8. Процессы, основанные на ликвации, испарении и конденсации
8.1. Ликвационные процессы
Ликвацией называют нарушение однородности системы (вещества) за счет расслаивания на две или более фаз. Этот процесс широко используется в металлургии для разделения жидких фаз при высоких температурах в различных видах плавок. В процессах рафинирования металлов он используется для разделения как жидких фаз, так и жидкой и твердой фаз. Процесс ликвации обычно состоит в выдерживании исходного материала при какой-то постоянной температуре. Для создания условий ликвации в систему могут вводиться добавки, взаимодействующие избирательно с какими-то составляющими системы с образованием соединений, плохо растворимых в другой фазе. Разделение фаз в процессе ликвации происходит за счет всплывания более легких капель из слоя тяжелой фазы или опускания вниз капель более тяжелой фазы из слоя легкой фазы. Приближенно скорость погружения или всплытия частиц небольшого размера шарообразной формы можно вычислить по эмпирической формуле Стокса:
(54)
Обозначения те же, что в формуле (52).
В качестве примера рассмотреть рафинирование свинца от меди методом ликвации, используя диаграмму состояния Cu-Pb (рис.5).
8.2. Процессы, основанные на испарении и конденсации
Металлы и их соединения способны при высоких температурах испаряться или сублимировать и переходить в результате этого в газовую фазу. При снижении температуры газовой фазы их можно сконденсировать в виде жидкого или твердого продукта.
Основная закономерность процесса испарения или сублимации, т.е. переход из конденсированной фазы в парообразное состояние описывается уравнением Клаузиуса-Клайперона:
(55)
где: Р- давление пара, равновесного с конденсированной фазой;
- скрытая теплота испарения или сублимации.
Для небольшого интервала температур может быть принята постоянной и тогда интегрирования уравнения (55) дает следующую зависимость lgP=f(T):
; (56)
где: А и В- постоянные величины.
На рис.6 приведена зависимость упругости пара от температуры ряда металлов и соединений.
Рассмотреть также плоскую диаграмму фазовых равновесий однокомпонентной системы и двухкомпонентной системы, в которой компоненты не растворимы друг в друге и находятся в двух самостоятельных конденсированных фаз. Во втором случае общее давление пара Р=РА+РВ и температура кипения смеси ниже температуры кипения каждого из веществ.
Привести диаграмму кипения двухкомпонентной системы для идеального раствора конденсированной фазы и пояснить на ней возможности разделения компонентов такого раствора перегонкой и ректификацией.
Процесс конденсации заключается в охлаждении паровой фазы до температур, при которых она будет переходить в жидкое состояние. Температура начала конденсации («точка росы») зависит от парциального давления конденсируемого компонента в паровой фазе. Фактически для начала конденсации требуется некоторое переохлаждение паровой фазы. Конечная температура конденсации определяет Ркон. Эта температура может быть выше температуры точки плавления извлекаемого вещества, и тогда оно большей частью извлекается в жидком виде, или выше ее, и тогда вещество извлекают в виде твердого продукта – пыли.
Обычно получение вещества в жидком виде имеет место при высоком парциальном давлении пара веществ в исходной газовой смеси.