Фазовые равновесия в химической технологии - Уэйлес С.
ISBN 5—03—001106—4
Скачать (прямая ссылка):
5.5.7. Системы пар—жидкость. На рис. 5.30 приведены некоторые характерные типы диаграмм системы ацетон + метанол + вода, показывающие а) зависимость состава жидкой фазы при 100 ° С от величины давления, соответствующего началу кипения (например, смесь, содержащая по 30% воды и ацетона, начинает кипеть при давлении 3,46 атм); б) зависимость состава системы от температуры начала кипения при давлении 1 атм (например, та же смесь при 1 атм начинает кипеть при температуре 61,7 °С); в) зависимость состава паровой фазы при равновесии от состава жидкой фазы (например, та же жидкая смесь находится в равновесии с парами, содержащими 10% воды и 57% ацетона).
Рис. 5.30, гид характеризуют систему водород + + азот + монооксид углерода при фиксированных значениях Т и Р; составы равновесных фаз представлены линиями. Например, жидкость, содержащая 10% Ш и 43% СО, находится в равновесии с парами, содержащими 10% СО и 3% N2, при -195 °С и 150 атм. Паро-жидкостные композиции для системы метан + н-бу-тан + декан при трех давлениях показаны на рис. 5.30,е°. На рис. 5.31 на примере системы ацетон + хлороформ + 4-метилпентанон демонстрируется другой способ изображения парожидкостного равновесия. И, наконец, температуры кипения можно также изображать на треугольных диаграммах, но в таких масштабах велика вероятность недоразумений, и поэтому предпочтительнее раздельные диаграммы.
Фазовое равновесие 285
с3н6о(з)
Рис. 5.30. Изотермы, изобары и равновесные парожидкостные составы некоторых треххомпоиентных систем.
а — изобары смесей вода + метанол + ацетон при 100 "С. Диаграмма показывает, что давление смеся, содержащей по ЗОЧ* воды и ацетона, составляет 3,43 атм [Griswold, Wong СЕР Symposium Series, 3, 18 (1952)]. б — изотермы смесей вода + метавол + ацетон при 1 атм. Диаграмма показывает, что у смеся, содержащей по УО% воды и ацетона, при 1 атм температура насыщения равна 61,5 eC [Griswold, Wong СЕР Symposium Series, 3, 18 (1952)].
С3НеО(3)
COO) N2(2)
Рис. 5.30 (продолжение).
в — равновесные парожидкостные составы смесей вода(1) + метанол(2) + ацетон(З) при 1 атм. Сплошные линии соответствуют у\, штриховые — уг-Диаграмма показывает, что жидкая фаза, содержащая по 30% воды и ацетона, находится в равновесии с паровой фазой {у\ = 0,1 и уъ = 0,57) [Griswold, Wong СЕР Symposium Series, 3, 18 (1952)].
г — равновесные парожидкостные составы водород + азот + оксид углерода при 150 атм и - 195 °С. Состав паровых фаз показан штриховыми линиями [Руеман, Цинн Журн. физ. хим., 12, 389 (1937)].
Фазовое равновесие 287
Н2(3)
Декан
н- Бутан
Концентрация н-бутана, мал.доли
Рис. 5.30 (продолжение) ¦
д — та же система, что и выше, но при 150 атм и -185 °С. Наблюдается резкое изменение формы двухфазной области.
е — составы сосуществующих фаз в системе метан + н -бутан + декан при 280 °F (137,78 °С) и различных давлениях. Нижние концы соединительных линий соответствуют жидким фазам, верхние — паровым [Riemer, Sage, Lacey Ind. Eng. Chem., 43, 1436 (1951)]. © Am. Chem. Soc.
288 Глава 5
Рис. 5.31. Трехкоординатная диаграмма х—у и двухкоординатные диаграммы Т—х—у системы 2-метилпента-нон-4(1) + хлороформ(2) + ацетон(З) при 1 атм.
На трехкоординатной диаграмме штриховые линии показывают величины у2, а сплошные — величины уз. Например, эквимолярная жидкость находится в равновесии с паровой фазой состава у2 = 0,35 и уз = 0,57 [Landolt-Bornstein, И/2а, 527, 608, 609, 756].
5.5.2. Системы пар и две жидкие фазы. Ряд возможных путей представления составов трех равновесных фаз показан на рис. 5.32. На рис. 5.32,а равновесные составы системы жидкость—жидкость показаны прямыми соединительными линиями, тогда как линия состава пара представлена штриховой линией с числами, указанными также на соединительных линиях.
На кривых распределения, приведенных на рис. 5.32,6, на абсциссе указан мольный состав ацетона в обогащенной водой фазе, на ординате указаны мольные доли ацетона и хлороформа в паровой фазе, а распределительная кривая равновесия жидкость—жидкость построена как на рис. 5.29. Отдельные линии х—у, характеризующие однородное состояние жидкости (рис. 5.33), определяются линиями, соединяющими соответствующие составы (пар—жидкость); эту диаграмму (рис. 5.30) можно использовать в таких целях при наличии достаточного количества данных для его построения.
5.5.3. Жидкие фазы. Трехкомпонентные системы при заданных температуре и давлении могут образовывать
множество однофазных, двухфазных и трехфазных областей, большинство исследованных систем подобного рода имеет по одной—две одно- и двухфазной области. Формы этих областей могут значительно различаться, причем они часто подвержены влиянию температуры. Пространственная диаграмма, приведенная на рис. 5.34, иллюстрирует один из видов температурного влияния, для которого характерно наличие как верхней, так и нижней критической температуры растворимости. Наиболее часто встречающийся тип поведения — это увеличение области растворимости с повышением температуры. На рис. 5.35 показано влияние роста температуры на изменение верхней критической точки растворимости в тройных композициях. Рис. 5.7 демонстрирует тройную систему, которая имеет бинарную критическую точку растворимости. На ряде других рисунков этого раздела показаны другие возможные варианты влияния температуры.
