Фазовые равновесия.

 

Основная задача химико-технологического процесса состоит в направленном изменении макроскопических свойств участвующих в процессе веществ: состава, агрегатного состояния, давления P и температуры Т.

При этом происходит перенос субстанций: массы, энергии, импульса. Предельное состояние системы – подвижное равновесие, при котором не происходит изменений макроскопических свойств веществ. Равновесным называют такое состояние системы, при котором перенос субстанций отсутствует.

В изолированной системе условия равновесия определяется только внутренними условиями и записываются так:

 

, , (1.1)

 

Здесь, – химический потенциал -того компонента.

Условия (1.1) называют условиями механического, термического и химического равновесия.

Все самопроизвольные процессы сопровождаются увеличением энтропии системы. В состоянии равновесия энтропия достигает максимального значения:

 

(1.2)

 

Таким образом, условия равновесия системы определяются уравнениями (1.1) и (1.2).

Для открытой системы равновесное состояние может быть устойчивым лишь при её равновесии с окружающей средой.

 

Движущая сила процессов переноса возникает вследствие отклонения от равновесия в самой системе или в окружающей среде. Все технологические схемы является открытыми системами.

Химический потенциал зависит не только от концентрации данного компонента, но и от вида и концентрации других компонентов системы.

Химический потенциал компонента непосредственно изменить невозможно. Для его расчета используют соотношения между термодинамическими функциями, которые, в свою очередь, зависят от состава смеси. Поэтому в инженерных расчетах для определения движущей силы процесса используют разность концентраций.

Правило фаз Гиббса определяет возможность существования фаз, но не указывает на количественных зависимостей переноса вещества между фазами.

 

(1.3)

 

Здесь С – число степеней свободы (Р,Т и концентрация) – минимальное число параметров, которые можно изменять независимо друг от друга, не нарушая равновесие данной системы; – число фаз системы; число независимых компонентов системы; – число внешних факторов, влияющих на положение равновесия в данной системе.

Для процессов переноса массы =2 ( давление и температура).

 

Обычно зависимости между параметрами строят в плоских координатах. Такие диаграммы называются фазовыми.

Для бинарной смеси строят следующие фазовые диаграммы: при Т=const, Т– при =const, y(x)– при T=const, y-x при =const. Здесь - концентрация, y и x – концентрация вещества в фазах.

 

 

 

Рис.1.1. Схема массообменного процесса.

 

Рассмотрим пример поглощения аммиака чистой водой из аммиачно-воздушной смеси: у - концентрация аммиака в воздухе, х - концентрация аммиака в воде.

Аммиак - распределяемый компонент (абсорбтив). С началом растворения аммиака в воде начнётся переход части его молекул со скоростью, пропорциональной концентрации аммиака в воде. С течением времени скорость переноса аммиака в воду будет снижаться, а скорость обратного переноса возрастать. Такой двусторонний перенос будет продолжаться до установления динамического равновесия – когда переходы в обоих направлениях будут равны.

При равновесии достигается определённая зависимость между равновесными концентрациями распределяемого вещества в фазах при Т и = const:

 

, (1.4)

где у* - равновесная концентрация аммиака в воздухе, при концентрации аммиака в воде х.

Графическое изображение зависимости (1.4) и есть линия равновесия. Эту зависимость представим в виде:

 

у* = mx (1.5)

 

где m – коэффициент распределения.

Для двухкомпонентной двухфазной системы коэффициент распределения будет зависеть от двух переменных m=f(T,x)=f( ,x)=f( ,T).

 

Следовательно, необходимо иметь набор экспериментальных данных по равновесию по всей области изменения двух параметров. При увеличении числа компонентов в системе ситуация ещё более усложняется. При отсутствии таких экспериментальных данных для определения коэффициента распределения можно использовать аналитические зависимости. Такие зависимости рассмотрены у А.И. Разинова и В.Б. Когана. Конкретный вид равновесия (1.5) различен для разных процессов массообмена. Например, для абсорбции равновесие описывается законом Генри, для ректификации – законом Рауля и т.д. Зная линию равновесия и рабочую линию для конкретного процесса можно определить направление и движущую силу массообмена в любой точке аппарата.

 






Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 717; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.03 сек.