Введение к работе
Актуальность работы. Данные о фазовых равновесиях многокомпонентных жидких фаз с сосуществующей паровой фазой являются необходимым и важнейшим звеном при проектировании технологических схем процессов разделения веществ, например, в производствах основного органического синтеза. Актуальность экспериментальных исследований равновесий жидкие фазы - пар в конкретных системах, с этой точки зрения, определяется требованиями практики. Вместе с тем, основное значение экспериментального изучения фазовых равновесий для фундаментальной науки заключается в том, что их результаты являются источником широкой термодинамической информации, необходимой для развития теоретических и практических методов физико-химического исследования.
Теоретическое исследование локальных закономерностей структуры диаграммы состояния может быть проведено на базе таких термодинамических результатов, как система обобщенных дифференциальных уравнений Сторонкина -Ван-дер-Ваальса и условий устойчивости. Общий подход, развивавшийся профессором А.В.Сторонкиным, дает возможность получить множество результатов, относящихся к конкретным локальным термодинамическим свойствам, и найти достаточно широкие теоретические обобщения, касающиеся структуры диаграмм состояния трехкомпонентных систем, включающих области как двух-, так и трехфазного равновесия. Особый интерес представляет окрестность бинодали - границы, разделяющей области с различной фазовой структурой. Подобное исследование представляется актуальным, так как оно позволит провести дальнейшее развитие термодинамической теории и на основе единого подхода получить следствия, касающиеся локального поведения различных термодинамических кривых на границе двухфазного и трехфазного состояний. В частности, могут быть получены практические правила, позволяющие оценивать взаимісую согласованность результатов исследования термодинамических свойств в окрестности бинодали, то есть жидкость-пар и жидкость-жидаосгь-пар.
Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется выбором в качестве объектов экспериментального исследования технологически значимых систем; теоретическим исследованием специфики структуры диаграмм состояния на границе двух- и трех фазных областей, а также выводом комплекса практических правил для анализа, проверки и предсказания формы термодинамических изолиний в окрестности кривых трехфазного равновесия.
Работа выполнена в рамках госбюджетной темы "Термодинамика фазовых равновесий многокомпонентных систем" (N гос. регистрации 01910051642) и проекта РФФИ (N 96-03-32428а).
-2-Ііель работы.
Экспериментальное исследование фазовых равновесий в трехкомпонентной системе фреон 113 (1,1,2-трифтор-1,2,2-трихлорэтан)-ацетон-водапри изотермических условиях (при температурах 293.15К и 213.15К)
Экспериментальное исследование фазовых равновесий в трехкомпонентной системе дибутиловый эфир-вода-н.бутиловый спирт при изотермических условиях (при температурах 293.15К, 323.15К и 363.15К.), а также процесса открытого испарения в указанной системе.
Вывод на основе условий равновесия (система обобщенных дифференциальных уравнений Сторонкина - Ван-дер-Ваальса) и условий устойчивости новых термодинамических соотношений и формулировка общих правил, касающихся локальных закономерностей структуры диаграмм состояния в окрестности бино-дали, их анализ и иллюстрация по экспериментальным данным настоящей работы
Научная новизна. Впервые изучено равновесие жидкость-пар и жидкость--жидкость-пар в трехкомпонентной системе фреон 113-ацетон-вода и бинарной подсистеме фреон ПЗ-ацетон.
Изучено равновесие жидкость-пар и жидкость-жидкость-пар при изотермических условиях (323.15К),а также жидкость-жидкость (363.15К) и процесс открытого испарения гомогенных растворов (323.15К) в трехкомпонентной системе дибутиловый эфир-вода-н.бутиловый спирт.
Установлены новые термодинамические закономерности и предложены методы проверки взаимной согласованности данных о равновесиях жидкость-жидкость-пар, жидкость-пар и данных об открытом испарении гомогенных и расслаивающихся смесей по данным о величинах, определяемых на основании различного экспериментального материала: о растворимости, о давлениях насыщенных паров гомо- и гетерогенных растворов, о составах сосуществующих фаз и об открытом испарении.
I фактическая значимость. Экспериментальные результаты, полученные в работе, могут быть использованы при разработке ректификационных и экстракционных методов разделения смесей, в состав которых входят компоненты исследованных систем. Данные о равновесии в системе фреон 113-ацетон-вода имеют экологическую значимость, и могут быть применены для разработки замкнутых технологических циклов, исключающих попадание фреонов в окружающую среду.
Соотношения и правила, выведенные и примененные в работе, позволяют производить проверку экспериментальных данных о равновесиях в многокомпонентных системах на термодинамическую согласованность. В частности, они дают возможность по внешнему виду отличать реализуемые с термодинамической точки зрения диаграммы состояния от нереализуемых, т.е. ошибочных.
-3-Основные положения, выносимые на защиту.
Результаты экспериментального исследования фазовых равновесий жидкость--пар и жндкость-жидкость-пар в трехкомпонентных системах фреон 113-аце-тон-вода, бинарных подсистемах фреон 113-ацетон, фреон ! !3-вода, трехкомпо-нентной системе дибутиловый эфир-вода-н.бутиловый спирт при изотермических условиях.
Новые локальные теоретические термодинамические закономерности, касающиеся;
формы изопотенциал компонентов тройного раствора при выходе на изотерму расслаивания;
формы кривых термодинамического упрощения тройных гомогенных растворов при их выходе на изотерму расслаивания;
формы изотермических кривых составов тройных гомогенных растворов, отвечающих постоянству молярной доли одного из компонентов в паре, при выходе на бинодаль;
формы изопотенциал компонентов насыщенного идеального пара тройных гомогенных растворов при постоянной температуре;
взаимного расположения изотермических кривых составов идеального пара при открытом испарении тройных гомогенных и расслаивающихся смесей.
Методы расчета хода изолиний термодинамических величин в окрестности изотермы расслаивания.
Результаты качественной и количественной термодинамической проверки полученных экспериментальных данных.
Иллюстрация основных теоретических положений работы и предложенных практических правил на основе полученного экспериментального материала.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на VIII Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (Саратов, 1991), Межвузовской конференции молодых ученых "Инструментальные методы анализа" (Ленинград, 1990), 14* ШРАС Conference on chemical thermodynamics ICCT-96 (Осака, Япония, 1996), 14* European Conference on Thermophysical Properties. (Лион, Франция, 1996), V Международной конференции по термодинамике и материаловедению полупроводников (Москва, 1997).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 13 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, IV-x глав, включающих обзор литературы, теоретическую часть, описание методик эксперимента и представление опытных данных, иллюстрацию применения предложенных в работе методов анализа, проверки и расчета фазовых диаграмм на примере по-
Похожие диссертации на Локальные термодинамические закономерности структуры диаграмм состояния тройных систем жидкость-жидкость-пар в окрестности кривых фазовых равновесий
