Министерство образования и науки Российской Федерации

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ им. М.В. Ломоносова

Кафедра химии и технологии

основного органического синтеза

Аттестационная работа по теме:

«Исследование фазовых эффектов в бинарных азеотропных смесях»

на соискание степени бакалавра по направлению 550800 «Химическая технология и биотехнология»

Москва 2004

Оглавление

Введение………………………………………………………….……………….3

1. Литературный обзор…………………………………………………………...3

1.1.Диаграммы объем-состав пара; состав жидкости и энтропия-состав пара, состав жидкости…………………………………………………………………..3

1.2.Вид изотермо-изобар в бинарных смесях…………………………………..6

1.3.Некоторые понятия физико-химического анализа………………………....7

1.4.Определение ноды как вектора…………………………………………….11

1.5.Выбор направления ноды и реноды……………………………….……….12

1.6.Изменение концентрации фаз при фазовом обмене при постоянной температуре и давлении………………………………………………………...13

1.7.Общие фазовые эффекты…………………………………………………...16

1.8.Цель работы……………………………………………………….…………18

2. Частные фазовые эффекты и вывод уравнения Ван-дер-Ваальса………..19

2.1.Вывод основных уравнений для частных фазовых эффектов жидкой и паровой фаз при постоянной температуре и давлении ……………………....19

2.2.Вывод уравнений Ван-дер-Ваальса для жидкой и паровой фаз…..……26

3. Фазовые эффекты и уравнение Ван-дер-Ваальса для бинарных азеотропных смесей………………………..…………………………………..30

3.1. Фазовые эффекты в бинарных азеотропных смесях……………………..30

3.2. Фазовые эффекты в гетероазеотропных смесях…………...………...45 3.3.Уравнение Ван-дер-Ваальса в терминах общих и частных фазовых эффектов…………………………………………………….…………………...51

4. Заключение……………………………………………………………………51

Список использованной литературы…………………………………………..52

Обозначения…………………………………………………………………......54

Введение.

Уравнение Ван-дер-Ваальса используется при исследовании процессов разделения и является базовым уравнением при качественном исследовании этих процессов. Распространение уравнения такого типа на многокомпонентные смеси осуществлено А.В. Сторонкиным. Вместе с тем, для понимания всех тонкостей уравнения Ван-дер-Ваальса-Сторонкина необходимо изучить уравнение Ван-дер-Ваальса, которое было получено для бинарных смесей.

Уравнение Ван-дер-Ваальса тесно связано с уравнениями так называемых фазовых эффектов. А. В. Сторонкиным рассмотрены фазовые эффекты, использующие химические потенциалы. В рукописных материалах Л. А. Серафимова введено понятие общих и частных фазовых эффектов. Данное исследование посвящено анализу в азеотропных смесях взаимосвязи фазовых эффектов с уравнением Ван-дер-Ваальса.

1. Литературный обзор.

1.1.Диаграммы объем-состав пара, состав жидкости и энтропия-состав пара, состав жидкости

В бинарных двухфазных системах в общем случае составы фаз неодинаковы. В связи с этим при взаимных превращениях фаз, т.е. в условиях массопереноса веществ из одной фазы в другую фазу происходит изменение их состава и других параметров как экстенсивных, так и интенсивных. К интенсивным параметрам относят температуру, давление и химические потенциалы компонентов. К экстенсивным – все термодинамические функции, такие как внутренняя энергия, энтальпия, функция Гиббса, а также количество вещества.

Для учета влияния изменения состава фаз в результате их взаимного превращения на их состояние А.В. Сторонкиным и М.И. Шульцем было введено понятие изобарно-изотермических фазовых эффектов [1]. Изобарно-изотермический фазовый эффект возникает каждый раз, когда массоперенос рассматривается при постоянной температуре и давлении. Осуществить массоперенос такого типа в двухфазной системе, например жидкость-пар или жидкость-жидкость практически невозможно. Эти процессы протекают обычно или при постоянном давлении или при постоянной температуре.

Как известно двухфазная многокомпонентная система имеет число степеней свободы определяемое уравнением:

f=n-Ф+2=n, Ф=2 1.1

Если закреплены давление и температура, т.е. P=const и T=const, то f=0, то есть, в параметрическом пространстве состояний такая система характеризуется точкой. Таким образом, закрепление давления и температуры однозначно определяет состав двухфазной бинарной смеси и, следовательно, в данном случае не может быть никаких изменений за счет фазовых процессов. Поэтому в бинарных смесях изобарно-изотермический фазовый эффект несовместим с фазовым равновесием. Рассмотрим вопрос подробней. Как известно, фазовое равновесие определяется следующим набором равенств, в случае бинарной смеси

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--