Большая техническая энциклопедия
0 1 3 5 8
D N
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я
ДА ДВ ДЕ ДЖ ДЗ ДИ ДЛ ДО ДР ДУ

Диаграмма - дистилляционная линия

 
Диаграммы дистилляционных линий служат для анализа состава и последовательности выделения фракций прич идеальной периодической ректификации.
Проиллюстрируем это на примере диаграммы дистилляционных линий для системы ацетон - бензол - изопропанол - толуол - циклогексан. Типы особых точек в указанной системе определены ранее ( см. стр.
Таким образом, из приведенных примеров видно, что на диаграммах дистилляционных линий и равновесия жидкость - пар в реальных системах действительно наблюдается определенное соотношение между числами особых точек разного типа. В связи с этим формулы ( IV, 3) - ( IV, 5) открывают возможность для изучения азеотропных свойств многокомпонентных систем на основе структурных закономерностей диаграмм состояния.
Эти положения позволяют, если известна диаграмма изотер мо - изобар, построить качественно диаграмму дистилляционных линий, определить дистилляционные области, разделяющие линии между ними, определить возможные результаты перегонки смеси.
Взаимосвязь между поведением дистилляционных линий и характером фазового равновесия, отражающимся, в частности, диаграммой изотермо-изобарических многообразий, позволяет по данным о равновесии жидкость - пар установить поведение дистилляционных линий около всех особых точек системы, построить замкнутую качественную диаграмму дистилляционных линий и тем самым выяснить характер протекания процессов дистилляции. С другой стороны, диаграмма дистилляционных линий сама по себе дает непосредственное описание фазовых равновесий, поскольку дистилляционные линии являются векторными линиями поля нод. Отметим попутно, что обсуждение диаграмм состояния, например 4-компонентных систем, и исследование их азеотропных свойств более удобно проводить на диаграммах дистилляционных линий, так как они легче изображаются и читаются, чем диаграммы изотермо-изобарических поверхностей.
Более сложный характер могут иметь процессы ректификации, когда в тройной системе оказывается не менее двух особых точек с минимальными температурами кипения относительно своей окрестности. В подобных случаях на диаграмме дистилляционных линий имеется не менее двух неустойчивых узлов, что может наблюдаться лишь при наличии в системе или бинарных азеотропов типа s2, или тройных седловых азеотропов, поскольку только этими азеотропами могут быть образованы дистилляционные линии, разделяющие области дистилляции с разными неустойчивыми узлами. Здесь для анализа процессов ректификации можно использовать тот же подход, однако ввиду более сложного характера этих случаев целесообразно рассмотреть примеры, вскрывающие основные особенности.
Отметим, что результаты работ [29, 55] в равной мере представляют интерес как по отношению к работе [25], так и к рассмотренной выше классификации. В последнем случае каждому из видов диаграмм дистилляционных линий на рис. IV, 17, в свою очередь, может отвечать ряд различных диаграмм линий с единичным значением коэффициента распределения. Таким образом, возможна дальнейшая детализация классификационных признаков, которая вполне целесообразна, поскольку с особенностями поведения линий Кг 1 могут быть связаны особенности ректификации.
Взаимосвязь между поведением дистилляционных линий и расположением проекций изотермо-изобар в концентрационном треугольнике. Сформулированное следствие очень удобно для практического применения в наиболее наглядном случае тройных систем. Оно позволяет при известной диаграмме изотермо-изобар построить качественно диаграмму дистилляционных линий и тем самым определить возможные результаты дистилляции. На рис. II, 1 на конкретных примерах показаны все необходимые правила для перехода от диаграммы изотермо-изобар к диаграмме дистилляционных линий. Отметим, однако, что более полное доказательство использованных правил вытекает из анализа поведения дистилляционных линий около особых точек в тройных системах. Заметим также, что правило Шрейнемакерса и его следствия оказываются полезными при исследовании структуры диаграмм равновесия жидкость - пар.
Последнее однако выходит из рамок данного примера. При этом смена растворителя может заметным образом изменить структуру диаграммы дистилляционных линий.
Поскольку ректификация, например, на тарельчатых аппаратах технологически оформляет многократные фазовые превращения жидкость - пар, то для решения указанного вопроса целесообразно использовать диаграммы с-линий или качественно эквивалентные им диаграммы дистилляционных линий. Таким образом, если построить хотя бы качественную диаграмму с-линий, то по ней можно определить составы дистиллята для того или иного состава куба, находя на диаграмме точку, к которой с ростом кратности отображения примыкает с-ли-ния, проходящая через точку состава кубовой жидкости.
Особые точки замечательны тем, что в их окрестности траектории систем дифференциальных уравнений обладают наиболее сложными свойствами. Поэтому при исследовании процессов открытого испарения на первом этапе центральное место занимает изучение поведения дистилляционных линий около особых точек. По той же причине для качественного построения диаграмм дистилляционных линий в целом требуется прежде всего информация о поведении этих линий в окрестности всех особых точек.
Граф концентрационного пентатопа и диаграмма дистилля-ционных линий в системе ацетон ( а - бензол ( Р - изопропанол ( i - толуол ( т - циклогексан ( 6.| Диаграмма дистилляцион-ных линий в развертке комплекса треугольников. Согласно рис. 111 7, в данной 5-компонентной системе внутри пентатопа имеются две четырехмерные дистилляционные области, разграниченные трехмерным разделяющим многообразием седло-вой азеотропной точки IT. Все дистилляционные линии выходят из точки х0 и заканчиваются в точках i, т или IT. Например, рассмотрение линий в тетраэдре PITS позволяет восстановить приведенную на рис. 111 6, а диаграмму дистилляционных линий для 4-компонентной системы.

Сформулированное следствие очень удобно для практического применения в наиболее наглядном случае тройных систем. Оно позволяет при известной диаграмме изотермо-изобар построить качественно диаграмму дистилляционных линий и тем самым определить возможные результаты дистилляции. На рис. II, 1 на конкретных примерах показаны все необходимые правила для перехода от диаграммы изотермо-изобар к диаграмме дистилляционных линий. Отметим, однако, что более полное доказательство использованных правил вытекает из анализа поведения дистилляционных линий около особых точек в тройных системах. Заметим также, что правило Шрейнемакерса и его следствия оказываются полезными при исследовании структуры диаграмм равновесия жидкость - пар.
Взаимосвязь между поведением дистилляционных линий и характером фазового равновесия, отражающимся, в частности, диаграммой изотермо-изобарических многообразий, позволяет по данным о равновесии жидкость - пар установить поведение дистилляционных линий около всех особых точек системы, построить замкнутую качественную диаграмму дистилляционных линий и тем самым выяснить характер протекания процессов дистилляции. С другой стороны, диаграмма дистилляционных линий сама по себе дает непосредственное описание фазовых равновесий, поскольку дистилляционные линии являются векторными линиями поля нод. Отметим попутно, что обсуждение диаграмм состояния, например 4-компонентных систем, и исследование их азеотропных свойств более удобно проводить на диаграммах дистилляционных линий, так как они легче изображаются и читаются, чем диаграммы изотермо-изобарических поверхностей.
Формула ( IV, 3) показывает, что на диаграммах состояния реальных систем должно наблюдаться определенное соотношение между числами особых точек различных типов. Как видно, формула ( IV, 3) относится ко всей диаграмме в целом и выражает, следовательно, закономерности нелокального характера. При этом в формулу входят числа особых точек всех типов, которые могут иметься в 4-компонентной системе. Формула ( IV, 3) может применяться как к диаграммам дистилляционных линий, так и к диаграммам изотермо-изобарических поверхностей, поскольку указанные диаграммы взаимооднозначно связаны между собой. Отметим, что формула ( IV, 3) вытекает, в сущности, из основных положений термодинамики гетерогенных систем об условиях равновесия и устойчивости, поэтому она должна выражать одну из физико-химических закономерностей термодинамического характера. Соотношение ( IV, 3) первоначально выведено в работах [46, 47], а затем рассмотрена [48] возможность его применения для исследования равновесия между раствором и поверхностным слоем.
Подобным образом могут быть рассмотрены остальные случаи в 4-компонентных системах и в системах с произвольным числом компонентов. В результате оказывается, что каждый раз в окрестности особой точки может быть построено семейство с-линий, аналогичное по свойствам семейству дистилляционных линий. Таким образом, поведение дистилляционных линий позволяет судить качественно и о поведении с-линий. Кроме того, понятно, что для построения полной диаграммы с-линий достаточно построить диаграмму дистилляционных линий и изменить направление стрелок.
Уравнения ( 11 3) сами по себе выражают независимые условия баланса массы. Таким образом, в сочетании с условиями фазового равновесия уравнения ( 11 3) образуют динамическую систему дифференциальных уравнений для процесса открытого испарения. Решение системы уравнений в виде функций XiXi ( t) выражает зависимость состава испаряющегося раствора от его количества и дает формулы, необходимые при расчетах процессов разделения, связанных с дистилляцией. Геометрической интерпретацией решений Системы ( 11 3) могут служить траектории, расположенные в ( п - 1) - мерном концентрационном, симплексе. Траектории системы ( 11 3) называются в термодинамике дистилля-ционными линиями. В целом диаграмма дистилляционных линий описывает процесс дистилляции растворов различного состава при заданном значении давления или температуры.
Уравнения ( 76) легко интегрируются и позволяют выяснить поведение дистилляционных линий около особой точки. В зависимости от знаков В22, В33, В44 здесь могут представиться различные случаи. На рисунке дана качественная иллюстрация возможных типов поведения дистилляционных линий. Физико-химическая интерпретация случаев состоит в следующем. В случае а за счет дистилляции химическое равновесие может быть смещено с тем, чтобы получить продукт 5, очищенный с требуемой степенью от химически активных примесей и растворителя. В случае б, напротив, диаграмма дистилляционных линий показывает, что осуществление указанного смещения химического равновесия за счет дистилляции невозможно. Случаи г, д, е оказываются менее благоприятными.
 
Loading
на заглавную 10 самыхСловариО сайтеОбратная связь к началу страницы

© 2008 - 2014
словарь online
словарь
одноклассники
XHTML | CSS
Лицензиар ngpedia.ru
1.8.11