Литературный обзор

Литературный обзор. 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=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 Рп = Рж Тп = Тж 1.2 µп1 = µж1 µп2 = µж2 Если закреплены давление и температура, то химические потенциалы первого и второго компонента должны быть постоянными, так как исчерпаны степени свободы.

Следовательно, постоянными будут и составы равновесных фаз. Поэтому в рассматриваемом случае изобарно-изотермический фазовый эффект считается не процессом, а свойством двухфазной системы, которое выражается специфическим образом. Состояние компонентов в фазах характеризуется при постоянном давлении и температуре их химическими потенциалами µ1 и µ2. Будем различать фазовые эффекты общего типа, которые связаны с химическими потенциалами и фазовые эффекты частного типа, которые связаны с экстенсивными функциями.

Обычно фазовые эффекты относят к той или иной фазе двухфазной системы. На рисунке 1.1 изображены исследуемые диаграммы зеотропных смесей при T=соnst и Р=соnst. V S V2оп пар S2оп пар V1оп S1оп V2ож S2ож S1ож V1ож жидкость жидкость х1 у1 х1,у1 х1 у1 х1,у1 a) б) Рис.1. Диаграммы а) V - х, у, Т=const и б) S - х, у, Р=const Вся диаграмма в этом случае имеет три области: область перегретого пара, область гетерогенности и область переохлажденной жидкости.

Область пара от гетерогенной области отделена линией насыщенного пара, гетерогенная область отделена от области жидкости линией кипящей жидкости. В гетерогенной области проведены конноды жидкость-пар — отрезки, соединяющие состояние жидкости и пара. При Т=соnst равновесные составы имеют одинаковое давление и химические потенциалы компонентов, при Р=соnst равновесные составы имеют одинаковую температуру и одинаковые химические потенциалы компонентов.

Конноды, как изотермо-изобары гетерогенной части, имеют после точек излома продолжение в областях пара и жидкости. Вдоль конноды жидкость-пар химические потенциалы не изменяются, а изменяется (скачком) объем и энтропия от Vж к Vп и от Sж к Sп. Вдоль же изотермо-изобар, так как давление и температура постоянны, справедливо уравнение Гиббса-Дюгема: x1 dμ1ж+ x2 dμ2ж=0, y1 dμ1п+ y2 dμ2п=0. 1.3 т.е. химические потенциалы не постоянны. 1.2.