Фазовые превращения двухкомпонентных систем

В случае двухкомпонентной (бинарной) системы (смесь двух углеводородов) принципиальным отличием является поведение системы в двухфазной области. На рис.2.3.3. представлена фазовая диаграмма для двухкомпонентной системы. В отличие от однокомпонентной системы отрезок изотермы в двухфазной области не параллелен оси абсцисс, т.е. для превращения в пар всей жидкости необходимо еще больше понизить давление, и точка кипения для каждой изотермы расположится выше точки росы. Вследствие этого, неодинаков и состав жидкой и газовой фаз в этих точках.

Рис.2. 3.3. Фазовая диаграмма для двухкомпонентной смеси:47,6%масс. пентана и 52,4%масс. гептана.

 

Как найти кривую давления насыщенного пара? Рассмотрим фазовую диаграмму для двухфазной системы в координатах «давление - температура» (рис.2.3.4). При этом, полагая, что состав смеси может меняться, рассмотрим разные соотношения компонентов (в данном случае этана и н-гептана). Крайняя левая сплошная кривая на этой диаграмме соответствует давлению насыщенного пара чистого метана, крайняя правая – пропана. Между ними расположены петлеобразные кривые, соответствующие различному соотношению этих компонентов в смеси с соответствующей Критической точкой. Причем, т.к. точки кипения и росы не совпадают, то с критическими точками идут две линии: - точек кипения и - точек росы. Огибающая этих точек показывает, как меняются критические значения в зависимости от состава.

 

Рис. 2.3.4. Фазовая диаграмма системы бинарной смеси

«метан – пропан». (пунктирная линия - огибающая критических точек)

 

Ширина этих петлеобразных кривых, ограничивающих двухфазную область, будет тем больше, чем больше различаются между собой температуры кипения компонентов смеси. Если при этом меняется и концентрация компонентов в смеси, то ширина петель будет тем меньшей, чем меньше содержание одного из компонентов. Это хорошо видно из рис. 2.3.5, на котором представлена диаграмма фазового состояния для бинарной смеси «этан – н-гептан».

Из рис.2.3.4 и 2.3.5 видно, что критическая температура смеси будет находиться между критическими температурами каждого компонента. Критическое же давление всегда выше критических давлений компонентов (чем больше разница точек кипения двух веществ, тем выше будет критическое давление). Критические параметры смеси могут быть рассчитаны теоретически исходя из принципа аддитивности, критическая точка для смеси находится в месте слияния на диаграмме кривых точек кипения и росы.

Рис. 2.3.5. Фазовая диаграмма системы бинарной смеси

«этан – н-гептан». Критические точки соответствуют различному содержанию этана: С₁ – 90; С₂ - 50; С₃ – 10%.