Крива рівноваги на трикутній діаграмі

Процеси змішування в трикутній діаграмі, правило важіля

При змішуванні двох трикомпонентних розчинів складів R і Е (рис. 10.4.1,б) утворюється потрійна суміш, склад котрої характеризується точкою N, яка лежить на прямій RE, яка з'єднує вихідні склади. Положення точки N на прямій знаходять по правилу ричага, якщо відомо кількості взятих розчинів R і Е

(кількість R)/( кількість E) = EN/RN (11.5.1)

Звідки випливає, що якщо суміш N будь-яким методом розкласти на дві фракції R і Е, то точки R, Е і N, які відповідають цим трьом сумішам, повинні лежать на прямій RNE. Якщо відомо кількість суміші N, її склад і склади фракцій після розділення суміші, то легко знайти кількість цих фракцій по виразам:

(кількість R)/(кількість N) = EN/(RN+EN) = EN/RE (11.5.2)

(кількість Е)/( кількість N) = RN/(RN+EN) = RN/RE (11.5.3)

Трикутна діаграма (рис.10.6.1) може бути використана для зображення рівноваги в потрійних системах координат рідина - речовини, що розподіляється - рідина. Аби отримати уявлення про рівновагу в потрійних системах, розглянемо процес додавання речовини М, що розподіляється, до гетерогенної суміші двох розчинників L і G. Нехай речовина М, що розглядається, необмежено розчиняється в обох розчинниках L і G, а самі розчинники L і G мають обмежену взаємну розчинність.

Рис. 11.6.1. Крива рівноваги на трикутній діаграмі.

З трикутної діаграми, яку представлено на рис.11.6.1, видно, що якщо М і L а також М і G утворюють однорідні двокомпонентні розчини, склад котрих характеризується точками на сторонах діаграм LМ і GM, то розчинним L і G утворюють однорідні розчини лише на невеликих ділянках LR і EG. Будь-яка суміш розчинників на ділянці RE розшаровується на два однорідних двокомпонентних насичених розчина R (насичений розчин G в L) і Е (насичений розчин L в G). Кількість насичених розчинів в кожному з двох шарів, що утворилися, залежить від положення точки N , яка виражає середній склад двофазної системи, і може бути визначена по правилу ричага з виразів (11.5.1) - (11.5.3).

При додаванні речовини М, що розподіляється, в суміш склaду N отримуємо потрійну суміш, склад котрої характеризується точкою N1, яка лежить на прямій змішyвання NM. Суміш складу N1 розшаровується на дві фази з рівноважними складами R1 (фаза розчинника L) і Е1 (фаза розчинника G) в кількісному співвідношенні E1N1:R1N1.

При додаванні в суміш наступних порцій М2, М3,... отримаємо ряд потрійних сумішей
складу N2, N3, .... котрі, як видно в попередньому випадку, розшаровуються на рівноважні
потрійні суміші складу R2 і Е2, R3 і Е3 і т.д. Як видно з діаграми, змінюються і вагові
співвідношення рівноважних розчинів до моменту, коли одна з фаз щезає (в нашому випадку при N5). При ще більшому розвeденні компонентом, що розподіляється, маємо лише однорідні потрійні розчини складу N6 і інші.

З'єднавши R1 і Е1, R2 і E2, ... лініями, отримаємо хорди рівноваги R1 E1, R2 Е2 які з'єднують на діаграмі рівноважні склади. Хорди рівноваги, зменшуючись, сходяться в точці К, яка зветься критичною.

З'єднавши точки, які відповідають рівноважним складам, плавною кривою RR1R2 ... К ... Е2Е1Е, отримаємо криву рівноваги , або так звану бінодальну криву, одна гілка RK котрої характеризує рівноважні склади фази розчинника L, а друга ЕК - рівноважні склади фази розчинника G.

Бінодальна крива на трикутній діаграмі обмежує площу, яка відповідає двофазним сумішам; площа діаграми поза кривою відповідає однофазним розчинам. Для процесу екстракції цікавість являє лише зона двофазних розчинів.

По трикутній діаграмі легко знайти коефіцієнт розподілення ψ для будь-якої пари рівноважних розчинів. Так як для двох розчинів R і Ε (рис. 11.6.2) коефіцієнт розподілення ψ дорівнює:

ψ = (концентрація М в фазі F)/( концентрація М в фазі R) (11.6.1)

причому величина ψ може бути більше одиниці (рис. 11.6.2,а), менше одиниці (рис. 11.6.2,б) або рівна одиниці (рис. 11.6.2,в).

ψ>1 ψ<1 ψ=1

Рис. 11.6.2. До розрахунку коефіцієнта розподілення.

Нахил хорди рівноваги визначається природою компонентів і складом фаз.