книги / Общая термодинамика

Очевидно, если составы жидкой и газообразной фаз одина­ ковы, то изобарно-изотермический переход из одной фазы в другую не изменяет состав фаз. Система может рассматри­ ваться как моновариантная; возможен изобарно-изотермиче­ ский переход всей жидкой фазы в газообразную, и наоборот.

21-12. ДИАГРАММА ТЕМПЕРАТУРА— СОСТАВ

1°. Для исследования свойств двухфазной двухкомпонент­ ной системы наряду с диаграммой давление— состав пользуют­ ся также диаграммой температура—состав, на которой по оси ординат откладывают температуру, а по оси абсцисс — соста­

Ввиду бивариантности системы температура может рас­ сматриваться как функция давления и весовой доли компо­

построенные в предположении, что температура возрастает

летучим компонентом, будет ниже. Поэтому на фиг. 21-19 более летучим является компонент Д так как

tAto= O'D; tB>0= O C ; 0 'D < Q C ;

провождается понижением темпера­ туры. Отсюда вытекает, что на диа­ граммах температура—состав все­ гда нижняя ветвь принадлежит жид­

определяющие степени сухости и влажности по точкам пере­ сечения R, S изотермы RLS с ветвями жидкости и пара (фиг. 21-20). Из (21-24) мы можем вывести заключение, ана­ логичное [21-Б]:

[21-Н]. При одной и той же температуре и различных общих весовых долях более летучего компонента А боль­ шей общей весовой доле А соответствует ббльшая сте­ пень сухости.

2°. Из рассмотрения изобар двухфазной двухкомпонентной системы приходим к следующим результатам:

[21-0]. В пределах температур, при которых двухком­ понентная система двухфазна, весовая доля более лету­ чего компонента А в жидкой фазе меньше, чем в па­ ровой.

Изобарное повышение температуры уменьшает весо­

ского университета М. С. Вревский; наиболее важный из по­ лученных им результатов.носит название „закона Вревского"

двухфазных двухкомпонентных (т. е. бивариантных) систем, но и в случае любой неоднородной системы, вариантность которой равна 2 или больше 2.

Если не пренебрегать поверхностным слоем и кроме экстремумов давления и температуры ввести еще экстремумы поверхностного натяжения, то теоремы Коновалова приме­

21-13. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИМЕНЕНИЯХ ТЕОРИИ

В конце § 21-1 было указано, что из двухфазной двухком­ понентной системы можно выделить один из компонентов. Правильнее было бы сказать, что в такой системе можно

Путем дистилляции (см. п. 2°) можно получить серную кислоту, в которой весовая доля H2S 0 4 равна 0,985 и больше.

В промышленности обычно приходится выделять какойлибо компонент или разделять на компоненты двухфазную

процессы, что и при двухкомпонентных системах. Поэтому последние только и будут рассматриваться в дальнейшем.

2°. Процессы дистилляции и ректификации.! Дистилляцией называется образование пара из жидкой смеси, причем весо­ вая доля более летучего компонента в паре больше, чем в

Ректификация также может быть изобарной или изотер­ мической.

Целью Обеих этих операций является разделение однород­

жидкой и паровой фаз). Ввиду бивариантности двухфазной двухкомпонентной системы можно рассматривать р как функ­ цию V и t. Таким образом,

/ф_\ /_фЛ / дУ \ \дтх)( \dV)t[dml )t

Но во всех состояниях устойчивого равновесия (Jpr) < 0 ; к тому

же (g~r) < 0 , так как удельный объем жидкой смеси меньше

удельного объема паровой фазы. Отсюда следует, что

а при изотермической ректификации (cf/n^O) давление должно

ческое уменьшение давления вызывает уменьшение весовой доли А в обеих фазах.

В § 21-9 было показано, что если при изотермическом из­ менении давления (например, при изотермической дистилляции) общая масса всей системы постоянна, то весовая доля а.\ летучего компонента А в жидкой фазе не может быть больше

Поэтому для изменения весовой доли а, или а2 в очень широких пределах нужно изменять общую массу всей системы. Это и имеет обычно место при дистилляции, так как обра­ зующийся пар отводится или постепенно, или отдельными порциями. В последнем случае дистилляция называется дроб­ ной.

При неуклонном удалении образующегося пара весовая доля более летучего компонента А в жидкой фазе (в „остатке"), постепенно уменьшаясь, стремится к нулю и, таким образом, получается остаток, в котором весовая доля менее летучего компонента В весьма близка к единице (например, £,=0,985, если В — серная кислота, а А — вода).

4°. Положение, выраженное соотношением (21-27), справед­ ливо во всех случаях изотермической дистилляции. Когда на диаграмме давление— состав давление имеет экстремум, то (21-27) приводит к следующим результатам.

состояние системы должно все больше и больше удаляться от Е.

Если в начальный момент состояние системы изобража­ лось точкой /, находящейся между С и Е, то изотермическая дистилляция (с отводом пара) приближает жидкий остаток к состоянию, изображаемому точкой С,

больше, чем в начальной жидкой смеси, но, очевидно, масса полученной таким способом жидкости или паровой фазы гораздо меньше м.ассы начальной жидкости.

Следует отметить разницу между дистилляцией с отводом пара и последовательной дистллляцией.

В первом случае при постоянном давлении постепенно возрастают температура и весовая доля менее летучего ком­ понента в остатке (т. е. в жидкой фазе). Во втором, наоборот, температура каждого последующего осадка или дистиллята ниже, а весовая-доля более летучего компонента больше, чем в предыдущем остатке или дистиллате.

21-14. ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ТЕОРИЯ КОЛОННЫХ АППАРАТОВ С ТАРЕЛКАМИ

1°. Если температуры паровой и жидкой смесей, образо­ ванных одними и теми же двумя компонентами, различны, то при соприкосновении этих смесей в обеих фазах происходят изменения, выравнивающие температуры и приводящие к равно­ весию. Чем больше поверхность соприкосновения, тем быстрее устанавливается равновесие. Поверхность эта оказывается наибольшей, когда пар проходит через толщу жидкости.

Пусть (фиг. 21-25) состояния пара и жидкости изображаются на диаграмме температура — состав точками Н'2 и Н* причем t2> t { При прохождении пара через жидкость температура пара понизится, температура жидкости повысится, поэтому когда установится равновесие, то состояния паровой и жидкой фаз изобразятся точками /С2, К\\ в К 2 и К\ весовая доля более

Колонна представляет цилиндр (фиг. 21-26), снабженный по всей высоте плоскими сосудами („тарелками"). В дне каждой тарелки имеются мелкие отверстия. Температура в колонне постепенно понижается от дна к верхней части. Это дости­ гается тем, что дно колонны обогревается, а в верхнюю часть колонны вводится жидкость, температура которой ниже темпе­ ратуры на дне.

Мы здесь рассмотрим не пуск колонны в ход, а только стационарный режим ее работы.

Вводимая жидкость падает с вышележащей тарелки на нижележащую, став несколько беднее более летучим компо­ нентом. На дне же колонны жидкая смесь (как уже сказано) нагревается и образуется пар, который, поднимаясь, обога­ щается более летучим веществом. Таким образом, на дне колонны собирается жидкость, наиболее бедная летучим веще­