ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Правило фаз и его применение к процессам массссбмена из "Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Издание 2" Научной основой процессов перегонки, ректификации, абсорбции и подобных является учение о термодинамическом равновесии, основные положения которого излагаются в курсах физической химии и химической термодинамики. [c.56] При взаимодействии фаз системы происходит обмен веществом и энергией (массо- и теплообмен) через поверхность раздела фаз. При этом система стремится к состоянию равновесия, при котором скорости перехода из одной фазы в другую выравниваются. [c.56] Достигнув состояния равновесия, система может существовать как угодно долго без каких-либо видимых качественных и количественных изменений, пока какое-либо внещнее воздействие (изменение давления, температуры, концентрации) не выведет ее из этого состояния. [c.56] При равновесии, например, паровая и жидкая фазы будут иметь вполне определенный состав в течение любого отрезка времени. [c.56] Система, находящаяся в состоянии полного термодинамического равновесия, должна удовлетворять условиям теплового, химического и механического равновесия. [c.56] Следовательно, условием, необходимым для обеспечения равновесия системы, является постоянство температуры и давления во всех ее частях. В противном случае неравенство температур или давлений приведет к тепло- и массообмену, т. е. к нарущению равновесного состояния. [c.56] Другим важным условием состояния равновесия является сосуществование фаз, определяющее наличие поверхности раздела фаз. Только в результате контакта фаз, осуществляемого на поверхности их раздела, система может прийти к состоянию равновесия. [c.56] Нарущение равновесия приводит к протеканию в системе процессов обмена массой и энергией. Если воздействие извне будет зафиксировано, то система вновь придет в состояние равновесия, но уже при новых условиях. [c.56] Состояние равновесия не зависит от относительных количеств фаз. Так, если удалить часть равновесных жидкой или паровой фазы, т. е. изменить соотношение масс этих фаз, то состояние равновесия не нарушится. [c.57] Таким образогу , в системе, находяш,ейся в равновеспи, не протекают процессы, для осуществления которых необходим тепло-и массообмен. Следовательно, для протекания процесса необходимо нарушить состояние равновесия. Поэтому в любом массообменном процессе образовавшиеся равновесные фазы должны быть разделены и направлены на взаимодействие с потоками соответствующих фаз, не находящихся с ними в равновесии. [c.57] Поскольку ъ системе, стремящейся к состоянию равновесия, массо- и теплообмен осуществляется через поверхность раздела фаз, чем больше поверхность контакта фаз и чем более активно обновляется эта поверхность, тем быстрее завершается переход системы в состояние равновесия. Чем в большей степени состояние сосуществующих фаз отклоняется от условий равновесия, тем больше скорость массо- и хеплообменных процессов в системе. В связи с этим по мере приближения системы к состоянию равновесия при неизменной поверхности контакта фаз скорость массо- и теплообменных процессов будет уменьшаться вследствие уменьшения движущей силы, обусловливающей этот обмен. [c.57] При рассмотрении состояния равновесия следует иметь в виду, что число твердых и жидких (взаимно нерастворимые жидкости) фаз в системе может быть любым, тогда как паровая (газовая) фаза может быть только одна, поскольку пары и газы смешиваются в любых соотношениях. [c.57] Состояние равновесия реализуется только при определенном сочетании значений параметров, характеризующих систему. [c.57] Число независимых переменных, которое можно менять в определенных пределах, не меняя числа и состава фаз, называется числом ее степеней свободы. [c.57] Состояние равновесия характеризуется правилом фаз Гиббса, которое определяет связь между числом степеней свободы системы, числом ее компонентов и числом фаз. [c.57] например, если для жидкого бензола и его паров зафиксировать давление системы я= 101325 Па (760 мм рт. ст.), то тем самым определится температура равновесной системы, равная 80,5 °С, т. е. температура кипения бензола при данном давлении. [c.58] достаточно задаться температурой и давлением системы, чтобы тем самым обусловить значения концентраций компонентов в равновесных паровой и жидкой фазах. [c.58] Например, для смеси бензола и толуола при давлении 101 325 Па (760 мм рт. ст.) и температуре 95 °С в равновесии находятся жидкая фаза (содержание бензола х= 0,380) и паровая фаза (содержание бензола г/= 0,595). Если бы задаться концентрацией бензола в паровой фазе г/= 0,595 и тем же давлением системы л, то тем самым была бы обусловлена температура системы, равная 95 С, и содержание бензола в равновесной жидкой фазе х = = 0,380. [c.58] Следовательно, из определяющих состояние системы параметров произвольно может быть выбран только один. Так, например, давлению системы я = = 101 325 Па соответствуют температура i= 84,2 °С и содержание толуола в паровой фазе у = 0,448. [c.58] Произвол в выборе значений н-езависимых переменных ограничен определенными пределами, не приводящими к существенным изменениям в системе. Так, задание значения некоторых переменных вне пределов определенной области может вызвать исчезновение одной из фаз, что повлечет за собой изменение начальных условий состояния равновесия. [c.59] Вернуться к основной статье