Équilibre de vapeur-liquide est un État où se trouve un composant pur ou un mélange de phases liquide et vapeur, avec un équilibre mécanique et thermique et aucun transfert de masse nette entre les deux phases. Liquide et vapeur sont séparées par la gravité et de la chaleur (Figure 1). Le mélange liquide est inséré dans le système, qui est mis dans un état vide avec une pompe à vide. La vapeur est condensée et retournée à mélanger avec du liquide, qui est ensuite transmis à la chambre de bouillante. Différences dans les résultats de point d’ébullition à une séparation du mélange. Le point d’ébullition de l’eau est plus élevé que celle des composants ajoutés, donc les composants volatils commencent à s’évaporer.

Figure 1 : Une représentation de l’appareil

Un coefficient d’activité est défini comme le rapport entre la fugacité d’un composant dans un mélange réel à la fugacité de la solution idéale de même composition. Fugacité est une propriété utilisée pour montrer les différences entre les potentiels chimiques à États standards. Vapor phase fugacités peuvent être exprimées en fonction d’un coefficient de fugacité [φ : f_je^V = φ j’y_j’ai f_j’ai^0V ], avec y_j’ai = fraction molaire d’i dans la phase vapeur et f_j’ai^0V = la vapeur standard fugacité d’État (la fugacité de la vapeur de purs à T et P). Pour les faibles pressions, comme dans cette expérience, φ_j’ai = 1 et f_j’ai^0V = P. liquide fugacités de phase peuvent être exprimées en termes d’une activité coefficient γ_j’ai: f_i^L = γ_i x_i f_i ^{0 L} , avec x_j’ai = fraction molaire de i dans la phase liquide et f_j’ai^{0 L} = la fugacité de l’état liquide.

À la pression de saturation (P_i^s) de ce T, la fugacité de liquides purs est P_i^s, car la vapeur pure et le liquide sont en équilibre. Fugacités liquides étant uniquement des fonctions de pression faibles, nous pouvons rapprochant la fugacité liquides purs à T et P (f_j’ai^{0 L}) P_i^s, tant que la différence entre P_i^s et P n’est pas grande. Cette approximation est généralement appelée « négliger la correction de Poynting ». Si les expérimentateurs utilisent un appareil VLE pour mesurer la composition de la vapeur et le liquide qui est en équilibre, expérimentateurs peuvent calculer directement les coefficients d’activité fournis également mesurer P et T. T doit être mesuré pour déterminer P_je^S pour tous j’ai.

Au cœur du dispositif VLE, utilisé dans cette expérience pour déterminer la composition des mélanges, est une pompe Cottrell qui « crache » le liquide bouillant dans une chambre bien isolée, de l’équilibre. Deux vannes de prélèvement opéré par magnétisme permettent de retrait des échantillons de liquide et condensation de vapeur. Un grand réservoir permet d’amortir les pulsations de pression dans le système comme les commutateurs de soupape de commande marche-arrêt et des fluctuations causées par la pompe Cottrell. Une fuite lente peut être utilisée pour créer un équilibre entre le taux de retrait de l’air et le taux d’entrée d’air pour maintenir une pression constante, si nécessaire.

Manière comparable à résoudre pour l’équilibre de vapeur-liquide consiste à utiliser une variété de modèles. Loi de Raoult, la Loi de Dalton et la Loi de Henry sont des modèles tout théoriques qui peuvent trouver les données de concentration d’équilibre de vapeur-liquide. Les trois modèles sont liées à la proportionnalité des pressions partielles, la pression totale et les fractions molaires des substances. Équation de Wilson s’est avérée pour être précis pour les liquides miscibles, tout en n’étant ne pas trop complexes. En outre, le modèle de Wilson intègre coefficients d’activité pour tenir compte de l’écart par rapport à des valeurs idéales.

Les coefficients d’activité des données ne montrent pas d’importants écarts par rapport à une valeur moyenne pour chaque composant (tableau 1). C’est comme prévu parce que le composant intermédiaire compositions il ne sont pas de grandes variations. Toutefois, les composants près 1 ont 1 près de γ. Faible composition composants ont élevé de γ. Composants plus hautes concentration dans un mélange qui aura une déviation réduite, donc il sera plus proche de l’idéal (γ = 1). Composants avec des concentrations plus faibles dans un mélange aura des déviations plus élevées, donc leur γ sera supérieur à 1.

Tableau 1 : Résultats de chaque échantillonnage des données expérimentales.

Les données ont été ajustées aux paramètres de modèle de Wilson et les coefficients ont été calculés (tableau 2). Une simple réduction de la somme des résidus au carré entre expérimental et coefficients d’activité Wilson l’équation (1) a été utilisé. Ceci a été réalisé à l’aide de la fonction solveur d’Excel. L’intrigue de parité montré concerne les coefficients d’activité de la Wilson équation modèle coefficients d’activité constaté expérimentalement. Les coefficients d’activité expérimentale ont été calculés et graphiquement par rapport aux coefficients calculés modèle.

Tableau 2 : Résultats de l’ajustement des données pour les paramètres de modèle de Wilson.

(1)

Les valeurs des paramètres trouvés étaient le meilleur ajustement (tableau 3). Idéalement la corrélation est le long de y = x ligne ; Cependant, une corrélation significative ressemblant à l’idéal a été observée (Figure 2). Les coefficients d’activité des données n’ont pas montré d’importants écarts par rapport à une valeur moyenne pour chaque composant, comme prévu. Une réduction de la somme des résidus au carré entre expérimental et coefficients d’activité équation Wilson a été utilisé avec la fonction solveur d’Excel. L’intrigue de parité concerne les coefficients d’activité de la Wilson équation modèle coefficients d’activité constaté expérimentalement.

Tableau 3 : modèle paramètres avec l’eau (a), MeOH (b) et IPA (c). Les valeurs expérimentales sont comparées aux valeurs attendues.

Figure 2 : Représentation de la corrélation entre les coefficients d’activité expérimentale et les coefficients d’activité modèle.

Cette expérience a démontré l’équilibration des mélanges de méthanol - alcool isopropylique - liquide-vapeur d’eau à une température constante P = 700 mm Hg et comment mesurer la température et la composition et de calculer des coefficients d’activité. Les coefficients d’activité des données n’ont pas significativement dévié d’une valeur moyenne pour chaque composant, comme prévu. Une réduction de la somme des résidus au carré entre expérimental et coefficients d’activité équation Wilson a été utilisé avec la fonction solveur d’Excel. L’intrigue de parité concerne les coefficients d’activité de la Wilson équation modèle coefficients d’activité constaté expérimentalement.

Dans l’industrie du pétrole, distillation est le principal processus de séparation des produits pétroliers. Plusieurs raffineries de pétrole utilisent distillation de pétrole brut¹. Hydrocarbures légers sont séparés des particules les plus lourdes, séparation basée sur les points d’ébullition¹. Matériaux lourds tels que gaz huiles s’accumuler dans les plaques inférieures, tandis que les matériaux légers comme le propane et le butane se lever¹. Hydrocarbures, tels que les carburants diesel, essence et jet sont séparés¹. Ce processus est souvent répété plusieurs fois de complètement séparer et d’affiner les produits¹. Raffineries exécutent ces processus à l’état stable, création sans cesse de nouveaux produits à pleine capacité, donc l’efficacité est la clé¹. Ingénieurs chimistes travaillant sur ces processus se concentrer sur l’optimisation de l’efficacité de la production¹.

Colonnes de distillation de bac sont également utilisés pour séparer une variété de produits chimiques. L’éthanol est un de ces produits. Par le biais de processus étroitement liés, une variété de produits tels que les boissons alcoolisées, la bière et l’éthanol-carburant peuvent tous être distillée². Des quantités d’alcool peuvent être séparées de l’eau afin de créer une preuve spécifique². Ce processus est limité à la réduction du pourcentage d’eau dans le produit, mais ne peut pas l’éliminer complètement². Afin d’éliminer complètement l’eau, distillation azéotropique est requise, qui utilise des produits chimiques extracteur pour séparer l’eau de l’éthanol².