Равновесие многофазных систем

Гетерогенные системы, состоящие или из газа и капель жидкости, или из газа и взвешенных твердых частиц, называют соответственно туманом и дымом (пылью) и объединяют под одним общим названием аэрозоли [5]. Аэрозоли относятся к такой области равновесий многофазных систем, когда вследствие относительно большой развитой поверхности дисперсных частиц повышается роль их поверхностной энергии как отдельной степени свободы в уравнении для правила фаз Гиббса. Чем мельче взвешенные частицы в газе, тем [c.111]

Учение о равновесии в многофазных системах представляет собой большой раздел физической химии. В задачу авторов этой книги не входит изложение тех вопросов, которые можно найти в специальных монографиях [9, 12, 17, 21]. Как и прежде, мы рассчитываем на подготовленного читателя, которому уже известны из курса физической химии основные законы статики многофазных систем. Поэтому ограничимся только напоминанием некоторых правил, позволяющих строить диаграммы фазовых равновесий, быстро их интерпретировать и проводить несложные вычисления значений концентраций, степеней свободы, масс фаз и т. д. [c.182]

Задачей термодинамики является описание фазовых равновесий и свойств отдельных фаз. Не существует каких-либо ограничений для общего числа фаз любой системы. Например, для воды известно семь типов льда, жидкая вода и пар. Для углерода известны две твердые фазы, но жидкий углерод до сих пор еще не получен — этому отвечают пока экспериментально недостижимые значения температуры и давления. Однако при равновесии число одновременно существующих фаз не является произвольным. Оно определяется правилом фаз Гиббса. Многие выводы термодинамики получены как чисто математические заключения, тем не менее они позволяют установить связи между измеряемыми величинами. Как правило, такие уравнения являются следствием существования определенных функций состояния или вытекают из самого факта существования определенного уравнения. Правило фаз Гиббса — следствие существования системы уравнений, однозначно описывающих равновесие многофазной системы. [c.119]

Пусть k компонентов распределено между ф фазами. Условием равновесия многофазной системы является равенство для всех фаз давления, температуры и химических потенциалов каждого из компонентов системы. Математически это эквивалентно уравнению Гиббса — Дюгема для каждой фазы, поскольку взаимосвязь всех переменных — Т, р, fj,i,..., цд. — в пределах каждой фазы выражается уравнением Гиббса —Дюгема к [c.119]

Для решения указанной задачи в случае систем с большим числом фаз А. В. Сторонкин предложил два метода (I—3]. Первый метод состоит в представлении равновесия многофазной системы как совокупности двухфазных равновесий и соответственно в описании такой системы комбинацией дифференциальных уравнений Ван-дер-Ваальса в переменных общей фазы [1-2]. [c.20]

Необходимо отметить, что и при отсутствии равновесия число уравнений в системе также будет равно ф, а число переменных к 2. Число степеней свободы многофазной системы, не находящейся в равновесии, выразится также уравнением (3-25). Следовательно, правило фаз Гиббса применимо не только к системам, находящимся в равновесии, но и к системам, стремящимся к равновесию, — см. также первоначальный вывод Гиббса [8]. [c.32]

Работа на этом этапе исследований охватывает также измерения и вычисления физико-химических величин (характеризующих исходные вещества, конечные продукты и реакционные системы), необходимых для проектирования процесса. Это термохимические, термодинамические и термокинетические величины, такие как теплота образования, теплоемкость, энтальпия и энтропия, кинетические константы, плотность, вязкость, коэффициенты теплопроводности и диффузии и т. п. Необходимо располагать значениями указанных величин не только для чистых (индивидуальных) реагентов, но и для их смесей, а также изучить равновесие в многофазных системах, участвующих в процессе. [c.9]

Анализ химических реакций в многофазных системах связан с использованием условий как химического, так и фазового равновесий. Если компонент I переходит из фазы I в фазу к, то такой переход аналогичен химическому процессу 1 в фазе I—ы в фазе к. [c.24]

Современное состояние проблемы выбора разделяющего агента и расчета равновесия многофазных систем позволяет перейти от экспериментальных методов разработки таких процессов к расчетным. И основу таких расчетов составляют алгоритмы воспроизведения условий расслаивания сильно неидеальных смесей по высоте колонны, в декантаторах, которые являются обязательными элементами азеотропно-экстрактивной ректификации. Алгоритмы, позволяющие рассчитывать равновесие в системах жидкость—жидкость—пар и декантаторы различного типа приведены в разд. 7.1. [c.354]

Получим явную форму критерия равновесия (2.70) для гетерофазной системы. Будем полагать, что энтропия многофазной системы является аддитивной функцией энтропий отдельных фаз [c.145]

До начала разработки нефтяных залежей на границе раздела фаз установилось равновесное состояние — поверхностно-молекулярные силы уравновешены гравитационными. При разработке залежей равновесие сил нарушается, и движение жидкости в пористой среде за счет созданного перепада давления происходит при непрерывном проявлении внутренних сил, которые стремятся вновь придать многофазной системе равновесное состояние. Эти внутренние силы как бы контролируют весь процесс фильтрации несмешивающихся жидкостей в пласте и определяют текущие и конечные значения всех показателей заводнения пластов. [c.36]

Так, например, математическое моделирование и расчет разделения многокомпонентных азеотропных и химически взаимодействующих смесей методом ректификации сопряжены с определенными вычислительными трудностями, вытекающими из необходимости рещения системы нелинейных уравнений больщой размерности. Наличие химических превращений в многофазных системах при ректификационном разделении подобных смесей приводит к необходимости совместного учета условий фазового и химического равновесий, что значительно усложняет задачу расчета. При этом основная схема решения подзадачи расчета фазового и химического равновесия предусматривает представление химического равновесия в одной фазе и соотнесения химически равновесных составов в одной фазе с составами других фаз с помощью условий фазового равновесия. Для парожидкостных реакций можно выразить химическое равновесия в паровой фазе и связать составы равновесных фаз с помощью уравнения однократного испарения. Для реакций в системах жидкость-жидкость целесообразнее выразить химическое равновесие в той фазе, в которой содержатся более высокие концентрации реагентов. Для химически взаимодействующих систем с двумя жидкими и одной паровой фазой выражают химическое равновесия в одной из жидких фаз и дополняют его условиями фазовых равновесий и материального баланса. Образующаяся система уравнений имеет вид [c.73]

Рассмотрим термодинамическую систему, состоящую из Ф — фаз ]л К — компонентов. Если система находится в равновесии, то внутри нее отсутствуют потоки теплоты и вещества. Это означает, что во всех точках системы одна и та же температура, одно и то же давление. (Предполагается, что внещние поля отсутствуют, а границы раздела фаз — плоские.) Таким образом, равновесная многофазная система характеризуется условиями [c.126]

Это соотношение известно как закон равновесия фаз и называется правилом фаз. Правило фаз имеет следующую формулировку в равновесной многофазной системе число степеней свободы равно числу компонентов плюс два, минус число фаз. [c.189]

При перемене внешних условий истинное равновесие нарушается, изменяются концентрации веществ, исчезают старые и появляются новые фазы. Изменения происходят до тех пор, пока не установится новое равновесное состояние. Предсказание возможности изменения числа фаз в системе в зависимости от числа компонентов и от изменения внешних условий устанавливается правилом фаз (закон равновесия фаз), выведенным Гиббсом (1876) термодинамическим путем в равновесной многофазной системе число степеней свободы равно числу компонентов системы плюс два минус число фаз. если на систему из внешних термодинамических факторов влияют только давление и температура. [c.157]

Многофазная система может быть отделена границами, не позволяющими ей обмениваться теплом, работой п веществом с внешним окружением. Такая система называется термодинамически закрытой. Однако это не относится к границам между отдельными фазами внутри самой системы. Это означает, что если система выведена из состояния равновесня, то обмен теплом, работой и веществом мех цу фазами возможен вплоть до возвращения в исходное равновесное состояние. Возникает вопрос, могут ли фазы обмениваться теплом, работой и веществом в том случае, если равновесие уже установилось. Рассмотрим, что представляют собой термическое, механическое и химическое равновесия. [c.186]

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМАХ ГАЗ— ТВЕРДОЕ ТЕЛО И В МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМАХ [c.74]

Глава V. Химическое равновесие в системах газ — твердое тело и в многофазных системах............... [c.270]

Литература, посвященная расчетам равновесия в многофазных системах. Методы расчета равновесий многофазных систем тесно связаны с методами расчета равновесий таких систем, в которых происходят многочисленные химические реакции. [c.399]

Равновесие фаз в двух и многофазных системах определяется известной из физической химии формулой правила фаз, позволяющей вычислять степени свободы, т. е. число факторов t, Р, j, Сг), которое можно изменять независимо друг от друга без изменения числа фаз. [c.63]

Строго говоря, совершенных равновесий быть не может равновесные состояния достигаются во времени лишь асимптотически, поскольку потоки субстанции стремятся к нулю по мере стремления к нулю градиентов потенциалов переноса. Однако для сравнительно быстро протекающих процессов переноса состояние, практически близкое к равновесному, достигается за конечное время (например, для взрывных процессов - за весьма короткое время). Иными словами, часто можно пренебречь незначительными градиентами температур, давлений, концентраций и, следовательно, пренебречь также малыми величинами потоков теплоты, текучей среды и целевого компонента. Поэтому информация о равновесных состояниях в однофазных и многофазных системах имеет существенное значение при анализе технологических процессов. [c.24]

Каждую фазу многофазной системы, имеющей поверхности раздела, можно представить себе как самостоятельную систему, по отношению к которой остальные фазы играют роль внешней среды. Если каждую такую систему рассматривать как изолированную, то происходящие в ней процессы могут заключаться в переносе энергии и массы из одной части в другую до тех пор, пока макроскопические свойства системы не станут во всех ее частях одинаковыми. Процессы, происходящие в рассматриваемой системе после достижения ею такого состояния, не будут приводить к изменению этих свойств. Если теперь убрать воображаемый барьер, изолировавший фазы друг от друга, то в результате взаимодействия фаз будет происходить перенос массы и энергии через поверхности раздела между фазами. Вследствие этих процессов энергетические и макроскопические свойства всех фаз будут изменяться. Предельным состоянием такого изменения является состояние динамического равновесия, при котором перенос энергии и массы через поверхность раздела между двумя любыми фазами в обоих направлениях [c.8]

Очевидно, что условия (1-62) и (1-63) могут быть применены к любым фазам многофазной системы. Следовательно, они определяют условия равновесия систем с любым числом фаз. [c.26]

В этой главе были рассмотрены фазовые равновесия и экстракция как с теоретической, так и с практической точки зрения. Теоретические предпосылки основываются на тех же положениях термодинамики, которые уже известны из рассмотрения реакционных равновесий, но математические расчеты и формулы, описывающие химические разделения, на первый взгляд кажутся более сложными, так как эти формулы относятся к многофазным системам и должны включать индексы и члены, необходимые для четкого обозначения и правильного описания фазового равновесия. К тому же такое рассмотрение необходимо читателю, чтобы следить за физическим процессом движения фаз в различных методах и типах приборов. Такой подход будет новым для многих читателей, и, как всегда в таких случаях, велико искушение навести глянец на всякое новое или искусственно подогнать его под уже знакомые тривиальные представления. [c.521]

Представим себе многофазную систему с каким угодно числом фаз а ,. а ,. .., которые символически изобразим прямоугольниками. При некоторых заданных значениях температуры и давления равновесие такой многофазной системы будет иметь место, когда термодинамический потенциал системы минимален. Но поскольку фиксированы значения температуры и давления (и дело не осложнено наличием внешнего электрического или магнитного поля или влиянием сил поверхностного натяжения), то. термодинамическим потенциалом системы является, как известно, полный термодинамический гиббсовский потенциал Z. Следовательно, в, [c.233]

Химическая термодинамика рассматривает энергетику химических реакций, химическое сродство, фазовые и химические равновесия, зависимости термодинамических свойств веществ от их состава и агрегатного состояния. Основной особенностью термодинамического подхода является то, что он учитывает лищь начальное и конечное состояние веществ и совсем не учитывает возможные пути перехода, а также скорости протекания процессов. В термодинамике щироко используется понятие термодинамическая система. Она представляет изолированную часть пространства, содержащую тело или совокупность тел с больщим числом частиц, для которой возможен массо- и теплообмен. Химическая система, в которой могут протекать химические реакции,— частный случай термодинамической системы. Система называется изолированной, если для нее отсутствует массо- и теплообмен с окружающей средой. Однофазная система называется гомогенной, многофазная система — гетерогенной. Реакции, протекающие во всем объеме гомогенной системы, называются гомогенными реакциями, протекающими на границе раздела фаз,— гетерогенными. [c.148]

Условием равновесия при распределении вещества, как и в любой другой многофазной системе, является равенство химических потенциалов всех компонентов системы в обеих фазах [c.450]

Уравнение (22) может быть применено к любому компоненту и к любым двум фазам многофазной системы, находящейся в равновесии. Условие, выражаемое уравнением (22), является общим для всех многофазных систем. Таким образом, химический потенциал произвольного компонента системы, находящейся в равновесии, во всех фазах одинаков. [c.16]

Лангмюр еще в 1916 г. при кинетическом обосновании правила фаз показал сложность кинетических механизмов, приводящих к многофазной системе, удовлетворяющей условиям термодинамического равновесия [105]. В соответствии с реальным механизмом топо-химических реакций, скорость перехода фаз в катализаторе может определяться как скоростью появления зародышей новой фазы, так и скоростью диффузии атомов в кристаллической решетке и скоростью перестройки последней. Для окисных ванадиевых катализаторов, например, переход V2O4 VjOj протекает по диффузионному механизму [106]. [c.51]

В изолированной системе (термостатированная система) между фазами устанавливается равновесие. Для многофазной системы это равновесие характеризуется равенством энергий Гиббса или химических потенциалов между всеми фазами при ДТ=сопз1. Равновесие также определяется равенством летучестей между всеми фазами. Это позволяет рассчитывать летучесть вещества, находящегося в конденсированной фазе. Для этого вначале рассчитывают давление насыщенного пара вещества в жидком состоянии, например, по формуле Вильсона [c.237]

В общем случае пластовая нефть находится, в равновесии с растворенными в ней газами. При изменении внешних условий температуры, давления) равновесие изменяется, в результате чего может образоваться многокомпонентная, многофазная система— газовая-Нжидкая нефтяная, водянаяЧ-твердая (парафины, асфальтены). При перемещении многофазной системы в пласте происходит многокомпонентный обмен между фазами, приводящий к непрерывному изменению и появлению аномальных свойств нефти. При неоднородной системе в результате выделения твердой фазы теряется часть ценных составляющих нефтей и может снизиться нефтеотдача пласта. [c.48]

Основываясь на условиях равновесия (12) и (13), А. В. Сто-ронкин[ ] распространил уравнение Ван-дер-Ваальса на много-компонеитные многофазные системы. Применительно к системам, состоящим из двух фаз — паровой и жидкой, эти уравнения имеют вид [c.56]

Представляется целесообразным начать обсуждение вопросов теории химического равновесия при высоких давлениях с реакций в газовой фазе, после чего перейти к имеющимся данным о равновесии в жидкой и твердой фазах, а также в многофазных системах. Это связано с тем, что агрегатные состояния реагирующих веществ предопределяют применение тех или иных методов вычисления равновесных концентраций при высоких давлениях. Поэтому для решения поставленной задачи необходимо знать в каждом конкретном случае, какие фазы сосуществуют в рассматриваемой смеси в условиях равновесия. Нельзя не учитывать при этом изменений агрегатного состояния веществ и характера сосуществующих фаз при приложении давления. А эти изменения зачастую весьма существенны. Например, температура плавления (затвердевания) большинства веществ повышается с увеличением давления. При 12 000 кПсм хлороформ плавится при 207,9° (вместо — 63,5° [c.9]