Основы расчета нефтезаводских процессов и аппаратов - Эмирджанов Р.Т.
Скачать (прямая ссылка):
Вид этих кривых для различных типов растворов был установлен Д. П. Коноваловым. Кривая 5 (фиг. 27) соответствует так называемому идеальному раствору, а кривые 4—6— нормальным раствором.
100
от 3 до
Растворы типа 49 5 и 6 характерны тем, что общее давле-( пие насыщенных паров раствора P9 независимо от состава (хг) всегда больше, чем давление Pw насыщенного пара чистого BKK (компонента w) и меньше, чем давление Ра чистого HKK (компонента а) при той же температуре.
Кривые 3 и 7 соответствуют растворам, образующим в определенных условиях так называемые постоянно-кипящие (азео-ропные) системы (например, вода—ацетон). Кривая 8 соответствует растворам, образующим ассоциированные молекулы, и иыделяющим при образовании раствора большое количество тепла.
Все типы кривых-н, соответствуют таким вещест-HuM9 которые неограниченно (т. е. в любой пропорции) рас-пюряются друг в друге.
Растворы, характеризуемые кривой 2, можно отнести ко иторой группе растворов, со-I тоящих из веществ с ограниченной или частичной взаимной растворимостью (например, вода —Фурфурол), которые при составах, соответствующих горизонтальному участку ломаной кривой образуют две фазы, м при составах, отвечающих наклонным участкам кривой 2 образуют однофазные рас-тиоры.
Наконец, ломаная кривая /, соответствует третьей группе почти вовсе взаимнонерастворимых веществ, которые при любых составах образуют две фазы (например, вода—углеводород).
Ниже рассматриваются лишь нормальные растворы поскольку к ним можно без особой погрешности применить ни» оды, основанные на законах идеального раствора. Кроме іого, поскольку это касается перегонки углеводородов с водя-' ным паром, будут рассмотрены системы взаимнонерастворимых компонентов, характеризующиеся кривыми типа /.
Фиг. 27. Различные виды изотерм двухкомпонентных жидких растворов
(к классификации растворов по Д. П. Коновалову)
3. ЗАКОНЫ РАУЛЯ И ГЕНРИ
Закон Рауля гласит, что парциальное давление (рх ) паров какого-либо компонента iy находящегося в
жидком
ptuuio произведению из давления P1 насыщенных
растворе паров чисто-
101
Ч
го компонента і при температуре раствора на его- мольную концентрацию в жидкой фазе (х'і), т. е.
Px^Ps хи ' (IV, 2)
Растворимость газов и паров в каких-либо жидкостях устанавливается законом Генри, согласно которому количество газа, растворенное в данном количестве раствора, прямо пропорционально парциальному давлению этого компонента над раствором, т. е.
Pl = ATi JCj', (IV, 3)
і
где а;'}—концентрация данного газа в растворе;
K1 —константа, зависящая от температуры, а также от природы газа и растворителя.
Закон Рауля действителен для идеальных растворов, а закон Генри выдерживается для разбавленных растворов, т. е. в случаях, когда концентрация компонента в растворе мала.
В случае идеального раствора, константа K1 закона Генри, численно совпадает с давлением Р\ насыщенного пара данного компонента, являющегося коэффициентом пропорциональности к закону Рауля.
Для ряда реальных растворов законы Рауля и Генри дают вполне приемлемые для целей практического расчета результаты, хотя в иных случаях погрешность может оказаться недопустимо высокой.
4. ПАРОЖИДКОСТНОЕ РАВНОВЕСИЕ В ИДЕАЛЬНЫХ
СИСТЕМАХ
¦ В условиях равновесия парциальные давления рх каждого компонента в паровой и жидкой фазах должны быть равны, поэтому, сочетая уравнения (II, 29) и (IV, 2), можем написать
Pi = РУ'і = Pi лі, (IV, 4)
где X1 и у[ —мольные концентрации этого компонента в равновесных жидкой и паровой фазах.
Уравнение (IV, 4) носит название уравнения Рауля-Дальтона.
Из уравнения (IV, 4) можно найти отношение составов данного компонента в паровой и жидкой фазах (при заданных put)
Уі ' Pi rr
где равновесное отношение Kx обычно называется константой фазового равновесия и для идеальных (нормальных) растворов является функцией только общего давления р и температуры t системы.
102
I
Вели написать уравнения (IV, 4) для всех компонентов си-< и'мы и просуммировать их, то получим
P=P=LP1 х/, (IV, 6)
где р—общее давление системы;
Р—-общее давление насыщенных паров раствора при тем-пературе t системы.
Так как значения Pi всех компонентов подставляются в это уравнение при определенной температуре t, при которой на-шдится равновесная система, то уравнение (IV, 6) называют уравнением изотермы жидкой фазы.
Общее давление р^Р можно выразить также через состав мировой фазы, решив уравнение (IV, 4), написанное для каждо-|п компонента, относительно х\ и просуммировав их
-L-=-I_ = Е _*L (IV 7)
р P P К ' '
Уравнение (IV, 7) называется уравнением изотермы паро-поп фазы.
В случае системы, состоящей из двух компонентов а и w уравнения (IV, 4—IV, 7) можно подставить в виде
Pz=Py=P11X' (IV, 8)
Pw=p(l-y') =Pw(l-x') (IV, 9)
p=PaW=Pax'+P„(\-x') (IV, 10)
L_=-J-=JL_ + L-y: - (IV, її)
P Pяw Pa Pw
Из уравнений (IV, 8) и (IV,10) имеем
I -
X'
P Pw PqW PW
-p~Zp~^ р-р : •(IV, 12)
у'=-^- х'=?-*. и (IV, 13)
P
Согласно правилу фаз для бинарной двухфазной системы число степеней свободы равно 2, т. е. достаточно задаться шачениями двух независимых параметров, чтобы состояние системы, а, следовательно, и значения всех остальных параметров, вполне определились.
