Suyuqlik muvozanatdagi harakati, ularning asosiy qonuniyatlari

26.1-rasm. Binar aralashmali uchuvchan suyuqliklarning sinflanishi:
1- komponentlari o’zro bir-birida erimaydigan suyuqliklar; 2 - komponentlari bir-biridan qisman eriydigan suyuqlik­lar; 3 - komponentlari bir-biridan to’la eriydigan va bug`lari bosimining o’zgarishi maksimum orqali ochtgan su­yuqliklar; 4 - ideal tizimlar;
5 — komponentlari bir-birida to’la eriydi­gan va bug`lari bosimining o’zgarishi minimum orqali ochtgan suyuqliklar.
Rektifikatsiya jarayoni spirt, neft mahsulotlari va sintetik kauchuk, mineral o’g’itlar ishlab chiqarishda ham keng ishlatiladi. Bulardan tashqari, vino, likyor-aroq va efir moylari ishlab chiqarishda ham rektifikatsiyadan foydalaniladi.
Aralashma komponentlarining qaynash haroratlari bir-biriga yaqin bo’lsa, bunday aralashmalami ajratish ancha qiyin hisoblanadi. Bunday hollarda haydashning maxsus usullari: ekstraktiv rektifikatsiya, azeotrop rektifikatsiya, molekulyar distillash va past haroratli rektifikatsiya jarayonlaridan foydalanish lozim.
Amalda ko’pincha ko’p komponentli aralashmalami ajratishga tochg`ri keladi, biroq jarayonning nazariyasini o’rganish uchun ikki komponentli, ya’ni binar aralashmani haydash yo’li bilan ajratishni ko’rib chiqish maqsadga muvofiqdir. Binar aralashma yengil va qiyin uchuvchan komponentlardan tashqil topgan bo’ladi.
Binar aralashmalarning sinflanishini D.P. Konovalov ishlab chiqqan (26.1-rasm). Bu rasmda turli binar aralashma bug`larining umumiy bosimi va suyuq faza o’rtasidagi bog`liqlik ko’rsatilgan. Vertikal ochqda o’zgarmas haroratda aralashma bug`ining umumiy bosimi berilgan bo’lsa, gorizontal ochqda esa suyuq fazaning tarkibi (% hisobida) ko’rsatilgan. Agar aralashma komponentlari o’zaro bir-birida erimasa (yoki juda oz miqdorda erisa), bu holat 1-chiziq orqali ifodalanadi. Bunda aralashma bug`larining bosimi toza komponentlar bug` bosimlarining yig`indisiga teng bo’ladi. Bu turdagi aralashmalarga benzol va suvning yoki uglerod sulfidi va suvning aralashmalari misol bo’ladi.
Binar aralashma komponentlari bir-birida qisman erisa, bunday aralashma bug`larining bosimi 2-chiziq bo’yicha o’zgaradi. Bunday tizimlarga suv-izobutil spirti, suv-izoamil spirti aralashmalari kiradi. Komponentlari o’zaro to’la va istalgan nisbatlarda bir-birida eriydigan aralashmalar bug`la­rining bosimi 3-chiziq bo’yicha o’zgaradi. Bunday aralashma bug`lari bosim yig`indisining o’zgarishi maksimum orqali o’tadi, bu holat maksimal haroratdagi suyuq fazaning tegishli tarkibi bilan belgilanadi. Bu turdagi aralashmaga etil spirti-suv aralashmasi misol bo’ladi.
Komponentlar bir-birida to’la erisa, aralashma bug`lari­ning umumiy bosimi minimumga ega bo’ladi (5-chiziq). Bunday aralashmalar qatoriga suv-chumoli kislotasi, aseton-xloroform aralashmalari kiradi. Bir komponent ikkinchi komponentda to’la erisayu, biroq bosim maksimum yoki minimumga ega bo’lmasa, bunday holat 4-chiziq orqali ifodalanadi. Bunday eritmalar ideal tizimlar deb yuritiladi (masalan: ammiak-suv; metil spirti-etil spirti).
Shunday qilib, P=f(x) chiziqning ko’rinishi tizim kom­ponentlari molekulalarining o’zaro ta`siri turlicha bo’lishi bilan bog`liq ekan.
Ideal eritmalarning xossalari Paul qonuni bilan ifoda­lanadi. Bu qonunga ko’ra, suyuqlik ustidagi bug`lar tarkibidagi komponentlarning parsial bosimi toza komponent bug`i bosimining komponentning suyuqlikdagi molyar ulushiga ko’paytirilganiga teng:
(26.1)
bu yerda — komponentning parsial bosimi; , — berilgan haroratdagi toza komponent bug`larining bosimi; , — kom­ponentning suyuqlikdagi molyar ulushi.
Aralashma bug`i bosimining o’zgarishi tochg`ri chiziqdan chetga chiqsa, bunday eritmalarning hosil bo’lishi ma’lum miqdordagi issiqlik effekti orqali boradi. Bu hol komponentlar molekulalari o’rtasida o’zaro ta`sir kuchi borligidan dalolat beradi.
Agar bir xil bo’lmagan molekulalar o’rtasidagi tortishish kuchi bir xil bo’lgan molekulalar o’rtasidagi tortishish kuchidan kam bo’lsa, aralashma bug`lari bosimning chizig`i ideal eritmalar chizig`ining yuqorigi tomonida joylashadi (1,2 va 3 chiziqlar). Agar bir xil bo’lmagan molekulalarning tortishish kuchi bir xil bo’lgan molekulalarning tortishish kuchidan katta bo’lsa, u holda bosimning egri chizig`i ideal eritmalar tochg`ri chizig`ining pastidan o’tadi (5-chiziq).
Bir xil bo’lmagan molekulalarning o’zaro tortishish kuchi juda kichik bo’lsa, bunda suyuq faza ikki qatlamga bo’linadi. Har bir komponent suyuq fazadan bug` fazasiga o’z molekulalarini yuboradi. Umumiy bosim berilgan haroratdagi toza komponentlar bosimlarining yig`indisiga teng (1 va 2 chiziqlar).
Haydash jarayonini hisoblash uchun muvozanatda bo’lgan suyuq va bug` fazalarining tarkibini bilish zarur. Suyuqlik va bug` fazalaridan iborat bo’lgan ikki komponentli aralashmalarning erkinlik darajasi sonini bilish uchun fazalar qoidasidan foydalaniladi:
S=K-F+2=2-2+2=2 (26.2)
bu yerda, S — erkinlik darajasi soni; F— fazalar soni (F= 2);
K — komponentlar soni (K=2).
Shunday qilib, tizimning holatini belgilovchi uchta kattalik (harorat, bosim, konsentratsiyasi)dan istalgan ikkitasini tanlash mumkin. Agar misol tariqasida bosim va harorat tanlansa, u holda tizimning tarkibi (ya’ni suyuqlik va bug` fazalaridagi komponentlarning konsentratsiyasi) ma’lum bir qiymatga ega bo’ladi.