Bir komponentli sistemalar va ularda fazabiy muvozanat. Klauzius-klayperon tenglamasi

Suyuqlik aralashmalarining holat diagrammalari
Aralashmalardagi komponentlarning qaynash haroratlari har xil bo’lganligidan suyuq va bug’ fazalar tarkibi har xil bo’lishi mumkin.Binobarin holat diagrammasida biri-suyuqlik tarkibi va ikkinchisi – bug’ tarkibiga mos keladigan ikki egri chiziq bo’lishi kuzatiladi. Real eritmalar Raul qonunidan chetga chiqqanligi sababli umuman tarkib bilan bug’ bosim orasidagi bog’lanish to’g’ri chiziq qonuniga muvofiq o’zgarmaydi va diagrammada egri chiziq hosil bo’ladi. Diagrammalar umuman olganda uch toifa bo’lishi mumkin.
I - toifa
P
T
Suyuqlik P⁰_B T⁰_A bug’

R⁰_A

Bug’ Suyuqlik T⁰_V
A Tarkib B A Tarkib B
II - toifa
P T
Suyuqlik T⁰_A Bug’
P⁰_B
R⁰_A T⁰_V
Bug’ Suyuqlik
A Tarkib B A Tarkib B

III - toifa

P T Bug’
Suyuqlik
P⁰_B T⁰_A
R⁰_A T⁰_V
Bug’ Suyuqlik
A Tarkib B A Tarkib B

Birinchi toifa diagrammalarini ko’radigan bo’lsak, T-tarkib diagrammasida yuqoridagi egri chiziq bug’ chizig’i bo’lib, u qaynash harorati bilan bug’ fazasi tarkibi orasidagi bog’lanishni ifodalaydi; pastki chiziq esa, suyuq fazaga mansub, chunki u qaynash harorati bilan suyuq faza tarkibi orasidagi bog’lanishni aks ettiradi. Bug’ egrisidan yuqorini bug’ soha, suyuqlik egrisidan pastni suyuqlik sohasi tashkil qiladi. Bug’ning bosimi qaynash haroratiga teskari proportsional bo’lgani uchun R-tarkib diagramma T-tarkib diagrammaning teskarisi bo’ladi. Bug’ va suyuqlikning egrilarining o’rtasi geterogen sohadan iborat bo’lib, bug’ suyuqlik bilan muvozanatda turadi. Geterogen soha ichidagi figurativ nuqtalarda suyuq va bug’ fazada turgan moddalarning miqdorlari (molyar qismlari) va fazalarning tarkibi Richag qoidasi asosida aniqlanadi. Buni quyidagi chizmada ko’rish mumkin:

Na - tarkibli suyuq aralashmani qizdirsak, T₁ haroratda qaynash boshlanadi va bir qism suyuqlik bug’ga aylanadi. Suyuqlik va bug’ fazalarining tarkibini aniqlash uchun 0 nuqtadan tarkib o’qiga paralell ravishda bug’ va suyuqlik egrisiga chiziq o’tkaziladi. Suyuqlik egrisiga uchrashgan a-nuqta to’g’ri kelgan tarkib suyuqlik tarkibini (N_a), bug’ egrisi bilan uchrashgan v-nuqtaga to’g’ri kelgan tarkib esa, bug’ tarkibini (N_B) ko’rsatadi.

Oa - chiziqi suyuqlik yelkasi, Ob-chiziqi esa bug’ yelkasi deyiladi. Agar m_c -suyuqlikning, m_b – bug’ning miqdori bo’lsa, Richag qoidasiga muvofiq
m_c Oa=m_b Ob va m_c/m_b=Ov/Oa
Demak, yelkalarni grafikdan o’lchab, ularning nisbatini olib, fazalarni nisbiy miqdorini bilish mumkin. Agar olingan eritmaning miqdori m=m_c+m_b
ma'lum bo’lsa, m_c,m_b, larning absolyut miqdorini hisoblash mumkin.
Ikkinchi va uchinchi toifa aralashmalar holati diagrammalariga e'tibor bersak, bu diagrammalarida egrilar maksimum yoki minimumdan o’tadi. Konovalovning ikkinchi qonunida shu ekstremal nuqtalar haqida gapiriladi. Bu qonunga muvofiq bug’ egrisidagi ekstremal nuqtalarda suyuqlik va bug’ faza bir xil tarkibga ega bo’ladi; Bunday eritmalar azeotrop aralashmalar deyiladi.
Harorat o’zgarishi bilan azeotrop aralashmaning tarkibi Vrevskiyning ikkinchi qonuniga muvofiq o’zgaradi: egrisida maksimumi bo’lgan sistemalarda harorat ortishi bilan azeotrop tarkibida partsial bug’lanish issiqligi katta komponentning nisbiy miqdori oshadi. Bug’ egrisida minimumi bo’lgan sistemalarda aksincha bo’ladi. Ko’pincha azeotrop aralashmalarning tarkibi, qaynash haroratlari ma'lumotnomalarda berilgan.
Suyuq aralashmalarni haydash.
Suyuq uchuvchan aralashmalardagi komponentlar haydash yo’li bilan bir -biridan ajratiladi. Bu usul kimyo, ozik-ovqat va boshqa sanoat tarmoqlarida keng qo’llaniladi. Suyuq aralashmalarni haydash umumiy bug’ bosimi bilan tarkib orasidagi bog’lanishga asoslangan. qanchalik komponentlarning uchuvchanligi orasidagi farq katta bo’lsa, ularni ajratish shunchalik yengil bo’ladi.
Yuqoridagi ko’rilgan uch toifa aralashmalarda haydash jarayoni turlicha boradi. Avvalo birinchi toifa diagramma beruvchi sistemalarni haydalishini ko’rib chiqamiz.
T
T⁰_a bug`
T₂
T₁
Suyoqlik T_B⁰

A N₂ N₁ N₄ N₃ B

Haydalishi kerak bo’lgan aralashmaning tarkibi N₁ bo’lsin (A modda nisbatan ko’proq) va bu aralashma isitilganda T₁ haroratda qaynay boshlaydi, hosil bo’lgan bug’ tarkibi N₃ bo’lsin; demak bug’da B modda nisbatan ko’proq bo’ladi. Qaynash jarayoni davomida past haroratda qaynaydigan moddaning (B ning) nisbiy miqdori aralashmada kamayadi, ya'ni suyuq aralashmaning tarkibi uzluksiz ravishda o’zgaradi, yuqoriroq haroratda qaynaydigan moddaning nisbiy miqdori suyuqlikda orta boradi va sistemaning umumiy bug’ bosimi kamaya boshlaydi. Qaynash harorati bug’ bosimiga teskari proportsional bo’lgani uchun qaynash jarayoni davomida harorat uzluksiz orta boradi. Bu misoldan ko’rinib turibdiki, aralashma bir yo’la haydalganda toza komponentga ajralmaydi.
Aralashmalarni toza kompopentlarga ajratish uchun fraktsion yoki bosqichli haydash kerak. Bu xil haydashni quyidagi chizmadan ko’rish mumkin;
T

T_a⁰
T₁
T₂
T₃
T₄


T₅ T_V⁰
A N₃ N₂ N₁ N¹₅ N¹₄ N¹₃ N¹₂ N¹₁

Haydalishi kerak bo’lgan aralashmaning tarkibi N₁ bo’lsin. Bunday aralashma T₁ haroratigacha qaynatilganda suyuqlikning tarkibi N₂, bug’ning tarkibi N₂ bo’lsin. T₁ va T₂ haroratlar chegarasida bug’ning o’rtacha tarkibi N₃ bo’lsin. N₃ tarkibli bug’ sovitilib, suyuqlantirilgandan keyin T₃ va T₄ chegarasida qayta bug’latiladi, natijada N₄ tarkibli bug’ hosil bo’ladi. Bu bug’ suyuqlikka aylantirilib, yana T₄ va T₅ haroratlar atrofida qaynatilganda N₅ tarkibli bug’ hosil bo’ladi. Bu bug’ni sovitib suyuqlikka aylantirib bug’latish qaytariladi va bosqichli haydash toza komponentlar olinguncha davom ettiriladi. Chizmadan ko’rinib turibdiki, bir bosqichdan ikkinchi bosqichga o’tganda suyuqlikda, A moddaning, bug’da esa (kondensatda) B moddaning nisbiy miqdori ko’payib borib, bora-bora komponentlar bir-biridan to’la ajraladi. Sanoatda bu jarayon rektifikatsion kolonnalarda avtomatik ravishda amalga oshiriladi.

Vreyvskiyning qonuniga muvofiq haroratga ortganda portsial molyar bug’lanish issiqlik katta bo’lgan komponentning nisbiy miqdori bug’ fazada oshadi.
Azeotrop aralashmalar toza moddalar kabi bir haroratda qaynashi bilan birga bug’ning ham suyuqlikning ham tarkibi bir xil bo’ladi.