ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Критические явления в бинарных системах из "Курс теории перегонки и ректификации" Поведение растворов и, в частности, бинарных систем в критической области значительно отличается от поведения индивидуальных веществ, состоящих из молекул лишь одного вида, и поэтому заслуживает особого рассмотрения. Согласно правилу фаз двухкомпонентная жидко-паровая система обладает двумя степенями свободы, и если, например, задан постоянный и неизменный состав одной ее фазы, то температура и давление насыщения этой фазы должны быть связаны функциональной зависимостью, ставящей в соответствие каждой заданной температуре определенное давление насыщения и наоборот. [c.132] Кривая постоянного состава АКММВ отвечает некоторому вполне определенному и неизменному составу рассматриваемой системы, состоящей из двух компонентов. Если задаться другими ее составами, то каждому из них будет отвечать своя кривая, иначе расположенная на графике р — 1, с иными расположением на ней критической точки К- На фиг. 35 показано, как может меняться положение критической точки К на кривых постоянного состава в зависимости от того, какой конкретный состав системы изучается. [c.133] Как показывает опыт, критические точки на всех кривых постоянного состава рассматриваемой системы расположены в точках их касания с огибающей линией, соединяющей критические точки чистых компонентов системы. Таким образом, можно заключить, что положение критической точки на кривой постоянного состава по отношению к точке максимума давления М или максимума температуры N определяется составом рассматриваемой системы и расположением огибающей критической кривой К1К2, называемой кривой точек складки. [c.133] Если рассматриваемая система является бинарной, то для нее можно построить пространственную диаграмму в системе координат / — / —состав, ограниченную двумя плоскостями, перпендикулярными оси составов в двух крайних точках этой оси, отвечающих чистым компонентам изучаемой системы. [c.134] По оси абсцисс откладываем температуру насыщения, по вертикальной оси — соответствующее давление, а по ординатам— состав системы. Такая пространственная диаграмма для системы пропан — изопентан, заимствованная из курса Химическая термодинамика М. X. Карапетьянца, приведена на фиг. 36. [c.134] Здесь мы уже имеем не насыщенную кривую постоянного состава, жидкая и паровая ветви которой сходятся в критической точке, но поверхность насыщения, состоящую из двух полостей, одна из которых отвечает точкам кипения насыщенной жидкой фазы, а другая — точке росы насыщенной паровой фазы. Обе части поверхности насыщения сходятся друг с другом вдоль линии критических точек котора 1 и здесь называется линией складки. [c.134] Область гетерогенных состояний, в которых система разделена на две равновесные фазы, жидкую и паровую, представляет часть пространства, заключенную между обеими полостями поверхности насыщения, одной, отвечающей точкам начала кипения жидкостей, и другой, отвечающей точкам росы паров. Чтобы для какой-нибудь точки этой гетерогенной области найти составы равновесных жидкой и паровой фаз, нужно провести через нее прямую, параллельную оси составов, и найти точки пересечения этой прямой с полостями поверхности насыщения. Ординаты этих точек пересечения определят составы равновесных фаз, находящихся, очевидно, при постоянных температуре и давлении. [c.134] Часть пространства, расположенная вне поверхности насыщения, отвечает гомогенным состояниям и подразделяется на две области, из которых одна характеризует жидкие, а другая паровые однородные системы. [c.134] Изучение поверхности насыщения на пространственной диаграмме сопряжено со значительными трудностями. Обычно рассматривают проекции ее сечений на какую-нибудь из координатных плоскостей, иначе говоря, закрепляют одну из определяющих состояние системы независимых переменных и исследуют связь и зависимость между двумя другими. [c.134] Критические явления в бинарных системах. [c.135] На фиг. 37 приведены кривые, являющиеся проекциями на координатную плоскость р — I сечений поверхности насыщения различными плоскостями, перпендикулярными оси составов. [c.135] В точке минимума давления. В атой точке сходятся линии кипения и конденсации правой части графика, и касательная, проведенная через нее, должна пройти горизонтально. При этом изотермические кривые равновесия отрываются от оси, отвечающей компоненту с меньшей критической температурой, чем температура системы. [c.138] наконец, кривая точек складки характеризуется некоторым максимумом температуры, отвечающим определенному составу системы, промежуточному между О и 1, то изотермы. [c.138] Так как процессы перегонки и ректификации, как правило, протекают под постоянным давлением, то представляет особый интерес рассмотрение паро-жидкого равновесия в изобарных условиях. Для этого поверхность насыщения, представленную на фиг. 36, необходимо рассечь несколькими параллельными плоскостями, перпендикулярными оси давлений, и полученные кривые пересечения спроектировать на плоскость температура— состав. При этом в зависимости от вида кривых упругостей компонентов системы и формы кривой точек складки получаются различной формы изобарные кривые равновесия. [c.138] Основные случаи, аналогичные рассмотренным выше, приведены на фиг. 40 и 41. [c.138] Если же кривая точек складки характеризуется некоторым максимумом давлегшя, то может представиться и такой случай, когда изобара /) = onst, отвечающая давлению более высокому, чем наибольшее из критических давлений компонентов, не пересекает ни одной из кривых упругостей. В этом случае изобарные кривые равновесия имеют уже две критические точки, между которыми они и располагаются, как это показано на фиг. 41, отрываясь от обеих осей, отвечающих чистым компонентам. [c.139] Смысл рассмотрения поведения систем в области критических температур и давлений состоит в следующем. Многие системы при обычных условиях давления и температуры находятся в газообразном состоянии,, и это препятствует их разделению перегонкой или ректификацией. Для применения этих процессов приходится сжимать газообразные смеси под тем или иным давлением, достаточным для их ожижения. [c.140] Однако проведенное выше изучение поведения систем показывает, что есть вполне определенные пределы давлений, внутри которых возможно осуществить равновесие между жидкой и паровой фазами. [c.140] если система находится под давлением, превосходящим наибольшее из критических давлений компонентов, то благодаря наличию двух критических точек на изобарных кривых равновесия разделение данной системы может быть осуществлено лишь в сравнительно узком интервале составов. Чем ближе давление системы к максимальному давлению кривой точек складки, тем уже интервал составов, внутри которого могут сосуществовать равновесные фазы. Когда давление системы совпадает с максимальным давлением кривой точек складки, равновесное сосуществование фаз делается невозможным. [c.140] Вернуться к основной статье