تعادلات بخار-مایع
نقطه جوش مایع خالص فقط به فشار بستگی دارد. اما برای محلول های چند جزئی، نقطه جوش علاوه بر فشار به غلظت سازندگان نیز بستگی دارد.
تعادل در فشار ثابت \(T_{xy}\)
اگر مخلوط مایعی دارای اجزای A و B با کسر مولی \(x_{A1}\) و \(x_{B1}\) را در فشار ثابت \(p_t\) گرم کنیم و در اولین لحظات جوشش و تشکیل اولین حباب، دما \(T_{b1}\) و کسر مولی بخار حاصله که در تعادل با مایع می باشد، \(y_{A1}\) و \(y_{B1}\) است.
قرارداد: در محلول های دو جزئی دو جز را A و B نام گذاری کرده و جزء A که فشار بخار خالص بالاتری از جزء B دارد را جزء فرارتر می نامیم و نمودار ها را بر حسب کسر مولی جزء فرارتر رسم می کنیم.
اگر آزمایش را برای \(x_{A}\) های مختلف تکرار کنیم، نقاط تعادلی مختلفی را بدست می آوریم که حاصل آن منحنی تعادلی \(T_{xy}\) می شود.
این منحنی همانطوریکه در شکل زیر نشان داده شده است شامل دو منحنی می باشد.
منحنی تعادلی در فشار ثابت Txy
منحنی پایینی مکان هندسی نقاطی است که هر نقطه از آن دما و غلظت اجزای مخلوط مایع در حال جوش را نشان می دهد (منحنی جوش)
منحنی بالایی مکان هندسی نقاطی است که هر نقطه از آن دما و غلظت اجزای مخلوط بخار اشباع را نشان می دهد (منحنی شبنم)
هر خط افقی در دیاگرام \(T_{xy}\) یک خط رابط (Tie line) که نشاندهنده یک نقطه تعادلی (x و y تعادلی) است. با رسم x و y تعادلی روی منحنی جداگانه، منحنی تعادلی بخار-مایع حاصل می شود.
مقادیر نسبی فازهای در حال تعادل توسط رابطه زیر تعیین می شود.
\({ \text{ِD مولهای} \over \text{ِF مولهای}}={ \text{ِEF طول پاره خط} \over \text{ِDE طول پاره خط}} \)
نکته:
نقطه جوش یک محلول فاقد معنی است، زیرا عمل تبخیر در یک محدوده دما از نقطه حباب تا شبنم انجام می گیرد.
اگر در هر دما x و y را از \(T_{xy}\) بخوانیم و در منحنی جداگانه ای رسم کنیم، دیاگرام تعادلی بخار و مایع حاصل می شود که ارتباط میان ترکیب درصد فازهای بخار و مایع را در دماهای مختلف نشان می دهد.
اگر فشار را زیاد کنیم، نقطه جوش و نقطه شبنم ماده خالص بالا می رود و منحنی های جوش و شبنم به هم نزدیک تر می شود.
با افزایش فشار، منحنی تعادلی xy به خط \(x=y\) نزدیک تر شده و در نتیجه جداسازی اجزاء سخت تر می شود.
اثر افزایش فشار را در شکل زیر مشاهده می کنید.
اثر افزایش فشار بر تعادل مایع بخار
نکات:
اگر فشار از فشار بحرانی یک از سازندگان بالاتر باشد، تمایزی بین فازهای بخار و مایع آن سازنده وجود نخواهد داشت و لذا منحنی بسته کوتاهتر خواهد شد \(p>p_{t3}\).
جداسازی به روش تقطیر تنها در نواحی که منحنی بسته کامل وجود داشته باشد امکان پذیر است.
