Файл: Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.10.2024

Просмотров: 80

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

tn > Р° • при отрицательной - tr\ < р с .

О

В области низких концентраций .первого компонента,

(левая

область диаграммы) он является растворенным веществом и

к нему

применим закон Генри. Второй компонент являетсяX,раствори­—*■

телем и к нему применим закон Рауля. В правом краю диаграммы ком­ поненты меняются ролями, но существо от зтого не меняется.. Поэто­ му закон Рауля применим для любых концентраций компонента в систе­ мах близних к идеальным и для растворители в области разбавленных реальных растворов. Зинон Генри применим только для пизних концен­ траций растворенного вещества о неидеальных растворах.

Величина т может быть выражена в различных единицах в зави­ симости от способа выражения состава физ. Ппособ выражения соста­ вов фаз обозначают индексами, например: тух - концентрации ком­

понентов в М О Л Ь Н Ы Х

Д О Л Я Х }

tVpx - концентрация газа в единицах давления! жидкость в

М О Л Ь Н Ы Х

Д О Л Я Х !

ПІ£ - концентрации фаз

в объемных единицах«

 

трс;

туе ш .д .

выраженное в единицах давления (трХ)

Значении константы Генри,

не зависит от давления системы, а зависит только от тѳмпоратуры.

Все остальные

значения зависят от общего давления, а

танке темпе­

ратуры системы, тан нак с изменением общего давлении

изменяется

концентрация,

что виздо из формулы закона Дальтона

 

 

Уі~ Р '

 

/

р с ,

представляет со­

Константа Генри в единицах давления

 

 

 

бой некоторое фиктивное давление

Рі

при

концентрации

Х±=

Понятно,_ что

такое определение не имеет физического

смрсла, так

как закон Генри справедлив для разбавленных

растворов, однгчо

проводит некоторую аналогию между

Р^

и трх.

 

 

 

Величина

три может быть рассчитана в

зависимости

от темпера­

туры. Выведем уравнение зтой зависимости.

 

 

 

 

Допустим существует равновесие при температуре / .

Тогда между

изобарным потенциалом компонента в газе

 

6г°

и парциальным изо­

барным Потенциалом компонента в жидкости

 

существует равен­

ство“

п —

 

 

 

 

 

 

 

При изменении температуры на

cLT оавновесио сохраняется,

если

 

- S io L T = - $ i< z T + - j j ’r c lx i ,

 

 

 

( 7 5 )

Величина

Q & i - d “ характеризует

Изменение изобар-

 

Ъ%і

*

 

 

 

 

 

 

- 76 -

ного потенциала из-за изменения концентрации Хі - компонента в растворе. Эта же величина может быть выражена через изменение кон­ центрации (или лучше парциального давления) компонента в газовой

фазе

 

 

 

_

о /о.

 

 

 

 

 

 

-S°dT=-SidT+{% -dp;.

 

 

(те)

Преобразование уравнения

(76).

с учетом, что

энтропия

^=jr

( .// -

энтальпия) дает-

0

.

//•_ //?

 

 

(77)

 

 

^ Toä&üäpL) =тЬвфЩ '

 

 

В разбавленных'[)а0ссті)орах производная изобарного потенциала по

концентрации компонента (парциальному давлению) -

т.ѳ .химический

потенциал не

зависит

от

природы .вещества и равен

 

 

 

 

,,

_

 

 

рс

_

/г г

 

 

(7R)

 

 

л

Э Лі.

 

 

Рі

получим

Подставив (78) в

(77)

и

разделив

перемениые,

 

после

интегрирования

получни.Hi

Hi

+ c

 

 

 

Величина

£прі=-

RT

 

 

 

( ? У )

H■ - Hi

» представляющая собой тепловой эффект -

перехода компонента из газа в

раствор, называется дифференциальной

теплотой растворения

Ф .

 

 

 

 

 

 

Изменение парциального давления компонента при постоянстве кон­

центрации в ркстворе,

или изменение

концентрации

в растворе при

постоянстве давления представляет собой величину

!У)рх • Таким об­

разом,

 

 

 

 

<£>

 

 

 

 

 

 

 

 

П)рх ---£гГ+С .

 

 

(80)

Дифференциальная теплота растворения - количество тепла выде­

ляющееся при растворении I кмолъ газа в бесконечно большом коли­

чество раствори состава Хі.

 

 

 

 

 

 

L

- константа,

зависящая от

свойств газа и

жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

При построении графина

 

 

 

 

 

 

 

 

в координатах

ёпр----±г

 

 

 

 

 

 

 

 

можно представить себе 1

 

 

 

 

 

 

 

 

?г}рХиш фиктивную величину

 

 

 

 

 

 

 

 

давления

насыщенного пара

 

 

 

 

 

 

 

 

чистого компонента при тем­

пературах выше критической

(рис.17),

Рис.17. Зависимость

Равновесие между жидкостью и газом при хемосорбции..

При протекании химической реакции в жидкой фазе между компонен­ том и активным компонентом поглотителя образуется новое вещество - продукт реакции. Как правило, продукт реакции отличается от ком­ понента по крайней мере тем, что этот продунт не может перейти обратно в газовую фазу. Вместо с тем концентрация' компонента в чи­ стом вида в поглотителе уменьшается, и соответственно уменьша­ ется равновесная концентрации компонента в газе.

При расчете равновесной концентрации компонента пользоваться

законом Генри, подставляя в него значение

концентрации компонента

в растворе, нельзя. Необходимо учесть долю

компонента, перешедшего

в продукт реакции. В ряде случаев это онаэываотсп возможным с по­ мощью констант равновесия химических реакций между компонентом и активным компонентом поглотителя.

Например:

при хемосорбции наного-либо газа, обладающего кислотными свой­

ствами, окажемCH3SHметилыеркаптапа,+NaOHz=z CH3SH&щелочным+НграстворомО

происходит обра­

тимая реакция"

ц3о

.

 

 

 

 

 

Эту реакцию можно сократить,

исключив из обеих частой ионы натрия'

и гидроксила CH3 $Hs=zCHs S _

. .

 

 

 

 

 

 

 

huQ

+ H

 

 

 

 

 

 

Получившаяся реакция является реакцией диссоциации метилмеркап-

тановой кислоты в

воде, константа_ давновесил

которой

К

равна

 

—Saas?—

 

jQ-нygt|js~

 

 

 

 

л раст­

 

 

О-СНзйН

[СН3$Н] УснлЬН

■

 

 

 

Учитывая,^что общая концентрация метилморнаптанп

 

Ссн3%н

воре равна сумме

прореагировавшей и кѳппореагировавшеИ частей

 

Сен3&н ~[СН3&Н\+[СН$&~],

 

 

 

 

(8I)

определяем концентрацию непрореагировавшего мотилмернвптана

Как уяѳ

[ С Н і ф ССНі&н

эта,

 

■

 

 

 

раст­

говорилось,именно

непрореагировавшая часть,

воренная в

поглотителе находится в равновеоии о газовой фазой'

Рсийѣн ~ М р х £СН3$Н].

• Еоли рассчитывать Лң* - активность ионов водорода с помощью

показателя

pH

» то необходимо вводить поправочный коэффициент,

S'учитывающий

отклонение стандартной шналы

pH

от1действительной

 

- ' 7 В -

активности ионов водорода. Этот поправочный коэффициент можно объе­ динить с коэффициентом активности иона ыеркаптида. Кроме того,можно пренебречь коэффициентом активности непрорѳагировашего компонен­ та. В конечной форме уравнение выглядит следующим образом:

гдѳ

н*

PCH3SH=Ырх-Caw

jC '

(82)

- концентрация ионов водорода, определенная по

 

 

ІСН^і

показателю pH ;

 

 

 

 

- произведение коэффициента активности иона на попра­

 

 

 

вочный коэффициент к стандарту

pH.

 

 

Аналогичные уравнения могут быть выведены для поглощения газов,

образующих двухосновные кислоты,

или газов, образующих при раст­

ворении

щелочи.

 

 

 

 

Для расчета равновесия при прохождении химической реанцш в

жидной фазе могут быть использованы и другие

существующие методы.

 

М а т е р и а л ь н ы й

б а л а н с

а б с о р б ц и и

 

При абсорбции происходит передача массы из газовой фазы в

жидкую,

при этом концентрация компонента в газовой фазе уменьшает­

ся,

а в жидкой - возрастает. В связи с этим общий вид уравнения

материального баланса следующий:

 

 

 

 

 

-OpLY^dX,

 

 

(83)

где

а0

- расход инертного газа

(кмоль/час);

кг/час};

 

 

d-a

-

расход поглотителя (кмоль/час, кг/час) і

 

У- относительная концентрация компонента в газе;

X -

относительная концентрация компонента в жи„кооти.

Зпан минус указывает

на то, что концентрация

компонента уменьша­

ется. Если

и Xf

мольные доли компонента

Я в газовой и

•жидкой фазах на стороне входа газа,

а уг

и Хг

концентрации

компонента

на 'стороне выхода газа,

то можно наш.сатъ

где

Ѵ/л=&Уг%Уз-

кмоль/час;

 

 

W

расходы газовой фазы,

 

 

 

c£f <2 ~расходы жидкой фазы,

кмоль/час.

 

 

 

причем

 

;

 

н прямотону, т.е. при прямотоке

знак + относится н противотону , а -

■О.І~ 0 -2 ~^ 2

•

 

 

 

е

то

Если выражать концентрации в относительных долях,

(85)

W t-a-JY'-Y^t&fXrV ■

- 79 -

Смотрите также файлы