Примеры решения задач

Пример 1. Обозначить поля диаграммы (рис. 20), дать характеристику компонентов системы. Описать путь конденсации системы, содержащей 45 % компонента В (точка М), заполнить таблицу 1.

Рис. 20. Диаграмма состояния двухкомпонентной неконденсированной системы пентан – гептан.

Решение. 1. Пронумеровать поля диаграммы (обычно – римскими цифрами).

2. Дать наименование полей диаграммы. Поле I – газ (пар); поле II – пар + жидкость; поле III – жидкость.

3. Дать характеристику диаграммы. Двухкомпонентная неконденсированная система с неограниченной растворимостью компонентов в жидкой фазе.

4. Путь конденсации системы – вертикальная пунктирная линия вниз от точки М (рис. 21), на которой отмечены фигуративные точки М ', М '', М ''', соответствующие началу процесса (М '),

образованию двухфазной системы (М '') и окончанию конденсации (М ''').

Рис. 21. Решение примера 1.

5. Таблица

Точка	Исходный состав системы, % В	Кол-во фаз в точке	Наим. фаз	Состав каждой фазы, % В	Относит. кол-во фаз, %	Температура конденсации	C
ТН	ТK
М			Г
М '			Г		Г=Ж
Ж
М ''			Г
Ж
М '''			Г		Г=Ж
Ж

5. Определить состав системы в точке М, для чего следует опустить перпендикуляр от точки М на ось составов. Состав точки М – 45 % гептана C₇H₁₆ – компонента В. Он же будет общим составом системы для всех остальных точек. Точка М находится в поле I, следовательно, число фаз – 1 шт. Наименование фазы – пар; состав совпадает с общим составом системы.

6. Температуру начала конденсации определить по месту пересечения перпендикуляра из точки М и линии газа (граничной линии между полем I и II) – точка М '. От точки М ' провести горизонталь на ось температур. Температура начала конденсации равна 78°С. Она остается одинаковой для всех рассматриваемых точек.

7. Определить число степеней свободы в точке М:

.

8. Определить фазовый состав в точке М '. Точка М ' находится на линии конденсации, следовательно, количество фаз – 2 шт.: газ и жидкость.

9. Определить состав жидкости в точке М ', для чего от этой точки провести ноду до пересечения с линией жидкости (или линией испарения) и от точки пересечения опустить перпендикуляр на ось составов (позиция Ж _М' на рис. 6). Состав жидкости – 82 % C₇H₁₆.

10. Определить относительное количество фаз в точке М ': так как М ' находится на линии равновесия между двумя фазами, то относительное их количество не определяется. В такой ситуации следует записать уравнение равновесия. В данном случае – Ж = Г.

11. Определить число степеней свободы в точке М ':

.

12. Определить фазовый состав точки М '', которая находится в поле II, следовательно, число фаз – 2 шт.: жидкость и газ.

13. Определить состав жидкости и газа в точке М '': провести ноду до пересечения с линий испарения (точка X) с одной стороны и с линией конденсации (точка Y) с другой стороны. От точек пересечения опустить перпендикуляры на ось составов. Перпендикуляр от линии конденсации определяет состав газа (27 % гептана – точка Г _{М ''} на рис. 6), от линии испарения – состав жидкой фазы (69 % гептана – точка Ж _{М ''} на рис. 6).

14. Определить относительное количество фаз в точке М ''. В соответствии с правилом рычага

45%; 55 %.

15. Определить число степеней свободы в точке М '':

.

16. Температуру завершения процесса конденсации определить по месту пересечения перпендикуляра из точки М с линией испарения – точка М '''. От точки М ''' провести горизонталь на ось температур. Температура завершения конденсации равна 51°С. Она остается одинаковой для всех рассматриваемых точек.

17. Определить фазовый состав в точке М '''. Точка М ''' находится на линии испарения, следовательно, количество фаз – 2 шт.: газ и жидкость.

18. Определить состав пара в точке М ''', для этого от этой точки провести ноду до пересечения с линией конденсации и от этой точки опустить перпендикуляр на ось составов (позиция Г _{М '''} на рис. 6). Состав пара – 13 % C₇H₁₆.

19. Определить относительное количество фаз в точке М ''': так как М ''' находится на линии равновесия между двумя фазами, то относительное их количество не определяется. В такой ситуации следует записать уравнение равновесия. В данном случае – Ж = Г.

20. Определить число степеней свободы в точке М ''':

.

Пример 2. Обозначить поля диаграммы (рис. 22), дать характеристику компонентов системы. Определить изменение состава и количества фаз в системе, содержащей 25 % анилина при охлаждении ее от 170 до 60°С с интервалом 40°С. Нанести на диаграмму соответствующие фигуративные точки систем и фаз, заполнить таблицу.

Решение. 1. Пронумеровать поля диаграммы (обычно – римскими цифрами).

2. Дать наименование полей диаграммы: поле I – жидкость (пар); поле II – область расслоения двух жидкостей.

3. Дать характеристику диаграммы: двухкомпонентная неконденсированная система с ограниченной растворимостью компонентов в жидкой фазе.

Рис. 22. Диаграмма состояния вода – этаноламин.

4. Отметить исследуемый состав системы, соответствующий содержанию анилина C₂H₅NH₂ 25 % и отметить фигуративные точки N, N ', N '', соответствующие заданному температурному интервалу.

Рис. 23. Решение примера 2.

5. Определить фазовый состав в каждой точке. Точка N принадлежит к полю I, следовательно, количество фаз – 1 шт. – жидкость, содержащая 25 % анилина. Точки N ' и N '' принадлежат полю II, где происходит расслаивание системы на две жидкости разного состава, следовательно, количество фаз – 2 шт. Состав жидкостей зависит от температуры.

6. Определить состав расслаивающихся жидкостей в точках N ' и N '', как показано на рис. 7 b и зафиксировано в табл. 2. При этом следует учитывать, что жидкость 1 представляет насыщенный раствор анилина в воде, а жидкость 2 – раствор воды в анилине. Соответственно точки X и P отображают состав Ж₁, а точки Y и R – состав жидкости 2.

7. Пользуясь правилом рычага, определить относительное количество каждой фазы.

Для точки N ':

80 %; 20 %.

Для точки N '':

75 %; 25 %.

Точка	Исходный состав системы, % В	Количество фаз в точке	Наименование фаз	Состав каждой фазы, % В	Относительное количество фаз, %
N			Ж
N '			Ж1
Ж2
N ''			Ж1
Ж2