|
Крива рівноваги на трикутній діаграмі
Трикутна діаграма (рис.10.6.1) може бути використана для зображення рівноваги в потрійних системах координат рідина - речовини, що розподіляється - рідина. Аби отримати уявлення про рівновагу в потрійних системах, розглянемо процес додавання речовини М, що розподіляється, до гетерогенної суміші двох розчинників L і G. Нехай речовина М, що розглядається, необмежено розчиняється в обох розчинниках L і G, а самі розчинники L і G мають обмежену взаємну розчинність. Рис. 10.6.1. Крива рівноваги на трикутній діаграмі.
З трикутної діаграми, яку представлено на рис.10.6.1, видно, що якщо М і L а також М і G утворюють однорідні двокомпонентні розчини, склад котрих характеризується точками на сторонах діаграм LМ і GM, то розчинним L і G утворюють однорідні розчини лише на невеликих ділянках LR і EG. Будь-яка суміш розчинників на ділянці RE розшаровується на два однорідних двокомпонентних насичених розчина R (насичений розчин G в L) і Е (насичений розчин L в G). Кількість насичених розчинів в кожному з двох шарів, що утворилися, залежить від положення точки N , яка виражає середній склад двофазної системи, і може бути визначена по правилу ричага з виразів (10.5.1) - (10.5.3). При додаванні речовини М, що розподіляється, в суміш склaду N отримуємо потрійну суміш, склад котрої характеризується точкою N1, яка лежить на прямій змішyвання NM. Суміш складу N1 розшаровується на дві фази з рівноважними складами R1 (фаза розчинника L) і Е1 (фаза розчинника G) в кількісному співвідношенні E1N1:R1N1. При додаванні в суміш наступних порцій М2, М3,... отримаємо ряд потрійних сумішей З'єднавши R1 і Е1, R2 і E2, ... лініями, отримаємо хорди рівноваги R1 E1, R2 Е2 які з'єднують на діаграмі рівноважні склади. Хорди рівноваги, зменшуючись, сходяться в точці К, яка зветься критичною. З'єднавши точки, які відповідають рівноважним складам, плавною кривою RR1R2 ... К ... Е2Е1Е, отримаємо криву рівноваги , або так звану бінодальну криву, одна гілка RK котрої характеризує рівноважні склади фази розчинника L, а друга ЕК - рівноважні склади фази розчинника G. Бінодальна крива на трикутній діаграмі обмежує площу, яка відповідає двофазним сумішам; площа діаграми поза кривою відповідає однофазним розчинам. Для процесу екстракції цікавість являє лише зона двофазних розчинів. По трикутній діаграмі легко знайти коефіцієнт розподілення ψ для будь-якої пари рівноважних розчинів. Так як для двох розчинів R і Ε (рис. 10.6.2) коефіцієнт розподілення ψ дорівнює: ψ = (концентрація М в фазі F)/( концентрація М в фазі R) (10.6.1) причому величина ψ може бути більше одиниці (рис. 10.6.2,а), менше одиниці (рис. 10.6.2,б) або рівна одиниці (рис. 10.6.2,в).
ψ>1 ψ<1 ψ=1
Рис. 10.6.2. До розрахунку коефіцієнта розподілення.
Нахил хорди рівноваги визначається природою компонентів і складом фаз. 10.7.3находження хорд рівновагиі критичної точки Як видно з рис. 10.7.1, на трикутній діаграмі нанесено, згідно експериментальними даним, невелике число хорд рівноваги. Але в розрахунковій практиці виникає необхідність побудови всередині гетерогенної області будь-яку хорду рівноваги. З цією метою на трикутну діаграму наносять так звану з'єднуючу лінію, як це виконано на рис. 10.7.1. Для побудови з'єднуючої лінії використовують точки Е і R, Е1 і R1, Е2 і R2 на обох гілках ЕК і як бінодальної кривої ЕК, яка характеризує рівноважні склади. Через точки Е, Е1, Е2 ... паралельно сторонам MG і ML діаграми проводять лінії побудови до їх перетину в точках С, С1, С2, .... як це показано на рис. 10.7.1. Проводячи через точки перетину плавну криву, знайдемо, з'єднуючу лінію СС1С2...К, котра перетинає лінію рівноваги в критичній точці змішання К.
Рис. 10.7.1. Інтерполяція хорд рівноваги.
Для характеристики будь-якої хорди рівноваги, яка проходить через точку R`, на правій гілці рівноважної кривої необхідно провести лінію побудови R`C`, паралельну стороні ML діаграми, до перетину зі з'єднуючою лінією в точці С` Потім з точки С` потрібно провести другу лінію побудови С`Е` паралельно стороні MG діаграми до перетину з лівою гілкою рівноважної кривої в точці Е'. З'єднавши R` і E` прямою лінією, отримаємо шукану хорду рівноваги R'E'. Знаходження хорд рівноваги з допомогою з'єднуючої лінії називається інтерполяцією хорд рівноваги. Види трикутних діаграм Крім типової діаграми рівноваги, яка приведена на рис. 10.8.1 зустрічаються також і інші види трикутних діаграм з двома зонами обмеженої розчинності (рис.10.8.1,а), причому ці дві зони можуть бути злитими в одну область обмеженої розчинності (рис. 10.8.1,б).
Рис. 10.8.1. Типи трикутних діаграм з двома (а,б) і трьома (в,г) областями обмеженої розчинності [римськими цифрами позначені області з одною (І), двома (II) і трьома (III) рідкими фазами].
Можливі випадки, коли всі три компонента виявляють часткову взаємну розчинність (рис. 10.8.1,в), при чому ці три зони можуть бути з'єднані одна з одною, утворюючи систему, яку представлено на рис.10.8.1,г. На рис. 10.8.1 показано області однорідних розчинів (І), області з двома (II) і трьома (III) фазами. |
|
|