2.2 Изобарные температурные кривые

Построим изобары жидкости и пара ( при постоянном давлении). По оси абсцисс отложены концентрации жидкой и паровой фаз, по оси ординат - температура (рисунок 2.3, нижние кривые) . Получаются две кривые, которые имеют две общие точки: точку А при , отвечающую температуре кипения бензола и точку В при , соответствующая температуре кипения толуола. Кривая АА₁А₂В, определяющая зависимость между температурой системы и составом жидкой фазы, называется линией кипения. Кривая АВ₁В₂В, определяющая зависимость между температурой системы и составом паровой фазы, называется линией конденсации или насыщенных паров.

Пары жидкости могут быть насыщенными и перегретыми. Насыщенным называется пар, находящийся в равновесии с жидкостью. Чем выше температура, тем выше давление, при котором находится данная равновесная система. Для насыщенных паров существует однозначная зависимость между давлением паров и температурой. Ненасыщенными (перегретыми) парами называются пары, которые при данных температуре и давлении образуют однофазную систему. Жидкая фаза отсутствует.

Равновесные паровая и жидкая фазы имеют одинаковые температуру и поэтому на изобарных температурных кривых равновесные составы фаз будут определяться точками пересечения горизонталей, с линиями кипения и конденсации, эти горизонтальные отрезки называются конодами (например А₁В₁).

Рис.2.2. Схема ректификационной колонны.

Область диаграммы, лежащая под кривой АА₁А₂В, отвечает некипящей жидкости (точка F).Область диаграммы выше кривой конденсации АВ₁В₂В, отвечает перегретым парам (точка Е).

Любая точка, лежащая между кривыми конденсации и кипения, например точка C, характеризует двухфазную систему (пар-жидкость).

Рис.2.3 Изобарные температурные кривые бинарной смеси

2.3 Закон-Рауля-Дальтона

Изобарные кривые можно построить экспериментально, а также расчетным методом.

Точка А₁ на кривой кипения жидкости может быть найдена по закону Рауля. Парциальное давление компонента p_i идеального раствора равно произведению давления насыщенных паров P_i при данной температуре на мольную концентрацию компонента в жидкой фазе x’:

( 20 )

Давление насыщенных паров каждого компонента вычисляют по эмпирическим формулам. Например, по формуле Антуана

( 21 )

где А, В, С - константы, зависящие от свойств вещества и определяемые экспериментально;

t  температура.

Известно, что жидкость начинает кипеть при такой температуре, при которой давление ее насыщенных паров становится равным внешнему давлению.

Условие кипящей жидкости:

( 22 )

Откуда

- получили уравнение нижней изобары. ( 23 )

По закону Дальтона парциальное давление компонента газовой смеси равно произведению давления в системе на мольную долю компонента в газовой смеси

( 24 )

При равновесии давление во всех точках системы одинаково. Объединенный закон Рауля-Дальтона

p_i = P_Б x’_i = πy’_i. ( 25 )

, -уравнение верхней изобары ( 26 ).

Следовательно, при данных температуры и давления системы равновесные составы паровой и жидкой фаз однозначно определяются давлениями насыщенных паров компонентов смеси.