12. Равновесие в процессах пар-жидкость для идеальных смесей. Закон Рауля. Диаграммы t-X,y и y-X.
Если жидкую идеальную бинарную смесь в течение значительного времени выдержать в замкнутом объёме при кипении в условиях постоянной температуры и постоянного давления, то система, состоящая из пара и жидкости, придёт в состояние равновесия. В условиях равновесного состояния потоки компонентов из фазы в фазу будут одинаковы, при этом состав пара будет отличаться от состава жидкости.
Введём обозначения: компонент А имеет меньшую температуру кипения tкА и называется низкокипящим или легколетучим; компонент В имеет большую температуру кипения tкВ и называется высококипящим или труднолетучим.
Идеальные смеси подчиняются закону Рауля: рА=РАх; рВ=РВ(1-х)
Формулировка: парциальное давление компонента в паровой среде над раствором равно давлению его чистых насыщенных паров, умноженное на мольную долю компонента в растворе.
В то же время парциальные давления компонентов в системе следуют закону Дальтона: рА=Ру; рВ=Р(1-у)
Формулировка: парциальное давление компонента в газовой (паровой) смеси равно общему давлению, умноженному на мольную долю этого компонента в смеси.
РА, РВ – давления паров чистых компонентов А и В;
рА, рВ – парциальные давления А и В;
Р - общее давление в системе;
х, (1-х) – мольные доли А и В в жидкой смеси;
у, (1-у) – мольные доли А и В в паровой смеси.
Для установившегося равновесия: РАх=Ру; Рв(1-х)=Р(1-у)
Отсюда следует: у=(РА/Р) х или 1-у=(РВ/Р)(1-х)
Обычно процесс ректификации проводят при Р=const
X=(Р-РВ)/(РА- РВ)
Диаграмма t-x,у , характеризующая равновесие в системе изображена на рис. 1. Нижняя ветвь на диаграмме будет отвечать температурам кипения жидкой смеси, верхняя - температурам конденсации паровой фазы. По этой диаграмме по составу жидкой фазы х1 можно найти равновесный ей состав пара у1 и температуру в системе t1.
Для анализа процессов ректификации более удобна диаграмма у – х (рис.2) , построенная на основе t-х,у. Кривая зависимости ур=f(х) отвечает уравнению:
У=(РА/Р)х=РАх/(РВ+(РА-РВ)х)
РА/РВ=α-относительная летучесть компонента А
У=αх/(1+(α-1)х).
Изменение давления существенно влияет на положение равновесной зависимости ур=f(x) (рис. 3).
Рис.1 – зависимость температуры паро-жидкостной системы от состава фаз в условиях равновесия;
Рис.2-диаграмма равновесных составов;
Рис.3-влияние изменения давления на положение равновесной кривой.
13.Принципиальная схема противоточной абсорбции и графическое изображение процесса.
Абсорбция – поглощение газов или паров из газовых или паровых смесей жидкими поглотителями, называемыми абсорбентами. Процесс абсорбции обратим, обратный ему – десорбция. Ж→Г,П
Два вида: 1) физическая абсорбция (растворение газа не сопровождается химической реакцией); 2) хемосорбция (абсорбируемый компонент вступает в хим. реакцию в жидкой фазе.)
В химической технике используют следующие принципиальные схемы абсорбционных процессов: прямоточные, противоточные, одноступенчатые с рециркуляцией и многоступенчатые с рециркуляцией.
Противоточная схема показана на рис.1 . По этой схеме в одном конце аппарата приводятся в контакт газ и жидкость, имеющие большие концентрации распределенного вещества, а в противоположном конце – меньшие.
Движущая сила больше всегда при прямотоке. Более низкие концентрации в целевом продукте можно получить только при противоточной абсорбции. Меньший расход адсорбента.