Относительная волатильность - Relative volatility

Относительная летучесть - это мера, сравнивающая давление пара компонентов в жидкой смеси химических веществ. Это количество широко используется при разработке крупных промышленных процессов дистилляции . Фактически, это указывает на легкость или сложность использования дистилляции для отделения более летучих компонентов от менее летучих компонентов в смеси. Условно относительная волатильность обычно обозначается как . ${\ displaystyle \ alpha}$

Относительная летучесть используется при разработке всех типов процессов дистилляции, а также других процессов разделения или абсорбции, которые включают контактирование паровой и жидкой фаз в серии равновесных стадий .

Относительная летучесть не используется в процессах разделения или абсорбции, в которых компоненты взаимодействуют друг с другом (например, абсорбция газообразного диоксида углерода водными растворами гидроксида натрия ).

Определение

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

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

куда:
${\ displaystyle \ alpha}$	= относительная летучесть более летучего компонента по отношению к менее летучему компоненту${\ displaystyle i}$${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle y_ {i}}$	= равновесная мольная доля пар-жидкость компонента в паровой фазе ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle x_ {i}}$	= равновесная мольная доля пар-жидкость компонента в жидкой фазе ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle y_ {j}}$	= парожидкостная равновесная концентрация компонента в паровой фазе ${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle x_ {j}}$	= парожидкостная равновесная концентрация компонента в жидкой фазе ${\ displaystyle j}$
${\ Displaystyle (у / х)}$	= Константа закона Генри (также называемая значением K или коэффициентом распределения пар-жидкость ) компонента

Когда их жидкие концентрации равны, более летучие компоненты имеют более высокое давление пара, чем менее летучие компоненты. Таким образом, значение (= ) для более летучего компонента больше, чем значение для менее летучего компонента. Это означает, что ≥ 1, поскольку большее значение для более летучего компонента указано в числителе, а меньшее значение для менее летучего компонента - в знаменателе. ${\ displaystyle K}$${\ displaystyle y / x}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle \ alpha}$безразмерная величина. Когда летучесть обоих ключевых компонентов одинакова, = 1 и разделение этих двух перегонкой было бы невозможно в данных условиях, потому что составы жидкой и паровой фазы одинаковы ( азеотроп ). По мере увеличения значения выше 1 разделение дистилляцией становится все легче. ${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$

Принципиальная схема типичной крупномасштабной промышленной дистилляционной колонны

Жидкая смесь, содержащая два компонента, называется бинарной смесью. Когда бинарная смесь перегоняется, полное разделение двух компонентов достигается редко. Обычно фракция верхнего погона из дистилляционной колонны состоит преимущественно из более летучего компонента и некоторого небольшого количества менее летучего компонента, а нижняя фракция состоит преимущественно из менее летучего компонента и некоторого небольшого количества более летучего компонента.

Жидкая смесь, содержащая множество компонентов, называется многокомпонентной смесью. Когда многокомпонентная смесь перегоняется, верхняя и нижняя фракции обычно содержат гораздо больше, чем один или два компонента. Например, некоторые промежуточные продукты на нефтеперерабатывающем заводе представляют собой многокомпонентные жидкие смеси, которые могут содержать алканы , алкены и алкиновые углеводороды в диапазоне от метана с одним атомом углерода до деканов с десятью атомами углерода. Для перегонки такой смеси ректификационная колонна может быть спроектирована (например) для производства:

• Верхний погон, содержащий преимущественно более летучие компоненты от метана (с одним атомом углерода) до пропана (с тремя атомами углерода).
• Нижняя фракция, содержащая преимущественно менее летучие компоненты, от изобутана (с четырьмя атомами углерода) до деканов (с десятью атомами углерода).

Такая ректификационная колонна обычно называется депропанизатором.

Проектировщик назначил бы ключевыми компонентами, определяющими конструкцию 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 точкой кипения (или более высоким давлением пара), а более тяжелый компонент означает компонент с более высокой точкой кипения (или более низким давлением пара).

Таким образом, для перегонки любой многокомпонентной смеси относительная летучесть часто определяется как

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

Крупномасштабная промышленная дистилляция редко проводится, если относительная летучесть менее 1,05.

Значения были коррелированы эмпирически или теоретически с точки зрения температуры, давления и фазового состава в форме уравнений, таблиц или графиков, таких как хорошо известные диаграммы ДеПристера . ${\ displaystyle K}$

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

Смотрите также

• Непрерывная перегонка
• Фракционная перегонка
• Вакуумная перегонка
• Колонна фракционирования
• Фазовая диаграмма
• Теоретическая пластина
• Метод МакКейба – Тиле
• Уравнение Фенске
• Равновесная вспышка многокомпонентной жидкости
• Летучесть (химия)

использованная литература

внешние ссылки

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