стехиометрические соединения 1>1 Соединение стабильно вплоть до температуры
плавления
Ьг Соединение нестабильно при температуре плавления
Компоненты в твердой фазе полностью растворимы
Компоненты не образуют твердых соединений а1 Кривая температур плавления не имеет максимумов
или минимумов аг Кривая температур плавления имеет максимум или
минимум
Компоненты образуют твердое соединение
III Компоненты в твердой фазе частично растворимы
а Температуры плавления компонентов близки
Ь Температуры плавления компонентов значительно
различаются
Компоненты в твердой фазе нерастворимы Компоненты не образуют стехиометрических соединений
Компоненты образуют стехиометрическое соединение 1>1 Образуются бинарные соединения Ьг Образуются тройные соединения
Компоненты в твердой фазе взаиморастворимы а Компоненты твердой фазы полностью растворимы
Ь Компоненты в твердой фазе частично растворимы
I Четыре различных компонента
II Попарные соляные системы
252 Глава 5
Таблица 5.2. Важнейшие характеристики, используемые для идентификации или описания фазового равновесия
I. Однокомпонентные системы, для которых справедливо следующее правило фаз: Рп - 3 - F
1. Равновесие пар — твердое вещество
2. Равновесие пар — жидкость
3. Равновесие жидкость — твердое вещество
4. Полиморфизм кристаллического состояния
5. Критические и тройные точки
II. Бинарные системы, Рп = 4 - F
1. Система пар — жидкость, зависимости Т—х и Р—х
а. Одна жидкая фаза
1. Монотонное изменение давления паров
