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

РАВНОВЕСИЕ ВЗАИМНО РАСТВОРИМЫХ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ, ОБРАЗУЮЩИХ АЗЕОТРОПНЫЕ СМЕСИ

Для таких смесей характерным является значительное отклонение величин парциальных давлений от закона Рауля, а также наличие экстремальных точек на кривых изотерм и изобарных температурных кривых. При этом, если образуется смесь с максимумом общего давления, то она кипит при минимальной температуре системы.

В противном случае, наоборот, имеем смесь с максимумом температуры кипения.

Так, например, система сероуглерод-ацетон образует азеотропную смесь состава х\ = у\ = 0,6Й65 при л = 87 кПа (/ = 35 °С) с минимумом температуры кипения (для сероуглерода температура кипения приблизительно равна 46 °С, для ацетона - приблизительно 56 °С).

Для системы ацетон - хлороформ при п= 760 мм рт. ст. температура кипения азеотропной смеси (х\ = у. = 0,360) составляет 64.8 °С (температура кипения хлороформа приблизительно равна 61,5 °С).

Общие виды изотерм и изобар для смесей, образующих азеотропы, даны ниже.

Рассмотрим особенности системы с минимумом температуры кипения (рис. 11-16). Кривая аАа на изотерме и изобаре характеризует жидкую фазу, а кривая ЬАЬ - равновесную паровую фазу.

При составе х\ = у\ данная смесь обладает максимальным давлением паров и минимумом температуры кипения (точка А).

Смесь, составы паровой и жидкой равновесных фаз которой одинаковы, а температура кипения определенна (как у индивидуального вещества), называется азеотропной смесью азеотропом).

При испарении такая смесь не изменяет своего состава, поэтому для ее разделения требуются специальные методы {азеотропная и экстрактивная ректификация, изменение давления и др.)

Образование азеотропной смеси приводит к превращению исходной

Рис. 11-1в. Изотермы (а) и изобары (6) для систем, образующих азеотропную смесь с минимумом температуры кипения:

/ - область У > х ; и - область у < х

х\у 1

Рис. 11-17. Изотермы (а) н изобары (6) для систем, образующих азеотропную смесь с максимумом температуры кипения:

/ - область Y < X ; и - область у > х

бинарной смеси как бы в трехкомпонентную, состоящую из исходных НКК, ВКК и азеотропа. При этом в области концентраций у < х\ (область / на диаграммах) НКК ведет себя, как обычно, и у > х, в области же концентраций у > х\ (область Ц на диаграммах) НКК и ВКК меняются ролями, в результате чего оказывается, что у < х.

Для систем с максимумом температуры кипения (рис. 11-17) кривая аАа изображает изотерму и изобару жидкой фазы, а кривая ЬАЬ - соответственно, то же для равновесной паровой фазы.

При составе х\ = у\ такая смесь развивает минимальное давление (точка А) и имеет максимальную температуру кипения, соответствующую температуре кипения азеотропа t- В результате, как и в предшествующем

Рис. 11-18. Кривая равновесия фаз прн наличии азеотропа:

а - при минимуме температуры кипения; б - при максимуме температуры кипения. Области I и II см. на рис 11-16 и 11-17

случае, смесь становится как бы трехкомпонентной. При этом в области концентраций у < х\ (область / на диаграммах) НКК и ВКК меняются ролями и у < х, в области концентраций у > хд (область U на диаграммах) НКК выступает в своей обычной роли и у > х.

В рассмотренных системах образование азеотропа приводит к существенному изменению равновесных зависимостей. При этом в точке А (рис. 11-18) хд = у\ и кривая равновесия пересекает диагональ диаграммы х - у, отражая наличие азеотропа в смеси.

РАВНОВЕСИЕ ЧАСТИЧНО РАСТВОРИМЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Взаимная растворимость жидкостей зависит от их составов и температуры. Как правило, с увеличением температуры взаимная растворимость жидкостей возрастает. Типичная кривая растворимости системы двух частично растворимых жидкостей приведена на рис. 11-19.

Примером жидкостей, у которых при повышении температуры взаимная растворимость понижается, могут служить системы эфир - вода или триэтиламин-вода.

Если задать температуру системы, равную t, то в области концентраций X < X, и X > Х2 образуется однофазная гомогенная система и жидкости будут полностью взаимно растворимы. При составе смеси х, < х < < Х2 образуются две жидкие фазы с концентрацией данного компонента х, в одной фазе и Х2 в другой.

С изменением температуры изменяется и область концентраций х, - Х2, в пределах которой существуют две жидкие фазы. При температурах выше критической температуры растворения fp (см. рис. 11-19) система двух жидкостей образует гомогенный раствор при их смешении в любых соотношениях.

Таким образом, при изменении состава исходной смеси от х, до Х2 меняются только массы фаз, составы же фаз остаются неизменными и равными X, для одного слоя и Х2 для другого.

В равновесии с обеими жидкими фазами находится одна паровая фаза определенного состава. Это справедливо для смесей любого состава в преде-

Рис. 11-10. Кривая растворимости двух частично растворимых жидкостей:

1 - точка, соответствующая составу при температуре /; 2 - то же, для