Нефть ва газни қайта ишлаш жараёнлари ва ускуналари Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги олий ўқув юртлари бакалавриатининг «Нефть ва нефть-газни қайта ишлаш технологияси»

11.2. СУЮҚЛИК-БУҒ СИСТЕМАЛАРИНИНГ МУВОЗАНАТИ


Амалда кўпинча кўп компонентли аралашмаларни ажратишга тўғри келади, бироқ жараённинг назариясини ўрганиш учун икки компонентли, яъни бинар аралашмани ҳайдаш йўли билан ажратишни кўриб чиқиш мақсадга мувофиқдир. Бинар аралашма енгил ва қийин учувчан компонентлардан ташкил топган бўлади.
Бинар аралашмаларининг синфланишини Д. П. Коновалов ишлаб чиққан (11.1-расм). Бу расмда турли бинар аралашма буғларининг умумий босими ва суюқ фаза ўртасидаги боғлиқлик кўрсатилган. Вертикал ўқда ўзгармас ҳароратда аралашма буғининг умумий босими берилган бўлса, горизонтал ўқда эса суюқ фазанинг таркиби (% ҳисобида) кўрсатилган. Агар аралашма компонентлари ўзаро бир-бирида эримаса (ёки жуда оз миқдорда эриса), бу ҳолат 1-чизиқ орқали ифодаланади. Бунда аралашма буғларининг босими тоза компонентлар буғ босимларининг йиғиндисига тенг бўлади.



11.1.–расм. Бинар аралашмали учувчан суюқликларнинг синфланиши:
1-компонентлари ўзаро бир-бирида эримайдиган суюқликлар; 2-компонентлари бир-бирида қисман эрийдиган суюқликлар; 3-компонентлари бир-бирида тўла эрийдиган ва буғлари босимнинг ўзгариши максимум орқали ўтган суюқликлар; 4-идеал системалар; 5-компонентлари бир-бирида тўла эрийдиган ва буғлари босимининг ўзгариши минимум орқали ўтган суюқликлар.


Бинар аралашма компонентлари бир-бирида қисман эриса, бундай аралашма буғларининг босими 2-чизиқ бўйича ўзгаради. Компонентлари ўзаро тўла ва исталган нисбатларда бир-бирида эрийдиган аралашмалар буғларининг босими 3-чизиқ бўйича ўзгаради. Бундай аралашма буғлари босим йиғиндисининг ўзгариши максимум орқали ўтади, бу ҳолат максимал ҳароратдаги суюқ фазанинг тегишли таркиби билан белгиланади.
Компонентлар бир-бирида тўла эриса, аралашма буғларининг умумий босими минимумга эга бўлади (5-чизиқ). Бир компонент иккинчи компонентда тўла эриса-ю, бироқ босим максимум ёки минимумга эга бўлмаса, бундай ҳолат 4-чизиқ орқали ифодаланади. Бундай эритмалар идеал системалар деб юритилади .
Шундай қилиб, p = ƒ (х) чизиқнинг кўриниши система компонентлари молекулаларининг ўзаро таъсири турлича бўлиши билан боғлиқ экан.
Идеал эритмаларнинг хоссалари Раул қонуни билан ифодаланади. Бу қонунга кўра, идеал суюқ эритма компонентининг порцтал босими p_i компонентнинг берилган ҳароратдаги тўйинган буғлари босими Р_i нинг компонентнинг суюқ фазадаги моляр улушига кўпайтирилганига тенг, яъни:
р_i = Р_i · Х_i , (11.1)


Аралашма буғи босимининг ўзгариши туғри чизиқдан четга чиқса, бундай эритмаларнинг ҳосил бўлиши маълум миқдордаги иссиқлик эффекти орқали боради. Бу ҳол компонентлар молекулалари ўртасида ўзаро таъсир кучи борлигидан далолат беради.
Агар бир хил бўлмаган молекулалар ўртасидаги тортишиш кучи бир хил бўлган молекулалар ўртасидаги тортишиш кучидан кам бўлса, аралашма буғлари босимининг чизиғи идеал эритмалар чизиғининг юқориги томо-нида жойлашади (1, 2 ва 3 чизиқлар). Агар бир хил бўлмаган молекулаларнинг тортишиш кучи бир хил бўл­ган молекулаларнинг тортишиш кучидан катта бўлса, у ҳолда босимнинг эгри чизиғи идеал эритмалар туғри чизиғининг пастидан ўтади (5-чизиқ).
Бир хил бўлмаган молекулаларнинг ўзаро тортишиш кучи жуда кичик бўлса, бунда суюқ фаза икки қатламга бўлинади. Ҳар бир компонент суюқ фазадан буғ фазасига ўз молекулаларини юборади. Умумий босим берилган ҳароратдаги тоза компонентлар босимларининг йиғиндисига тенг (1 ва 2 чизиқлар).
Ҳайдаш жараёнини ҳисоблаш учун мувозанатда бўлган суюқ ва буғ фазалаининг таркибини билиш зарур. Суюқлик ва буғ фазаларидан иборат бўлган икки компонентли аралашмаларнинг эркинлик даражаси сонини билиш учун фазалар қоидасидан фойдаланилади:
S = К – Ф + 2 = 2 – 2 + 2 = 2, (11.2)

бу ерда S – эркинлик даражаси сони; Ф – фазалар сони (Ф=2); К – компонентлар сони (К=2).

Шундай қилиб, системанинг ҳолатини белгиловчи учта катталик (ҳарорат, босим, концентрация) дан исталган иккитасини танлаш мумкин. Агар мисол тариқасида босим ва ҳарорат танланса, у ҳолда система­нинг таркиби (яъни суюқлик ва буғ фазаларидаги компонентларнинг концентрацияси) маълум бир қийматга эга бўлади.
Бинар системаларнинг мувозанат ҳолатдаги фазалар таркиби Д.П. Коновалов томонидан ўрганилган ва иккита қонун таклиф этилган.
Коноваловнинг биринчи қонуни қуйидагича таърифланади: «Суюқликка қўшилган компонент суюқлик устидаги босимнинг ортишига ёки суюқлик қайнаш ҳароратининг пасайишига сабабчи бўлса, бундай ҳолатда буғнинг ушбу компонент билан бойиши юз беради».
Босим эгри чизиғи максимум ёки минимумга эга бўлган эритмалар учун суюқ фазанинг шундай таркиби маълумки, бундай шароитда ажралиб чиқаётган буғларнинг таркиби суюқ фазанинг таркиби билан бир хил бўлиб қолади. Бундай аралашма азеотроп ёки алоҳида қайнатилган аралашма деб аталади. Конаваловнинг иккинчи қонуни азеотроп аралашма таркибини аниқлашга имкон беради: «Аралашманинг буғ босими (ёки қайнаш ҳароратлари) экстремумларида (яъни эгри чизиқларнинг максимал чўққиларида) суюқлик ва буғ фазаларининг таркиблари бир хил бўлиб қолади».
Азеотроп системада босимнинг ўзгариши билан система мувозанатининг ўзгариши юз беради, натижада буғ фазасининг мувозанат таркиби ўзгаради. Бу ўзгаришнинг моҳиятини аниқлаш учун М.С. Вревский томонидан иккита қонун таклиф этилган:
1. Икки компонентли аралашманинг қайнаш ҳарорати (ёки босими) оширилганда буғларнинг таркибида буғланиши учун катта энергия талаб қилувчи компонентнинг нисбий миқдори ортади.
2. Буғининг учувчанлиги максимумга эга бўлган эритмаларнинг ҳарорати (ёки босими) оширилганда, азеотроп аралашмаларда буғланиши учун катта энергия сарфини талаб қилувчи компонентнинг нисбий миқдори ортади. Буғининг учувчанлиги минимумига эга бўлган эритмаларнинг қайнаш ҳарорати оширилганда азеотроп аралашмада буғланиши учун кам энергия талаб қилувчи компонентнинг нисбий миқдори кўпаяди.