Относительная волатильность

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. По соглашению, относительная летучесть обычно обозначается как $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$.

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

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

• 1 Определение
• 2 См. Также
• 3 Ссылки
• 4 Внешние ссылки

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

$\alpha \; =\; (yi\; /\; xi)\; (yj\; /\; xj)\; =\; K\; i\; /\; K\; j\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(y\_\; \{i\}\; /\; x\_\; \{i\})\}\; \{(y\_\; \{j\}\; /\; x\_\; \{j\})\}\}\; =\; K\_\; \{i\}\; /\; K\_\; \{j\}\}$

где:
$\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$	= относительная изменчивость более летучего компонента $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\}$по отношению к менее летучему компоненту $j\; \{\backslash \; displaystyle\; j\}$
$yi\; \{\backslash \; displaystyle\; y\_\; \{i\}\}$	= равновесная пар-жидкость концентрация компонента $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\}$в паровой фазе
$xi\; \{\backslash \; displaystyle\; x\_\; \{i\}\}$	= равновесная концентрация пар-жидкость компонента $i\; \{\backslash \; displaystyle\; i\}$в жидкой фазе
$yj\; \{\backslash \; displaystyle\; y\_\; \{j\; \}\}$	= равновесная концентрация пара и жидкости компонента $j\; \{\backslash \; displaystyle\; j\}$в паровой фазе
$xj\; \{\backslash \; displaystyle\; x\_\; \{j\}\}$	= равновесная концентрация пар-жидкость компонента $j\; \{\backslash \; displaystyle\; j\}$в жидкая фаза
$(y\; /\; x)\; \{\backslash \; displaystyle\; (y\; /\; x)\}$	= закон Генри константа (также называется значение K или коэффициент распределения пар-жидкость ) компонента

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

$\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$- величина без единицы измерения. Когда летучесть обоих ключевых компонентов одинакова, $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$= 1, и разделение двух компонентов дистилляцией будет невозможно в данных условиях, поскольку состав жидкости и паровые фазы такие же (азеотроп ). По мере того как значение $\alpha \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\}$увеличивается выше 1, разделение путем дистилляции становится все легче.

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 много компонентов, называется многокомпонентной смесью. При перегонке многокомпонентной смеси верхняя и нижняя фракции обычно содержат намного больше, чем один или два компонента. Например, некоторые промежуточные продукты на нефтеперерабатывающем заводе представляют собой многокомпонентные жидкие смеси, которые могут содержать алкан, алкен и алкин углеводороды в диапазоне от метана с одним атомом углерода до деканов с десятью атомами углерода. Для перегонки такой смеси дистилляционная колонна может быть спроектирована (например) для производства:

• верхней фракции, содержащей преимущественно более летучие компоненты в диапазоне от метана (имеющего один атом углерода) до пропана (имеющего три атома углерода)
• кубовая фракция, содержащая преимущественно менее летучие компоненты в диапазоне от изобутана (с четырьмя атомами углерода) до деканов (десять атомов углерода).

Такая дистилляционная колонна является обычно называется депропанизатором. Разработчик должен обозначить ключевые компоненты, определяющие конструкцию разделения, как 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

$\alpha \; =\; (y\; LK\; /\; x\; LK)\; (y\; HK\; /\; x\; HK)\; =\; KLK\; /\; KHK\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; alpha\; =\; \{\backslash \; frac\; \{(y\_\; \{LK\}\; /\; x\_\; \{LK\})\}\; \{(y\_\; \{HK\}\; /\; x\_\; \{HK\})\}\}\; =\; K\_\; \{LK\}\; /\; K\_\; \{HK\}\}$

Большой- промышленная дистилляция в масштабе редко проводится, если относительная летучесть меньше 1,05.

Значения $K\; \{\backslash \; displaystyle\; K\}$коррелированы эмпирически или теоретически с точки зрения температуры, давление и фазовый состав в виде уравнений, таблиц или графиков, таких как хорошо известные диаграммы ДеПрайстера.

$K\; \{\backslash \; displaystyle\; K\}$значения, широко используются при проектировании крупномасштабных ректификационные колонны для перегонки многокомпонентных смесей на нефтеперерабатывающих заводах, нефтехимических и химических заводах, заводах по переработке природного газа и других отраслях промышленности.

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

• Теория дистилляции Ивар Дж. Халворсен и Сигурд Скогестад, Норвежский университет науки и технологий (прокрутите вниз до: 2.2.3 К-значения и относительная волатильность)
• Принципы дистилляции Минг Т. Тхам, Университет Ньюкасл-апон-Тайн ( прокрутите вниз до относительной волатильности)