Echilibre de faza in sisteme tricomponente lichid-vapori

Echilibre de faza in sisteme tricomponente lichid-vapori

Studiul echilibrelor lichid-vapori in sisteme tricomponente necesita cunoasterea fazelor coexistente precum si a dependentei temperaturii de fierbere de compozitia la echilibru. Daca corpurile sunt miscibile in orice proportie, atat in faza solida cat si in faza de vapori, diagramele izobare pot fi reprezentate tot prin prisme triunghiulare. Prin sectiuni ale prismelor se pot pune in evidenta coexistenta fazelor la echilibru. In sistemele ternare pot apare si doi sau trei azeotropi binari precum si un azeotrop ternar. Presupunand existenta unui azeotrop cu minim ca in figuara 8.39, intre componentii C₁ si C₂, pe suprafata de fierbere se inregistreaza curba de separare C₃A care apare ca o rigola de scurgere si imparte intreaga suprafata in zone de distilare. In figura 8.39 se remarca doua campuri de distilare. Daca numai un cuplu binar din cei trei componenti formeaza un azeotrop, curba de separare C₃A uneste componentul C₃ cu azeotropul format intre C₁ si C₂.

Figura 8.39 Izoterme de distilare in ternar Figuara 8.40 Sistem cu trei azeotropi binari C₁ toluen; C₂ xilen; C₃= benzen -A- (C₁+C₂) ; -B- (C₂+C₃); -C- (C₁+C₃)

Traiectoriile de vaporizare pornesc din C₃ si ajung fie la C₁, fie la C₂. Un amestec situat la dreapta curbei C₃A nu va conduce prin distilare la componentul C₁ pur, se va obtine succesiv C₃, azeotropul (C₁+C₂) si C₂.

Un amestec situat la stanga curbei de separare nu poate conduce la componentul C₂ pur si se obtine, in urma distilarii, succesiv componentul C₃, azeotropul (C₁+C₂) si componentul C₁. Daca sistemul ternar admite doi azeotropi binari, curba de separare uneste punctele reprezentative ale compozitiilor celor doi azeotropi si nu trece prin nici unul din virfurile triunghiului Gibbs. Intr-un astfel de caz nu se poate obtine, prin distilarea ternarului, decat un singur component pur.

In figura 8.40 se evidentiaza trei azeotropi binari intre care (C₁+C₂) ; (C₂+C₃); (C₁+C₃), a caror compozitie este in punctele A, B si D. Curbele de separare se intalnesc in punctul O, care indica existenta unui azeotrop ternar, la o temperatura data, cu toate caracteristicile azeotropurilor binare. De exemplu daca azeotropul binar apa+alcool etilic este reprezentat de punctul B si daca compozitia acestui binar este J, separarea alcoolului se realizeaza prin adaos de benzen. Urmand dreapta JC₂, se trece prin K in campul de distilare al alcoolului.

Apa este antrenata in azeotropul ternar, constituit din 18,5% alcool, 75,4% benzen si 7,4% apa, la 64,9 ^oC, iar excesul de benzen trece cu o alta parte de alcool in azeotropul binar: 32,4% alcool + 67,6% benzen, la 68,2 ^oC.

Daca nu s-a adaugat benzen in exces, se obtine ca o coada de distilare, etanol pur. La adaosul de benzen nu trebuie sa se depaseasca proportia indicata de punctul L pentru ca distilarea sa conduca la vapori ai azeotropului ternar si la benzen, ca reziduu.

In figura 8.41 este reprezentata diagrama izobara a unui sistem ternar de corpuri miscibile atat in faza lichida cat si in faza de vapori. In proiectie apare mai evidenta coexistenta fazelor la echilibrul dintre faze.

Figura 8.41 Diagrama izobara lichid-vapori Figura 8.42 Sectiune izoterma la diagrama a unui sistem ternar la fierbere lichid vapori

Curbele l₁₂ - l₂₃ si V₁₂-V₂₃ leaga punctele de coexistenta dintre lichidul si vaporii ternarului. Intre domeniile omogene, reprezentate de o faza de gaz si o faza lichida, se interpune domeniul eterogen al lichidului si vaporilor, ca in figura 8.42.