76. Правило фаз Гиббса. Его практические приложения (?применения?)

При взаимодействии фаз системы происходит обмен веществом и энергией (массо- и теплообмен) через поверхность раздела фаз. При этом система стремится к состоянию равновесия и скорости перехода компонента с одной фазы в другую выравниваются. Система при равновесии может существовать до того времени, пока какое-нибудь внешнее воздействие не выведет ее из состояния равновесия (изменение температуры, давления). Если известны параметры равновесия, то можно установить границы, в которых могут происходить массообменные процессы. Состояние равновесия характеризуется правилом фаз: Ф + С = К + 2 (3.3) где Ф - число фаз; С - число степеней свободы (число независимых переменных, которое можно менять в определенных границах без нарушения числа и состава фаз в системе); К - число компонентов системы. В качестве степеней свободы системы могут быть температура, давление, концентрация компонента. Рассмотрим процесс абсорбции, когда система составляется из 2-х фаз газ - жидкость, а газовая фаза, кроме инертного компонента, содержит компонент, который поглощается жидкостью. Тогда Ф = 2, К = 3 (вещество, которое переходит из одной фазы в другую, и двух в-в - носителей. Подставим Ф и К в выражение (3.3), получим С = 3. В этом случае можно произвольно менять давление (p), температуру (t) и концентрацию одной из фаз по поглощенному компоненту (х_А или у_А). Т. о., при t = const, p = const концентрации одной из фаз соответствует определенная концентрация второй фазы. Ректификация: Для двухкомпонентной системы, которая состоит из паровой и жидкой фаз, Ф = 2, К = 2 и соответственно выражению (3.3), С = 2. В данном случае при p = const с изменением концентрации фазы (х_А) должна меняться температура. Если однокомпонентная система находится одновременно в трех фазах: жидкой, твердой и паровой, тогда Ф = 3, К = 1 и С = 0. В этом случае параметры равновесия определены. Вода, лед и пар могут находиться в равновесии при t = 0,0076°С, p = 610,6 кПа. Правило фаз дает только

качественную оценку равновесной системы. Необходимые для изучения и теоретического расчета процессов массообмена количественные соотношения (иx составы) в равновесных системах в большинстве случаев не поддаются теоретическому расчету, а определяются по экспериментальным данным и приводятся в разных справочниках. По этим данным строится в принятой системе координат равновесная линия, которая характеризует зависимость между граничными концентрациями в-ва в фазах при заданных t и p. В общем виде связь между концентрациями распределенного вещества в фазах выражается зависимостью или . Эти ур-ия показывают, что значению концентрации в-ва в жидкой фазе ( ) соответствует строго определенная концентрация в фазе ( ), и наоборот.

Линия равновесия может иметь разный вид в зависимости от системы. Например, для системы газ-жидкость (процесс абсорбции) зависимость равновесной концентрации в газовой фазе от концентрации в жидкостной фазе при Р = const и t = const показано на рис. 3.1, а, а на рис. 3.1, бы - равновесные кривые для системы пар - жидкость (процесс ректификации).

Отношения концентраций фаз при равновесии называются коэффициентом распределения: .