Относительная волатильность

Относительная летучесть — это мера сравнения давления паров компонентов в жидкой смеси химикатов. Это количество широко используется при проектировании крупных промышленных процессов дистилляции . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} По сути, это указывает на простоту или сложность использования перегонки для отделения более летучих компонентов от менее летучих компонентов в смеси. Условно относительную волатильность обычно обозначают как $\alpha$ .

Относительные летучести используются при расчете всех типов процессов дистилляции, а также других процессов разделения или абсорбции , которые включают контакт паровой и жидкой фаз в ряде равновесных стадий .

Относительная летучесть не используется в процессах разделения или абсорбции, в которых участвуют компоненты, реагирующие друг с другом (например, абсорбция газообразного диоксида углерода в водных растворах гидроксида натрия ).

Определение

Для жидкой смеси двух компонентов (называемой бинарной смесью ) при заданных температуре и давлении относительная летучесть определяется как

\alpha ={\frac {(y_{i}/x_{i})}{(y_{j}/x_{j})}}=K_{i}/K_{j}

где:
$\alpha$	= относительная летучесть более летучего компонента $i$ к менее летучему компоненту $j$
$y_{i}$	= в парожидкостном равновесии мольная доля компонента $i$ в паровой фазе
$x_{i}$	в парожидкостном равновесии = мольная доля компонента $i$ в жидкой фазе
$y_{j}$	= равновесная концентрация парожидкостного компонента $j$ в паровой фазе
$x_{j}$	= равновесная концентрация парожидкостного компонента $j$ в жидкой фазе
$(y/x)$	= Константа закона Генри (также называемая значением K или коэффициентом распределения пар-жидкость ) компонента

Когда их концентрации в жидкости равны, более летучие компоненты имеют более высокое давление пара, чем менее летучие компоненты. Таким образом, $K$ значение (= $y/x$ ) для более летучего компонента больше, чем $K$ значение для менее летучего компонента. Это означает, что $\alpha$ ≥ 1, поскольку чем больше $K$ значение более летучего компонента находится в числителе, а меньшего $K$ менее летучий компонент стоит в знаменателе.

$\alpha$ является безразмерной величиной. Когда волатильность обоих ключевых компонентов равна, $\alpha$ = 1, и разделение их перегонкой было бы невозможно в данных условиях, поскольку составы жидкости и паровой фазы одинаковы ( азеотроп ). Поскольку значение $\alpha$ увеличивается выше 1, разделение перегонкой становится все легче.

Жидкая смесь, содержащая два компонента, называется бинарной смесью. При перегонке бинарной смеси редко удается достичь полного разделения двух компонентов. Обычно фракция верхнего погона из дистилляционной колонны состоит преимущественно из более летучего компонента и небольшого количества менее летучего компонента, а кубовая фракция состоит преимущественно из менее летучего компонента и некоторого небольшого количества более летучего компонента.

Жидкая смесь, содержащая множество компонентов, называется многокомпонентной смесью. Когда перегоняют многокомпонентную смесь, верхняя фракция и кубовая фракция обычно содержат гораздо больше, чем один или два компонента. Например, некоторые промежуточные продукты на нефтеперерабатывающем заводе представляют собой многокомпонентные жидкие смеси, которые могут содержать алкановые , алкеновые и алкиновые углеводороды в диапазоне от метана , имеющего один углерода атом , до деканов, имеющих десять атомов углерода. Для перегонки такой смеси ректификационная колонна может быть рассчитана (например) на получение:

Головная фракция, содержащая преимущественно более летучие компоненты, от метана (имеющего один атом углерода) до пропана (имеющего три атома углерода).
Остаточная фракция, содержащая преимущественно менее летучие компоненты, от изобутана (с четырьмя атомами углерода) до деканов (десять атомов углерода).

Такую дистилляционную колонну обычно называют депропанизатором.

Проектировщик обозначил бы ключевые компоненты, определяющие проект разделения: пропан как так называемый легкий ключ (LK) и изобутан как так называемый тяжелый ключ (HK) . В этом контексте более легкий компонент означает компонент с более низкой температурой кипения (или более высоким давлением пара), а более тяжелый компонент означает компонент с более высокой температурой кипения (или более низким давлением пара).

Так, для перегонки любой многокомпонентной смеси относительную летучесть часто определяют как

\alpha ={\frac {(y_{LK}/x_{LK})}{(y_{HK}/x_{HK})}}=K_{LK}/K_{HK}

Крупномасштабная промышленная перегонка проводится редко, если относительная волатильность меньше 1,05. ^{[ 2 ]}

Значения $K$ были сопоставлены эмпирически или теоретически с точки зрения температуры, давления и фазового состава в форме уравнений, таблиц или графиков, таких как известные диаграммы Де Пристера . ^{[ 4 ]}

$K$ значения широко используются при проектировании крупногабаритных ректификационных колонн для перегонки многокомпонентных смесей на нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических предприятиях , предприятиях по переработке природного газа и других отраслях промышленности.

См. также

Ссылки

^ Кистер, Генри З. (1992). Проектирование дистилляции (1-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-034909-6 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Перри, Р.Х. и Грин, Д.В. (редакторы) (1997). Справочник инженеров-химиков Перри (7-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049841-5 . {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Сидер, Дж. Д. и Хенли, Эрнест Дж. (1998). Принципы процесса разделения . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 0-471-58626-9 .
^ ДеПристер, CL (1953), Chem. англ. Прог. Серия симпозиумов , 7, 49 , страницы 1–43.

Внешние ссылки

Теория дистилляции Ивара Дж. Халворсена и Сигурда Скогестада, Норвежский университет науки и технологий (прокрутите вниз до: 2.2.3 K-значения и относительная волатильность)
«Принципы дистилляции» , Минг Т. Там, Университет Ньюкасла-апон-Тайн (прокрутите вниз до раздела «Относительная волатильность»)

[Kister-1] Кистер, Генри З. (1992). Проектирование дистилляции (1-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-034909-6 .

[Perry-2] Перейти обратно: ^а ^б Перри, Р.Х. и Грин, Д.В. (редакторы) (1997). Справочник инженеров-химиков Перри (7-е изд.). МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-049841-5 . {{cite book}}: |author= имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[SeaderHenley-3] Сидер, Дж. Д. и Хенли, Эрнест Дж. (1998). Принципы процесса разделения . Нью-Йорк: Уайли. ISBN 0-471-58626-9 .

[4] ДеПристер, CL (1953), Chem. англ. Прог. Серия симпозиумов , 7, 49 , страницы 1–43.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

v т и Химическое равновесие
Концепции	Химическая стабильность Хелатирование Динамическое равновесие Равновесная химия Стадия равновесия Бесплатная энергия Гиббс Гельмгольц Принцип Ле Шателье Разделение фаз Обратимая реакция Термодинамическое равновесие
Модели	Константа равновесия определение Фазовая диаграмма Диаграмма доминирования Правило фаз Коэффициент реакции Термодинамическая активность
Приложения	Буферный раствор Равновесие разворачивается Жидкостно-жидкостная экстракция
Конкретные равновесия	Кислотная диссоциация Функция кислотности Гаммета Константа связывания Селективность связывания Координационные комплексы Макроциклический эффект Константа диссоциации Гидролиз Самоионизация воды Раздел Коэффициент распределения Растворимость Эффект общего иона Пар–жидкость Закон Генри