Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

Из уравнений (11.14) и (11.15), введя коэффициент относительной летучести, получим другую запись уравнения равновесия:

х/ = . (11.16)

Приняв в качестве эталонного компонента ВКК (i = п), запишем уравнение (11.16) в виде

,-uAl

Сопоставив уравнения (11.13) и (11.16), видим, что они идентичны по своей структуре. Переход от уравнения (11.13) к уравнению (П. 16) производится заменой у, на х„ а а, на l/a.. Это обстоятельство упрощает проведение расчетов при использовании электронно-вычислительных машин.

Коэффициент относительной летучести является функцией температуры и давления системы. Его величина уменьшается с повышением температуры и давления системы.

Воспользовавшись уравнениями (11.13) и (11.16), связь между равновесными составами паровой и жидкой фаз можно также представить в виде уравнения (11.10), в котором константа равновесия К, равна а С„ а константа равновесия эталонного компонента К, определяется по уравнению

РАВНОВЕСИЕ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Рассмотрим случай парожидкостного равновесия двухком-понентной (бинарной) смеси, которая образует идеальный раствор, подчиняющийся законам Рауля и Дальтона. Состояние равновесной бинарной системы характеризуется давлением л, температурой t и составами жидкой х, и паровой yi фаз. Согласно правилу фаз Гиббса число степеней свободы такой системы 1 = 2, т.е. из четырех параметров, характеризующих равновесное состояние системы, произвольно могут быть выбраны только два, а два других определяются.

Процессы, подобные перегонке и ректификации, обычно протекают при постоянном или мало изменяющемся давлении л, величина которого бывает известна. Поэтому наиболее часто приходится выбирать один из остальных трех параметров t, х, или у,.

Согласно закону Рауля парциальные давления компонентов определяются следующим образом для НКК (индекс а)

Ра =

для ВКК (индекс w) = PJl - X).

Давление насыщенных паров смеси этих компонентов р, сумме парциальных давлений, т.е.

(11.17)

(П. 18) равно

Ра. = Ра + Р. = РаХ + Р.( 1 " Х).

Это уравнение, выражающее зависимость между составом жидкой фазы х и давлением насыщенных паров этой жидкости , называется уравнением изотермы жидкой фазы идеальной двухкомпонентной смеси. В координатах р - х - это уравнение прямой, проходящей через точки В{х = О, = РJ и А х = 1, Ран- = Ра) как показано на рис. II-6.

В рассматриваемой системе жидкость находится в равновесии с соответствующим насыщенным паром, т.е. при температуре кипения. Следовательно, давление насыщенных паров этой жидкости р равно внешнему давлению п, т.е.

п = Р + РМ - X).

(11.19)

Из уравнения (11.19) следует, что при известном внешнем давлении я и температуре системы t можно однозначно определить состав жидкой фазы

(11.20)

Соответственно, если известны состав жидкой фазы и температура t, то можно определить давление системы я, и, наконец, при известных я и х методом последовательных приближений можно найти температуру системы t, которая и будет температурой кипения этой жидкости при давлении я.

х,У 1

Рис. П-в. Изотермы жидкой и паровой фаз идеальной двухкомпонентной смеси:

ВСА - изотерма жидкой фазы; BDA - изотерма паровой фазы

в соответствии с законом Дальтона парциальное давление в паровой фазе равновесной системы определяется: для НКК

Ра = пУ; (11.21)

для ВКК

р. = 7:(1 - Я- (П-22)

Если система находится в равновесии, то парциальные давления каждого компонента в паровой и жидкой фазах равны. Следовательно,

7:у = Р,х; 7:(l-y) = P4l-x)

Отсюда определяем состав паровой фазы, находящейся в равновесии с жидкостью состава:

П п Р - Р Haw а w

(11.23)

Если выразить давление смеси рц, через концентрацию паровой фазы /, то из уравнения (11.23) получим

Pgw =

-у{Рд - Р.

Это уравнение называется уравнением изотермы паровой фазы и в координатах р - у представляется гиперболой, расположенной правее изотермы жидкой фазы (см. рис. II-6), что соответствует условию для идеальных растворов при равновесии у > х.

Таким образом, при заданных внешнем давлении п и температуре системы t составы равновесных паровой и жидкой фаз определяются однозначно.

Если температура системы изменится при постоянном внешнем давлении, это приведет к соответствующему изменению составов равновесных фаз.

Составы равновесных жидкой и паровой фаз и парциальные давления компонентов (рис. II-7) могут быть определены также по известным кривым зависимости давления насыщенных паров от температуры Р„ (t) и Р„ (t).

При заданном внешнем давлении я точки пересечения горизонтали, имеющей ординату к, с кривыми давления насыщенных паров в точках М и N определяют соответственно температуры кипения чистого НКК и чистого ВКК

Одновременное сосуществование равновесных паровой и жидкой фаз, состоящих из компонентов а и w при внешнем давлении к, возможно только в пределах температур t„ - При температурах,ниже чем <„,система состоит только из жидкой фазы, а при температурах, выше чем f, - только из паровой фазы. При температуре давление насыщенных паров НКК равно внешнему давлению; при более низких, чем <„, температурах давление в системе будет ниже к. Аналогично при температуре t„ давление насыщенных паров ВКК равно внешнему давлению, а при температурах выше, чем <,,один ВКК будет создавать более высокое давление, чем к.

Определим составы равновесных жидкой и паровой фаз при произвольно выбранной температуре Мо < < »)• Пр" этой температуре давление насыщенных паров НКК (см. рис. II-7, а), отвечает точке I, а давление насыщенных паров ВКК - точке К. Отложим значения