2.4 Уравнение и кривая равновесия фаз бинарной смеси

Составы x’ и y’ равновесных жидкой и паровой фаз для бинарной смеси могут быть представлены графически при данном давлении системы (рисунок 2.4). Закон Рауля-Дальтона может быть представлен в следующем виде:

Для низкокипящего компонента:

, ( 29 )

Для высококипящего компонента:

( 30 )

Разделим уравнение на уравнение, обозначим P₁ / P₂ =  - относительная упругость

( 31 )

Уравнение равновесия фаз представляет собой гиперболу, проходящую через начало координат (рис. 2.4) диаграммы x’ - y’ (точка 0 и точку А с координатами x’ = y’ = 1).

Коэффициент относительной летучести возрастает с понижением давления.

Рисунок 2.4 Кривая равновесия фаз бинарной смеси

2.5 Энтальпийная диаграмма

Для анализа и расчета процессов перегонки и ректификации используют энтальпийные диаграммы, дающие взаимосвязь составов жидкой и паровой фаз с их энтальпиями.

Энтальпия (или теплосодержание) жидкости равна количеству тепла, необходимого для нагрева жидкости от 0^оС до заданной температуры. Энтальпия пара равна количеству тепла, необходимого для нагрева вещества от 0^оС до заданной температуры учетом тепла испарения и перегрева паров.

Величина энтальпии жидкости и пара определяется эмпирически по таблицам или по приближенным формулам:

( 27 )

( 28 )

Энтальпийные диаграммы используют при расчетах перегонки и ректификации, когда необходимо одновременно учитывать материальные и тепловые потоки.

На энтальпийной диаграмме приведены кривые энтальпии кипящей жидкости и энтальпии насыщенных паров в зависимости от концентрации.

Любая точка А на энтальпийной диаграмме, лежащая ниже кривой энтальпии жидкой фазы характеризует систему, состоящую только из жидкой фазы. Любая точка А4, лежащая выше кривой энтальпии паровой фазы, состоит из перегретых паров. Точки, расположенные между кривыми, например А₂ характеризует двухфазные системы.

Вертикальные отрезки между кривыми энтальпий паровой и жидкой фаз отвечают скрытой теплоте испарения (конденсации) смеси определенного состава.

Физический смысл величины скрытой теплоты испарения

Т.к. скрытая теплота испарения у разных веществ не совпадают, то энтальпийные кривые жидкости и пара не параллельны.

На энтальпийной диаграмме коноды изображаются наклонными прямыми. Поскольку на графиках изобар коноды располагаются горизонтально, т.е. положение их легко определить, а на энтальпийной диаграмме - наклонно под разными углами к оси абсцисс, то для удобства построений энтальпийную диаграмму обычно совмещают с графиком изобарных температурных кривых (рисунок 2.5) .

Рис.2.5 Представление процесса ОИ (ОК) бинарной смеси на энтальпийной диаграмме и изобарных температурных кривых