Вопросы к экзамену:

1. Назовите процессы, относящиеся к группе массообменных процессов. Какие из них направлены на разделение многокомпонентных систем? Принцип разделения, лежащий в основе этих процессов.

К процессам, направленным на разделение многокомпонентных систем, относятся практически все массообменные процессы. Они перечислены далее. Эти процессы характеризуются вещества из одной фазы в другую. Такие процессы называют диффузионными.

1. Абсорбция – избирательное поглощение компонентов газовой смеси жидким поглотителем (абсорбентом).

2. Адсорбция – избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ поверхностью пористого твердого тела (адсорбентом). Разновидностью адсорбции является ионный обмен, основанный на способности некоторых твердых веществ (ионитов) обменивать свои подвижные ионы на ионы растворов электролитов.

3. Десорбция – процесс обратный абсорбции и адсорбции, т.е. процесс, направленный на выделение поглощенных жидкостью или твердым телом компонентов газовой смеси.

4. Перегонка и ректификация – частичное или полное разделение гомогенных жидких смесей на компоненты в результате различия их летучести и противоточного взаимодействия жидкости и пара.

5. Экстракция (в системе жидкость-жидкость) – извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся с первой.

6. Экстрагирование (в системе твердое тело-жидкость) – извлечение вещества из твердого пористого тела с помощью растворителя.

7. Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из пересыщенных растворов или расплавов.

8. Растворение – переход твердой фазы в жидкую, т.е. процесс обратный кристаллизации.

9. Мембранные процессы – разделение жидких и газообразных смесей на составляющие компоненты с использованием полупроницаемых перегородок. Под мембранами в широком их понятии называют фильтрующие перегородки с размерами пор, приближающимися к размеру молекул.

2. Понятие фазового равновесия. Статическое и динамическое равновесие. Основные законы фазового равновесия: правило фаз Гиббса, законы Генри, Дальтона, Рауля.

Равновесие – такое термодинамическое состояние системы, которое при постоянной температуре и давлении не изменяется во времени или такое термодинамическое состояние системы, при котором скорости прямого и обратного процессов равны. Т.о., из данного определения следует, что равновесие может быть статическим и динамическим.

К основным законам фазового равновесия относятся правило фаз Гиббса, законы Генри, Дальтона, Рауля.

Правило фаз Гиббса характеризует условия, при которых могут сосуществовать несколько фаз. Состояние любой системы определяется следующими основными параметрами: температурой, давлением и составом.

По правилу фаз Гиббса число степеней свободы процесса С равно числу компонентов К минус число фаз плюс 2, т.е.

С = К – Ф + 2.

Здесь С – число степеней свободы, под которым понимают число независимых термодинамических параметров фаз системы, находящейся в равновесии, имеющих возможность принимать произвольные значения без исчезновения старых и без образования новых фаз.

Для абсорбционно-десорбционных процессов равновесие между газами и их растворами в жидкости описывается законом Генри. Согласно этому закону, количество газа, растворяющегося в жидкости при данной температуре, прямо пропорционально давлению газа над ней. Классическая формулировка закона Генри звучит следующим образом: равновесное парциальное давление растворяемого газа пропорционально его мольной доле в растворе

где Е – константа Генри, Па.

[Парциальное давление компонента газовой смеси – давление данного компонента газовой смеси при условии, что этот компонент занимает весь объем смеси].

Общее давление смеси газов согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений составляющих ее компонентов

Из закона Дальтона следует, что мольная или объемная доля любого компонента смеси идеальных газов равна или при равновесии

В случае идеальных смесей жидких компонентов фазовое равновесие подчиняется закону Рауля: парциальное давление компонента в паре над жидкостью равно давлению пара чистого компонента, умноженного на его мольную долю в жидкости

где – давление насыщенного пара данного чистого компонента при определенной температуре (справочная величина).

Если подставить значение из этой формулы в уравнение получим уравнение Рауля-Дальтона.