Главная -> Словарь

Идеальным смешением

Закон Рауля справедлив для идеальных растворов, по подверженных диссоциации пли ассоциации. Многие растворы следуют закону Рауля с достаточной для практических целей точностью. Для углеводородных смесей он точен при малых давлениях.

Рассмотрим условия равновесия паров и жидкости двухфазных систем, паровая фаза которых подчиняется законам идеальных газов, а жидкая фаза — законам идеальных растворов. В состоянии равновесия парциальное давление компонента в газовой фазе равно парциальному давлению пара над жидкостью, т. е.

толуол, смешиваются с жидкими углеводородами масляных фракций в любых соотношениях по закономерностям идеальных растворов независимо от их химического строения. Избирательное же действие неполярных растворителей проявляется главным образом при экстракции твердых углеводородов при низких температурах, 6 также в отношении смоли асфальтенов при температурах, близких к критическим температурам растворителей .

Понятия летучести и идеальных растворов позволяют расширить теоретические представления о константе равновесия /С». Летучесть определяется из данных pVT по следующим формулам:

В общем случае константа фазового равновесия является сложной функцией давления, температуры и состава равновесных фаз системы. Для системы, подчиняющейся законам идеальных растворов, константа фазового равновесия определяется по следующей простой зависимости:

Зная летучесть компонентов смеси, можно определить константу фазового равновесия каждого компонента, т. е. определить его распределение между фазами. Действительно, для систем, которые подчиняются законам идеальных растворов, применимо правило летучести Льюиса и Рендалла; по этому правилу летучесть компонента смеси можно представить в виде

Таким образом, для систем, подчиняющихся законам идеальных растворов, константа фазового равновесия равна

Константу фазового равновесия, определяемую по уравнению , обычно называют идеальной константой фазового равновесия. Летучесть чистого компонента в жидкой фазе /?L определяют при температуре раствора и давлении насыщенных паров данного компонента при данной температуре, а летучесть чистого компонента в паровой фазе /?F — при давлении и температуре системы. Это находится в полном соответствии с уравнением для систем, у которых паровая фаза подчиняется законам идеальных газов, а жидкая — законам идеальных растворов. Таким образом, для определения констант фазового равновесия компонентов смеси, паровая и жидкая фазы которых могут быть приняты за идеальный раствор, нужно уметь определить летучесть компонентов через экспериментально измеряемые

Основы теории разделения смесей путем перегонки удобно иллюстрировать на примере бинарной смеси. Способность каждого компонента бинарной смеси к испарению из раствора зависит от его концентрации в растворе и от упругости его паров. Эта способность к испарению количественно выражается парциальным давлением и для идеальных растворов может быть вычислена по закону Рауля, приводимому ниже:

Для идеальных растворов отношение упругостей пара называется относительной летучестью, обозначаемой через а и введенной в уравнение :

Для идеальных растворов близкокипящих компонентов величина а практически постоянна в широком интервале изменения концентраций.

Для аппаратов, используемых в промышленных условиях, обычно характерен режим, занимающий промежуточное место между идеальным вытеснением и идеальным смешением, это режим частичного перемешивания.

Реальные реакторы работают в режиме, промежуточном между идеальным смешением и идеальным вытеснением. В таком случае в аппаратах наблюдается некоторое продольное перемешивание и объем реактора будет отличаться от объемов, вычисляемых по формулам и .

меньше скоростей их диффузии, конечные продукты реакции могут смешиваться с исходными веществами и тем самым изменять кинетические условия. Вопрос влияния перемешивания на 'ход процессов изучался многими авторами . Он весьма подробно разобран в работах А. Н. Плановского , посвященных системам с идеальным смешением жидкостей. Согласно ,; выводам А. Н. Плановского и других в указанных условиях происходит резкое снижение средних скоростей реагирования и, как следствие, возрастание потребных объемов аппаратуры. Вместе с этим здесь наблюдается значительная неравномерность длительности обработки отдельных порций сырья, поступающего в реакционное устройство. При прохождении через него объема жидкости, равного объему аппарата, из реактора фактически должно выходить только 63,2% более или менее нормально обработанного сырья; остальные же 36,8% состоят из ранее циркулировавшей в системе смеси, неоднородной по времени контактирования. Таким образом, 36,8 части ,г\ вошедшего сырья задерживается в аппарате,

В предельном случае при работе с идеальным смешением сырья и продуктов реакции, т. е. при г- оо, концентрация целевого продукта на входе в зону реакции хг будет бесконечно мало отличаться -от конечной его концентрации хк, а время тг, соответствующее хг, •бесконечно мало отличаться от тк. Таким образом, в этих условиях тг = тк — Ат и х^ = хк— Ах. Пользуясь уравнением , находим:

Исходя из уравнений и , определяем отношение средних скоростей при работе с идеальным смешением и при прямо-лроточном режиме:

Принимая г = оо, находим преобразованное выражение для систем с идеальным смешением:

Эффективность работы многоступенчатых реакционных устройств1 с внутренним перемешиванием зависит от степени изменения концентраций в отдельных последовательно работающих аппаратах. Согласно выводам А. Н. Плановского оптимальный результат для простейших процессов в системах с идеальным смешением получается при одинаковом времени пребывания обрабатываемых продуктов в каждой из ступеней реагирования1. Влияние числа секций на концентрационный к. п. д. многоступенчатого реактора с секциями разных размеров. показано на фиг. 44, 45 и 46.

Для предельного случая г—0 из формул и получаем tr = /0, что соответствует условиям прямопроточного процесса. При г = °°, т. е. для систем с идеальным смешением, из уравнения находим tr = tK, т. е. процесс здесь должен протекать изотермически при температуре /к °С.

Длительность обработки различных порций растворов и суспензий, проходящих односекционные и многоступенчатые аппараты с идеальным смешением , может быть вычислена аналитически. Эта задача в общем виде рассматривалась А. Н. Плановским , П. А. Хохряковым , Хэмом и Колом , Кэлачем и др.

'Время обработки отдельных порций исходных веществ в системе с идеальным смешением

Неравномерность обработки исходных продуктов в аппаратах с идеальным смешением достаточно наглядно показана в табл. 18, в которой сведено несколько расчетов по уравнению для систем с 1, 2, 3 и 4 секциями.

1 Исключение составляют процессы типа алкилирования изобутана, применяющие испаряющиеся теплоагейты смешения, у которых для создания язотермичности интенсивное перемешивание необязательно. Несмотря на это,-вследствие внутренней циркуляции эффективность их близка к вычисляемой для'устройств с идеальным смешением. '•;....