Фазовые равновесия в химической технологии - Уэйлес С.
ISBN 5—03—001106—4
Скачать (прямая ссылка):
2. Изменение давления паров характеризу-
ется минимаксом
2. Система жидкость — твердое вещество, зависимости Т—х
а. Чистые твердые фазы
б. Твердые растворы
в. Наличие минимума (эвтектика) или максимума на кривой плавления
г. Перитектика (два твердых раствора и одна жидкая фаза)
3. Интермолекулярные соединения в твердой фазе
а. Конгруэнтное плавление (без разложения)
б. Инконгруэнтное плавление (с разложением)
III. Тройные системы, Рп — 5 - F
1. Пар и одна жидкая фаза
2. Множество жидких фаз
3. Жидкая и твердая фазы
а. Чистые твердые фазы
б. Твердые растворы
4. Интермолекулярные соединения в твердой фазе
IV. Системы четвертого и высших порядков, РИ = 2 + + С - Я.
5.1. Графическое представление
При построении фазовой диаграммы системы из п веществ необходимы следующие переменные: Т, Р и п - 1 мольных фракций. Взаимозависимость трех переменных можно отразить лишь посредством пространственных диаграмм, однако возможен и альтернативный подход, позволяющий упростить построение: можно использовать серию плоскостных диаграмм при определенных фиксированных значениях третьей переменной, либо контурами показывать значения третьей переменной на одной диаграмме. Мольный состав тройных систем представляется на плоской треугольной диаграмме, а мольный состав четырехкомпонентных систем — на пространственной диаграмме в виде правильного тетраэдра. Различные области фазовой диаграммы могут иметь различное смысловое значение, поскольку число фаз в них неодинаково, и может зависеть от числа компонентов в системе. Связь между числом компонентов, числом фаз и рядом переменных, определяющих состояние системы, обсуждаются в следующем разделе.
5.1.1. Однокомпонентные системы. На фазовой диаграмме однокомпонентной смеси типа изображенной на рис. 5.1 каждая из фаз представлена в виде открытой зоны, твердая фаза — в зоне выше линий АВ и левее линии Вй. Вдоль линии типа А В две фазы находятся в равновесии, в данном случае это твердая и газовая фазы. В точке пересечения трех линий, точка В, три фазы находятся в равновесии; это наибольшее число фаз, способных сосуществовать в равновесии в однокомпо-нентных системах. Как будет показано позднее, чистые твердые фазы могут иметь несколько стабильных кристаллических форм, поэтому зона твердой фазы АВИ может быть представлена несколькими областями. Поскольку некоторые классы веществ могут образовывать жидкие кристаллы, зона ОВС также может состоять из нескольких областей. Точка С — критическая точка диаграммы, по достижении которой исчезают различия между свойствами жидкости и газа. Критические точки, соответствующие другим парам фаз, отсутствуют. Штриховыми линиями показаны границы зон метаста-бильной переохлажденной жидкости и перегретого пара.
5.1.2. Двухкомпонентные системы. Совместное влияние Т и Р на состав двухкомпонентных смесей представлено на пространственных диаграммах (рис. 5.2,а, 5.2,6). Необходимо заметить, что та же самая информация представлена на этих диаграммах в более удобной форме в виде изобарических (или в отдельных случаях изотермических) сечений или в виде проекций на основание (рис. 5.2,6). Двухфазные зоны заштрихованы. На рис. 5.3 показаны три общих типа двухфазных систем при постоянном давлении, демонстрирующие впияние температуры и общего состава смеси на состояние фаз системы. Области однофазных систем различного состава ограничены отрезками ха—хь, хс—Хс1, хе—X/ изотермы а/ (рис. 5.3,в). В других областях существуют двухфазные смеси с различным соотношением количеств фаз состава хь и хс или ха и хе. В двухфазных областях состав фаз фиксирован, но их относительные количества меняются в соответствии с общим составом смеси и не влияют на условия равновесия.
При снижении температуры вдоль изоплеты, например g—к, пересечение ею любой линии указывает на какое-то изменение фазового состояния. Между точками И и / образуются две фазы различного состава, соотношение которых также может быть различным, тогда как в зоне между точками / и } существует единичная твердая фаза, а после точки } существуют смеси двух твердых фаз фиксированного состава.
5.1.3. Правило рычага. Количество и состав каждой из двух фаз равновесной двухфазной системы определяются общим составом смеси, и их можно рассчитать, исходя из уравнения материального баланса.
Запишем уравнение материального баланса для двух фаз (обозначенных на рис. 5.4 одним и двумя штрихами соответственно)
тх = т'х' + т"х" (5.1)
= т'х' + (т — т')х", (5.2)
Фазовое равновесие 253
Рис. 5.1. Графическое представление фазового равновесия одноком-понентной системы.
и ряд вытекающих из него соотношений, выражающих математически суть правила рычага:
т'/т" = (х" ~ х)/(х - х') = БВ/АО, (5.3)
т'1т = (х" - х)/{х" - х') = БВ, (5.4)
т"/т = (х -х')/(х" - х') = АБ. (5.5)
Это правило получило название правила рычага в связи с тем, что указанные соотношения представляют собой моменты тАх относительно точек х, х' их" соответственно. Эти же соотношения можно также рассматривать как проекции на ось х, как это показано на диаграмме и в представленных выше уравнениях.
