ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Исследование фазового и химического равновесия из "Основы конструирования и проектирования промышленных аппаратов" Описание фазового равновесия является одной из важнейших задач при расчете процессов разделения. Знание условий равновесия позволяет не только принципиально решить вопрос о возможности разделения многокомпонентной смеси методами ректификации, абсорбции, экстракции, но и выбрать схему разделения. Наиболее обший метод расчета равновесия основан на применении некоторого уравнения (уравнения состояния) ко всем фазам системы пар - жидкость. Однако использование уравнений состояния возможно лишь в случае простых систем, которые образованы веществами с аналогичными свойствами, например неполярными веществами, составляющими природный газ. [c.40] При наличии полярных молекул эти уравнения непригодны. Для таких систем, составляющих в большинстве своем процессы основной химии, уравнения состояния применяют только для паровой фазы, а жидкая фаза рассматривается с учетом отклонений от идеального поведения для реальных условий смешения и в соответствии с теорией растворов. [c.40] Если некоторые из компонентов реакции (1.17) находятся в конденсированном состоянии, то при незначительных изменениях внешнего давления концентрации их не указываются в левой части уравнения (1.19), однако при вычислении константы равновесия через свободную энергию Гиббса конденсированное состояние этих компонентов учитывается. [c.41] Поскольку фазовое равновесие в замкнутых системах достигается при наличии в системе химического равновесия, очевидно, что расчет равновесия в системах, в которых происходит несколько одновременно протекающих реакций, представляет определенные трудности. [c.42] Это уравнение является основным при расчете фазового равновесия многокомпонентных трехфазных систем. Коэффициенты активности и летучести, как мера отклонения фаз от идеальности, для идеальной смеси равны единице. [c.43] Как следует из уравнения (1.21), параметры, характеризующие условия равновесия (состав, температура, давление), могут быть рассчитаны лишь при наличии значений фугитивности в стандартном состоянии. В принципе выбор стандартного состояния произволен и диктуется лишь удобствами расчета. Необходимо только, чтобы стандартные фугитивности вычислялись при той же температуре, что и температура смеси. Давление и состав могут выбираться произвольно. [c.43] Поскольку избыточная энергия является мерой неидеальности смеси, выражение (1.23) широко используется для оценки степени этой неидеальности. [c.43] Модель Вильсона требует для описания состояния равновесия многокомпонентных смесей (МКС) только задания экспериментальных данных по бинарным парам, входящим в данную МКС, и физико-химических свойств чистых компонентов. [c.44] Алгоритм поиска должен быть составлен таким образом, чтобы можно было определить значения неи вестных параметров 12 - и 21 - 22) которые удовлетворяли бы условию мини-ми йции К = Лт]п с заданной точностью. [c.45] На первом этапе расчета определяют оптимальные значения Х12 - 11 и .21 - 22. функцию Я В оптимальной точке, коэффициенты активности у бинарных систем в контрольных точках, состав паровой фазы у/с для бинарных пар и относительную погрешность расчета состава паровой фазы. [c.46] Эта методика расчета равновесия дает хорошие результаты как для бинарных, так и многокомпонентных систем. Однако уравнение Вильсона (1.26) применимо только для гомогенных жидких систем. Рядом исследователей выполнено его распространение на частично расслаивающиеся смеси. [c.46] Многочисленные исследования показали, что из всех уравнений, основанных на использовании данных по равновесию бинарных пар - Маргулеса, Редлиха-Кистера, Ван Лаара и т. д. - лишь уравнение Вильсона для гомогенных систем обеспечивает точность, сравнимую с точностью эксперимента. [c.46] Концепция локального состава легко сочетается с идеей функциональных групп, которая заключается в том, что термодинамические свойства жидкостей, содержащих полиатомные молекулы, могут быть рассчитаны по взаимодействию фупп, из которых состоят молекулы. Так, молекула ацетона содержит две функциональные фуппы СН3- и СН3СО-, а толуола - шесть Фупп пять СН-фупп и одну ССН3-. [c.47] Различие между моделями функционаньных фупп обусловлено различием в определении фупп и составляющих избыточной свободной энергии. [c.47] Наибольшее распространение получил метод UNIFA , в котором составляющие коэффициента активности - комбинаторная vf и резидентная yf - рассчитываются следующим образом. [c.48] - объемная доля /-го компонента 0, - доля поверхности молекулы /-го компонента Г - относительный ван-дер-ваальсовский объем /-го компонента q, -относительная молекулярная поверхность /-го компонента / - рассчитываются как суммы групповых параметров Л и Q - ван-дер-ваальсовский фупповой объем - площадь поверхности k-fi группы. [c.48] Главное достоинство этого метода состоит в его применимости к расчету систем, для которых отсутствуют экспериментальные равновесные данные, однако по сравнению с методами Вильсона и NRTL он обладает меньшей точностью. [c.49] Вернуться к основной статье