Фазовое равновесие

/>Фазовое равновесие

Замерзание водных растворов различных солей характеризуется фазовой диаграммой, показанной. Растворение соли снижает температуру замерзания раствора. Раствор с концентрацией соли С остается полностью в жидком состоянии до тех пор, пока его температура не понизится до значения 0ь при дальнейшем охлаждении из раствора выделяется лед, и при этом концентрация его увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура эвтектической точки Qe, после чего раствор полностью отвердевает и превращается в смесь льда и соли. Если до начала замораживания концентрация раствора превышает концентрацию эвтектики се , то при охлаждении лед не возникает до тех, пока не будет достигнута температура 9е ; при дальнейшем понижении температуры такого раствора из него будет выпадать излишек соли.

Фазовая диаграмма характеризует не только отвердевание раствора, но и процесс растворения твердой фазы, содержащейся в системе из твердой и жидкой составляющих. Она показывает наиболее низкую температуру 8е, при которой способна растворяться соль, и минимальное количество ее, необходимое для растворения некоторого определенного объема льда при данной температуре. В решении нашей проблемы чрезвычайно важную роль играет кристаллизационная вода (а также и любая другая, которая может находиться во льду в качестве жидкой фазы); ее следует учитывать для определения поправок к вычисленным объемам солей, необходимым для растворения ледяной корки. Каждой концентрации сх раствора соответствует определенная температура замерзания qx (разная для различных со: лей); поэтому сх можно назвать эквивалентной концентрацией для данной температуры.

Предотвращение замерзания льда. Предположим, что на интересующем нас участке имеется некоторое определенное количество воды и что мы ожидаем здесь понижение температуры до е„ (ниже точки замерзания). Имея фазовую диаграмму, нетрудно определить количество соли, необходимое для предотвращения замерзания воды: соли нужно столько, чтобы получить раствор, имеющий эквивалентную концентрацию сп (с учетом кристаллизационной воды). Если растворение соли происходит при температуре, более высокой, чем 6„ , то запас энергии и теплообмен можно в расчет не принимать. Отсюда ясно, что само по себе предупреждение льдообразования — проблема, технически простая; сложность заключается в достаточно точном определении имеющегося количества воды, а также в оценке ожидаемой температуры охлаждения.

Растворение ледяных корок. Для полного и длительно сохраняющегося растворения ледяной корки, имеющей некоторую определенную толщину (или слоя снега с соответствующим водным эквивалентом), при известной температуре 0О необходимо израсходовать такое количество соли, чтобы, смешавшись со льдом и кристаллизационной водой, она дала раствор с «эквивалентной концентрацией» сп . Однако, как упоминалось выше, процесс растворения зависит от энергетического баланса и теплообмена между раствором, воздухом и грунтом; поэтому время, необходимое для растворения льда, по фазовой диаграмме определить невозможно.

Применение эвтектических концентраций се имеет некоторое преимущество перед использованием эквивалентных концентраций сх , так как в первом случае температура раствора (поверхность льда, на которой находится соль) будет равна температуре эвтектической точки ве до тех пор, пока лед не растворится полностью. Понятно, что это значительно уменьшает время, необходимое для растворения. Однако в большинстве случаев использование эвтектических концентраций оказывается невыгодным по экономическим или каким-либо другим соображениям. Применять концентрации больше се вообще бессмысленно.

Расчет количества солей, необходимого для получения эквивалентных или эвтектических концентраций. Предположим, мы должны растворить ледяную корку площадью 1 м2 и толщиной 1 мм при температуре -10° С. Какое количество той или иной соли нужно внести, чтобы получить эквивалентные или эвтектические концентрации криогидрата?

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи