Konovalov törvényei

Konovalov törvényei leírják a "folyékony oldat - gőz" egyensúlyi rendszerekben különböző hőmérsékleteken, nyomásokon és az összetevők összetételében lezajló folyamatokat. Ezek a törvények támasztják alá a bináris keverékek rektifikálásának elméletét.

Konovalov első törvénye

Konovalov első törvénye (1881) a frakcionált desztilláció folyamatát írja le : a telített gőzt az egyensúlyi oldathoz képest olyan komponenssel dúsítják fel, amelynek a rendszerbe történő hozzáadása növeli a teljes gőznyomást .

Tekintsük a fázisdiagramot állandó nyomáson bináris rendszer esetén az összetétel-hőmérséklet koordinátákban:

Amikor az X 1 összetételű kezdeti keveréket felmelegítjük, a forrás az a 1 pontban kezdődik . Ebben az esetben a gőz első részeinek összetétele megfelel a b 1 pontnak . Ennek a gőznek a kondenzálásakor X 2 összetételű keverék képződik , amelyben az A komponens aránya nagyobb a kiindulási keverékhez képest. Ennek a keveréknek a melegítése X 3 összetételű kondenzátum képződéséhez vezet, és így tovább, egészen a tiszta A komponens elkülönítéséig. Vegye figyelembe, hogy amikor az X 1 összetételű keverék felforr, a folyadék összetétele B komponensben gazdagodik. , illetve a forrásban lévő folyadék hőmérséklete addig emelkedik, amíg csak a B komponens nem marad meg. Az ipari körülmények között végzett szekvenciális desztillációkat egyetlen automatizált folyamattá egyesítik visszafolyató hűtő alatt és desztilláló oszlopokban.

Konovalov második törvénye

Konovalov második törvénye (1881) olyan oldatokat ír le, amelyek eltérnek az ideális oldat tulajdonságaitól, és megmagyarázza az azeotróp oldatok létezését , amelyek összetétele a desztilláció során nem változik: a teljes gőznyomás görbéin a szélsőségek megfelelnek az ilyen egyensúlyi állapotnak. az oldatot és a telített gőzt, amelyben mindkét fázis összetétele azonos

Konovalov második törvényének bizonyítéka

A Duhem-Margules egyenlet szerint, amely leírja az egyensúlyt a gázok ideális bináris oldatában, vagy a telített gőznyomást egy ideális bináris folyékony oldatban

$(1-x)d\ln p_{1}=-xd\ln p_{2}$ vagy $(1-x){\frac {dp_{1}}{p_{1}}}=-x{\frac {dp_{2}}{p_{2}}}$

ahol a második komponens móltörtje az oldatban, valamint az első és a második komponens parciális nyomása. $x$ $p_{1}$ $p_{2}$

Ebből következik tehát

$dp_{1}=-{\frac {x}{1-x}}\cdot {\frac {p_{1}}{p_{2}}}dp_{2}$

Dalton törvénye szerint

$p_{2}=yp$

$p_{1}=(1-y)p$

ahol és az első és a második komponens móltörtje telített gőzben, és a rendszer össznyomása. Akkor $(1-y)$ $y$ $p$ $dp_{1}=-{\frac {x(1-y)}{(1-x)y}}dp_{2}$

Mivel a teljes nyomás a részlegesek összege, akkor . Ebben a kifejezésben az előző értékét behelyettesítve kapjuk ${\displaystyle dp=dp_{1}+dp_{2))$ ${\displaystyle dp_{1))$

$dp=\left(1-{\frac {x(1-y)}{(1-x)y}}\right)dp_{2}$

Mindkét részt elosztva és a zárójeleket kibővítve azt kapjuk $dx$

${\frac {dp}{dx}}={\frac {(yx)}{(1-x)y}}\cdot {\frac {dp_{2}}{dx}}$

A szélsőséges esetben tehát $dp/dx=0$

${\frac {(yx)}{(1-x)y}}\cdot {\frac {dp_{2}}{dx}}=0$

Mivel , mivel a második komponens koncentrációjának növekedésével a parciális nyomása is nő, akkor az egyenlőség csak akkor figyelhető meg, ha - ha a gőz és az oldat összetétele megegyezik, ami Konovalov második törvényét bizonyítja. Azok az oldatok, amelyek összetétele megfelel a szélső pontnak, állandó hőmérsékleten forrnak, és összetételük a desztilláció során nem változik. Az ilyen oldatokat "azeotróp oldatoknak" vagy "azeotrópoknak" nevezik . Az azeotrópok frakcionált desztillációval történő szétválasztása nem lehetséges. Az ilyen oldatok elválasztására kémiai módszereket, harmadik komponenssel végzett desztillációt vagy eltérő nyomáson végzett frakcionált desztillációt alkalmaznak. $dp_{2}/dx>0$ $x=y$

Irodalom

Gerasimov Ya. I. et al. Fizikai kémia tantárgy. - M . : Kémia, 1970.
A. G. Morachevsky, N. A. Smirnova, E. M. Piotrovskaya et al. , Thermodynamics of liquid-vapor equilibrium. - L .: Kémia, 1989. - 344 p. - 3020 példány. — ISBN 5-7245-0363-8 .