Смешение жидкостей. прк. Закон Рауля
 Скачать 55.94 Kb.
|
|
Введение Принцип работы смешения жидкостей   Схема автоматизации процесса смешения жидкостей Поверхность раздела между двумя жидкостями обычно обладает положительной свободной энергией. Межфазное поверхностное натяжение на границе раздела двух жидкостей также положительно. Условием полной смешиваемости жидкостей является выполнение требования, чтобы межфазное натяжение было отрицательным или равным нулю. В таком случае молекулярные силы не будут препятствовать смешению жидкостей, так как каждая из них притягивает молекулы другой с такой же или с большей силой, чем сила, с которой каждая жидкость притягивает свои собственные поверхностные молекулы. В этом случае молекулы свободно перемещаются из одной жидкости в другую. На поверхности раздела жидкость — жидкость молекулы ориентируются таким образом, чтобы энергия их взаимодействия была максимальной. Соответственно этому расчет смешения реагентов для быстрых гомогенных реакций сводится к расчету длин реакторов или времени, необходимых для смешения жидкостей в условиях турбулентного потока. Вообще говоря, закон Рауля справедлив только в случае разбавленных растворов, однако он может быть применим к растворам любых концентраций при условии, что растворение (смешение) жидкостей не сопровождается изменением объема и значительным тепловым эффектом. Основные вопросы химической технологии включают физические процессы (гидро- и аэродинамические при транспортировании, смешении жидкостей и газов), процессы передачи тепла, диффузионные процессы— фракционирование, абсорбция, адсорбция, экстракция. При смешении жидкостей и при растворении в жидкостях твердых тел и газов происходит поглощение или выделение теплоты, которое нередко достигает значительной величины. Эта теплота определяется экспериментально путем непосредственного смешения компонентов в калориметре, а также может быть вычислена из других термодинамических величин. Растворы с такими идеальными свойствами получаются при смешении жидкостей с очень близкими свойствами, в которых взаимодействия между молекулами одного сорта и взаимодействия между разносортными молекулами практически одинаковы. Поведение других растворов может отличаться от описываемого законом Рауля. Если разносортные молекулы взаимодействуют между собой слабее, чем молекулы одного сорта, то вклады в давление пара от каждого компонента будут больше, чем предсказывается законом Рауля. Замена молекул А вокруг молекулы А на молекулы типа В должна повысить шансы молекулы А перейти в паровую фазу. Следовательно, в данном случае вместо закона Рауля должны выполняться соотношения. Замещение жидкости у поверхности свежей жидкостью основного состава может осуществляться, например, с помощью турбулентных пульсаций (вихрей), если принять, что их затухания с приближением к поверхности не происходит. С другой стороны, когда жидкость стекает по поверхности насадки, ее движение по каждому насадоч-ному элементу может рассматриваться как ничем не нарушаемое ламинарное течение, а в точках контакта элементов можно предполагать наличие полного смешения жидкости. В результате у верха каждого элемента насадки образуется свежая поверхность жидкости, которая абсорбирует газ при дальнейшем нисходящем движении с уменьшающейся скоростью. В насадочных колоннах, где жидкость стекает под действием силы тяжести по поверхности насадки, в качестве абсорбера идеального смешения может рассматриваться любой выделенный на какой-либо высоте элемент колонны. При этом колонна будет представлять собой каскад из бесконечно большого числа ячеек бесконечно малой емкости, в каждой из которых происходит идеальное смешение жидкости. Идеальные растворы. При смешении жидкостей,молекулы которых не полярны и сходны между собой по структуре и по природе химической связи, тепловые и объемные изменения очень малы. Например, при сливании. В зависимости от природы веществ компоненты смеси могут обладать ограниченной взаимной растворимостью, образуя, таким образом, отдельные фазы многокомпонентной системы. В простейшем случае при смешении жидкостей образуются две фазы, в каждой из которых содержатся отдельные компоненты органического и неорганического происхождения. Иногда такие системы образуются искусственно путем добавления компонента, склонного к избирательному растворению. Добавление такого компонента (разделяющего агента) изменяет условия фазового равновесия системы, увеличивая движущую силу процесса, и позволяет применить специальный метод для разделения компонентов исходной смеси. Часто введение разделяющего агента в исходную смесь обуславливается не столько близостью свойств компонентов, а склонностью к разложению, полимеризации и т. п. при высоких температурах. Растворы различают газообразные, жидкие и твердые. Газообразные растворы обычно представляют собой смеси газов и реже растворы жидкостей или твердых веществ в газах. Под жидкими растворами понимают растворы, полученные смешением жидкостей, растворением твердых веществ или газов в жидкостях и плавлением твердых систем, содержащих более одного компонента. Твердые растворы — это твердые фазы переменного состава. Они могут быть получены при охлаждении жидких расплавов или при растворении газов в твердых веществах. В математическом описании модели 2 учитывается тепловое взаимодействие потоков пара и жидкости по высоте колонны, а также не идеальность смешения жидкости на тарелках. Для гидравлического разрыва пласта используют насосные агрегаты высокого давления типа ЧАН-700 и песко-смесительные установки для смешения жидкости с песком. Жидкостями, используемыми при разрыве, могут быть вязкая нефть, мазут, керосин и дизельное топливо, загущенные специальными добавками, водный раствор сульфат-спиртовой барды (ССБ), соляная кислота и др. Гидравлический разрыв производят с помощью насосных агрегатов, подключаемых к устью скважины через специальную головку. Чтобы предохранить обсадную колонну от действия высокого давления, над продуктивным пластом устанавливают пакер, изолирующий затрубное пространство. При нагреве твердых тел не происходит самопроизвольное поднятие их над поверхностью земли. Обратный процесс — падение тела в поле земного тяготения — является спонтанным процессом. Самопроизвольно происходит расширение газа в пустоту, растворение газов, жидкостей и твердых тел в жидкостях, смешение жидкостей и газов, переход теплоты от горячего тела к холодному. В случае полного смешения жидкости при сливе справедливы уравнения для тарелки и куба соответственно. Полное смешение жидкости при сливе ведет к ликвидации преимушеств циклического процесса перед обычным. Рекомендуемые значения долей жидкости ф составляют от 0,6 до 0,9. Насадочные тарелки при этом допускают меньшую степень смешения жидкости при сливе, чем ситчатые. Важнейшим вопросом, который при этом возникает, является количественное описание процесса смешения элементов жидкости. Как это сделать путем перемещения элементов друг относительно друга или путем их взаимного проникновения, чтобы получить неоднородную картину времени пребывания жидкости в аппарате. Другими словами, каким параметром охарактеризовать осевое смешение жидкости в данных условиях. Аналогично можно описать и процесс осевого смешения жидкости в направлении оси х при постоянной интенсивности перемешивания. При протекании через проточный реактор идеального смешения жидкости, находящейся в микросостоянии, количество ее частиц, содержащих только исходный реагент А относительно невелико и, естественно, отсутствуют агрегаты молекул, в которых сохраняется высокая начальная концентрация данного вещества. Эта ситуация характеризуется, в частности, тем, что каждая молекула как бы теряет свою индивидуальность и не имеет своей предыстории. Иными словами, исследуя молекулы, расположенные по соседству с интересующей нас молекулой, мы не можем узнать, сколько времени та или иная молекула присутствует в реакторе. |