3.2.2. Экспериментальные кривые равновесия

Концентрация кислорода и азота при определенных давлении и температуре на практике определяют на основе экспериментальных данных. Первые экспериментальные зависимости Т-х-у для давления р = 0,1 МПа были построены Бейли. Затем Додж и Дунбар провели экспериментальные исследования над кислородом и азотом в пределах температур от 77 К до 125 К и представили результаты этих исследований в виде диаграммы Т-х-у, где изображены равновесные кривые кислород-азот в координатах Т-х-у при различных давлениях р (рис. 3.2), как для жидкости, так и для пара.

На диаграмме нанесены двойные изобары при различных давлениях: по оси абсцисс отложены мольные концентрации кислорода в жидкости х и в паре у при определенном давлении, по оси ординат – температура Т, К.

Рис. 3.2. Диаграмма Т-х-у равновесных кривых системы азот-кислород

Нижняя изобара представляет равновесный состав - в жидкости, в частности, мольное содержание (концентрацию) кислорода в жидкости при данном давлении в зависимости от температуры, при которой жидкость находится в равновесном состоянии со своим насыщенным паром.

Верхняя изобара представляет равновесный состав паровой фазы, в частности, мольное содержание кислорода в паре при данном давлении в зависимости от температуры, при которой пар находится в равновесии с жидкостью. Состав равновесного содержания кислорода в жидкости определяется абсциссой точки пересечения нижней изобары с горизонталью проведенной из соответствующей точки верхней изобары, показывающей равновесное состояние кислорода в паре .

Из диаграммы видно, что наибольшая разница в равновесном составе жидкой и паровой фаз наблюдается при мольной концентрации кислорода в жидкости = 60 – 70 %.

При уменьшении или увеличении содержания кислорода в жидкости эта разница уменьшается, и на концах изобар становится равной нулю, когда жидкость состоит из одного компонента: чистого кислорода – справа и чистого азота – слева.

Разница в равновесных составах жидкости и паровой фазы уменьшается с повышением давления, и в критической точке она исчезает полностью.

Н ад жидким воздухом с содержанием - 20,9 % насыщенный пар при давлении р = 1 бар содержит только 6,3 % кислорода, остальное – 93,7 % - азот. То есть, при испарении жидкого воздуха при атмосферном давлении первые порции пара будут содержать всего 6,3 % кислорода. По мере испарения оставшаяся жидкость будет постоянно обогащаться кислородом, вместе с тем будет повышаться и содержание кислорода в паре. И наоборот, при конденсации паров воздуха будет наблюдаться обратное явление – первые капли сконденсированной жидкости будут содержать при р = 1 бар 51,5 % . С повышением давления содержание кислорода в паре при испарении повышается, а при конденсации – наоборот, содержание кислорода в жидкости уменьшается. Так при давлении 15 бар первые порции пара при испарении жидкого воздуха будут содержать 33 % кислорода, а при конденсации пара воздуха первые капли жидкости будут содержать 33 % кислорода, против 51,5 при давлении р = 1 бар.