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Dampfflüssigkeit Gleichgewicht

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Verstehen die Verteilung der chemischen Bestandteile in der Dampf- und Flüssigphase, unbedingt genannt Dampfflüssigkeit Gleichgewicht Design, Betrieb und Auswertung der vielen technischen Prozessen. Dampfflüssigkeit Gleichgewicht oder VLE ist ein Zustand, bei dem eine reine Komponente oder Mischung in die Flüssigkeit und Dampf Phasen vorhanden ist. Die Phasen sind im Gleichgewicht, was bedeutet, dass im Laufe der Zeit gab es keine Änderungen in den makroskopischen Eigenschaften des Systems. Einzelne Komponente VLE ist einfach zu visualisieren. Nehmen wir zum Beispiel Wasser, das im Gleichgewicht in der Dampf- und Flüssigphase bei 100 Grad Celsius und einem ATM oberhalb dieser Temperatur Wasser ist ein Dampf. Darunter ist Wasser eine Flüssigkeit. Allerdings treffen Ingenieure im allgemeinen Prozesse mit Mischungen im Gleichgewicht, die Analyse des VLE immer komplexer und somit wesentlich zum Gestaltungsprozess. Dieses Video wird veranschaulichen die Prinzipien hinter Dampfflüssigkeit Gleichgewicht von Mischungen und veranschaulichen die VLE einer Mischung im Labor analysieren. Schließlich werden einige Anwendungen der virtuellen Lernumgebungen im Bereich Chemieingenieurwesen eingeführt werden.

Wenn eine erhitzte Mischung in einem Dampfflüssigkeit Gleichgewicht ist, müssen Phasen der Dampf und Flüssigkeit in der Regel nicht die gleiche Zusammensetzung. Die Substanz mit dem niedrigeren Siedepunkt haben eine höhere Konzentration in der Dampf als der Stoff mit dem höheren Siedepunkt. So Ingenieure beziehen sich auf Komponenten in jeder Phase durch ihre Maulwurf Bruch wo Xi ist der Maulwurf Bruchteil der Arten ich in der Flüssigkeit und Yi ist der Maulwurf Bruchteil der Arten ich in der Dampfphase. Diese Beziehung wird oft dargestellt mit einem Xy-Kurve wie das hier abgebildete für eine Mischung der beiden Komponenten die veranschaulicht die Beziehung zwischen den einzelnen Komponenten in jeder Phase. Ein Ausgangspunkt für alle VLE Berechnungen ist das einfache Gleichgewicht Kriterium, wo die Vergänglichkeit der Gattung im Dampf der Vergänglichkeit der Gattung in der Flüssigkeit entspricht. Vergänglichkeit ist eine Eigenschaft im Zusammenhang mit der exponentiellen Unterschied zwischen der realen und idealen Gases Gibbs-Energie. Der Dampfphase, die Vergänglichkeit der Maulwurf Bruchteil der Arten entspricht mal ich in der Dampfphase der reinen Komponente Dampf Vergänglichkeit. Der Ausdruck kann vereinfacht werden, da der reinen Komponente Dampf Vergänglichkeit Druck bei niedrigem Druck annähernd gleich ist. Flüssigphase Fugacities sind eine Tätigkeit Koeffizienten ausgedrückt Gamma. Die Tätigkeit Koeffizienten ist definiert als das Verhältnis der Vergänglichkeit einer Komponente in einer tatsächlichen Mischung, die Vergänglichkeit eine ideale Lösung für die gleiche Zusammensetzung. Bei der Sättigung Dampfdruck würde der reinen Komponente flüssig Vergänglichkeit der Sättigung Dampfdruck gleich, weil die reine Dampf und Flüssigkeit im Gleichgewicht es sind. Schließlich, da die Flüssigkeit und Dampf Fugacities gleich sind, können wir weiter vereinfachen die Beziehung wie gezeigt, die auch bekannt als Raoult Gesetz ist. Die Sättigung Dampfdruck wird oft anhand der Antoine-Gleichung, wo die konstanten A, B und C sind artspezifisch und können in der Literatur gefunden werden. So, wenn wir die Kompositionen von Dampf und Flüssigkeit, die im Gleichgewicht sind Messen, direkt die Tätigkeit Koeffizienten berechnen wir durch die Messung von Temperatur und Druck und damit die Sättigung Dampfdruck. In diesem Experiment wird eine ternäre Mischung von Methanol, Isopropanol und Wasser untersucht werden. Verschiedene Zusammensetzungen der Mischung werden gekocht in einem VLE-Apparat und die niedrigeren Siedepunkt Komponenten verdampfen und sind in einem separaten Behälter gesammelt, während die Flüssigkeit zurück in das ursprüngliche Probengefäß sammelt. Gleichgewicht erreicht, sind die flüssigen und kondensierten Dampf-Fraktionen gesammelt und mit Gaschromatographie analysiert. Temperatur und die Flüssigkeit und Dampf Mole Brüche können die Tätigkeit Koeffizienten berechnet werden. Nun, da Sie die Konzepte der VLE und des Tests Apparates kennengelernt habe, mal sehen, wie das Experiment im Labor durchzuführen.

Um zu beginnen, entleeren Sie keine Flüssigkeit aus dem System heraus in ein Abfall Fläschchen. Denken Sie daran, das die Flüssigkeit nicht vollständig abfließen kann. Fügen Sie für den ersten Lauf eine Mischung aus 50 % Methanol, 30 % IPA und 20 % Wasser durch die Öffnung an der Spitze. Nach dem Befüllen der Mischungsverhältnis, die Heizung macht und Kondensator Wasser schalten. Das Gerät erfordert etwa 20 Minuten zum Ansatz Gleichgewicht. Das System ist nun bereit, das Experiment zu beginnen.

Wenn die Probe beginnt, Kochen, lassen Sie den Stopper um inerte Ausgang des Systems entlüften. Kondensierte Dampf wird sammeln. Wenn Gleichgewicht erreicht ist, stetig tropft der kondensierte Dampf und wieder, dass Flüssigkeit beachtet werden sollten. Mit der Temperatur stabil, um innerhalb von 0,3 Grad für 10 Minuten sammeln Sie ca. 1/2 Milliliter Flüssigkeit in Probenfläschchen aus dem kondensierten Dampf und die kochende Flüssigkeit. Entleeren des kondensierten Dampfes aus der letzten Probe. Fügen Sie eine neue Probe bestehend aus entweder 20 Milliliter reines Methanol oder 50 / 50 Methanol-Isopropanol durch den Probenport. Dies wird eine neue Gesamtkomposition geben. Herzustellen Sie das Gleichgewicht wieder, wie zuvor ausgeführt, jedoch erwarten Sie eine Temperaturdifferenz aus dem vorherigen Beispiel. Wiederholen Sie die Gleichgewichtherstellung und Stichprobenverfahren als vor, und dann sammeln Sie die zu analysierende Probe. Das Experiment mit verschiedenen Mischungen der drei Komponenten weiter. 12 Punkte sind ausreichend, um die Tätigkeit Koeffizienten und die binäre Interaktion Koeffizienten zu bestimmen. Ausführung alle Mischungen Herunterfahren des Systems durch die Heizung ausschalten. Wenn das Gerät beginnt zu kühlen, schalten Sie das Kondensator-Wasser. Schließlich messen Sie die Zusammensetzung der Flüssigkeit und Dampf Samples mit dem Gaschromatographen oder GC.

Berechnen Sie mit Hilfe der Systemtemperatur und die Flüssigkeit und Dampf Maulwurf Bruchteile von GC erworben, die Tätigkeit Koeffizienten. Dies erfordert zunächst, dass der Sättigungsdruck mithilfe der Antoine-Gleichung wo die konstanten A, B und C für jede Komponente in der Literatur findet man berechnet wird. Jetzt können wir die berechnete Tätigkeit Koeffizienten verwenden, um die Daten zu einem Modell zu korrelieren. Wir verwenden die Wilson-Gleichung nach einer ternären Mischung die Abweichungen von der Idealität in einer Mischung ausmacht. Die neun Lambda-Konstanten sind die Wilson-konstanten, die man gleich, wenn ich j entspricht. Für jedes Paar Ij gibt es zwei verschiedene Konstanten. Verwenden Sie eine nicht-lineare Regression und ein standard Summe der Quadrate verbleibende Funktion um die sechs verbleibenden Wilson konstanten mit den Maulwurf Bruchteil Daten aus dem Experiment bestimmen. Die Wilson-Konstanten werden dann verwendet, um die erwarteten Tätigkeit Koeffizienten für jede Komponente jeder Probe zu bestimmen. Hier zeigen wir den modellierten Tätigkeit Koeffizienten aufgetragen gegen die experimentelle Tätigkeit Koeffizienten. Im Idealfall würde die modellierten und experimentelle Tätigkeit Koeffizienten entlang der y gleich fallen x Linie. Wie Sie in der Regel sehen können, passen die modellierten und experimentellen Werte entlang dieser Linie zeigen, dass das Modell eine gute Anpassung an das reale System ist.

Verstehen und manipulieren die Dampfflüssigkeit Gleichgewicht von Gemischen ist ein wichtiger Bestandteil für eine Reihe von Prozessen vor allem Trennungen. Destillationskolonnen trennen Mischungen basierend auf ihre Volatilität mit unterschiedlichen Zusammensetzungen der einzelnen Komponenten in die Flüssigkeit und Dampf Phrasen auf jedes Fach. Die leichter flüchtige Komponente verdampft und gesammelt am oberen Rand der Spalte, während die weniger flüchtigen Komponente flüssig bleibt und wird an der Unterseite gesammelt. VLE Daten der Komponenten des Gemisches werden verwendet, um die Anzahl der Schalen, die Trennung in einer Destillationskolonne zu erreichen musste bestimmen. Dadurch können Ingenieure den Trennvorgang zu optimieren und Betriebs-Kosten niedrig zu halten. Eine weitere wertvolle Trenntechnik mit VLE ist Flash-Trennung. Flash-Trennung ist, zeigen Sie eine Flüssigkeit unter Druck gleich oder größer als seine Blase Druck Bedeutung blinkt, die es teilweise verdampft, wenn der Druck reduziert wird. Das Futter wird vorgewärmt somit bestehend aus etwas Flüssigkeit und etwas Dampf im Gleichgewicht. Es fließt dann durch ein Druckminderventil in den Separator. Der Grad der Verdampfung und damit die Menge des gelösten Stoffes im Dampf oder flüssigen Phasen richtet sich nach der ursprüngliche Zustand der Zuführungsstrom.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Dampfflüssigkeit Gleichgewicht beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen die Konzepte hinter VLE, wie es im Labor, und einige seiner Verwendungen in engineering-Prozesse gemessen wird. Danke fürs Zuschauen.

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