ТЕХНОЛОГИЯ КАРБАМИДА

Выбор компонентов

Правило фаз Гиббса строго обусловливает число компонентов, но выбор самих компонентов остается произвольным и целиком определяется удобством решения тех или иных прак­тических задач.

В трехкомпонентной системе с незаторможенными равновеси­ями в качестве компонентов можно, например, принять NHf, СО2, H2Os. Компоненты формально тождественны веществам, смешение которых при определенных условиях приводит к реак­ции синтеза карбамида, но в брутто-форме представляют все много­образие реально существующих молекул (в том числе и молекулу карбамида),ионов, ассоциатов, возникающих по достижении рав­новесия процесса.

Пусть, например, состав жидкой фазы системы задан в виде аналитически определяемого числа молей карбамида пк, «сво­бодных» аммиака и диоксида углерода Mnhs> псог и воды пНг0. В действительности NH3 и С02 связаны в различных (кроме карбамида и цианата аммония) соединениях (см. табл. 1.1), но легко выделяются при аналитических операциях в свободном виде.

Разность Пн2о — пк показывает, что количество компонента H2OS представлено произвольно варьируемым количеством воды сверх стехиометрии по реакции синтеза карбамида Ч Если избы­точная вода не вводится и присутствие ее в системе обусловлено лишь протеканием реакции синтеза карбамида, то Пн„о = пк, nfi. o ="= 0, и система превращается в двухкомпонентную NHf— СО?.

В ряде задач можно представить компоненты в брутто-форме и другими способами. Пусть, например, заданы мольные доли карбамата аммония Хк, а, воды Хц2о, карбамида Хк и избыточ­ного аммиака Xnh3, а избыточная вода в системе отсутствует, т. е. ХНго = Хк. Нетрудно заметить, что содержание карбамата аммония, воды и карбамида обусловлено двумя уравнениями— стехиометрии реакции синтеза карбамида и эквимолярности карб­амида и воды. Поэтому три указанных вещества представляются одним компонентом, который принято называть «карбамат» 2. Второй компонент системы — избыточный аммиак. Числа молей компонентов представленной в таком виде бинарной системы равны:

Л«арб» = Хк. я + Хк

„2 ____ уизб

Nnh3 — anh3

В газовой фазе системы, за исключением специальных слу­чаев, не обнаруживаются химические реакции, компоненты в этом случае совпадают с веществами.

Наконец, в ряде задач целесообразно не разделять систему на фазы, брутто-числа молей компонентов относить к системе в целом, а мольное содержание одного из компонентов нормиро­вать, например, единицей. Смешаем 1 моль С02, L молей NH3, W молей Н20 и проведем реакцию синтеза карбамида. В системе
появится х молей карбамида, х + W молей воды, останется 1 — х молей С02 и L — 2х молей NH3, связанных в различных вещест­вах (табл. 1.1). Брутто-числа молей компонентов в системе по аналогии с (1.1) будут равны:

"nh, = (L-2x) + 2X = L

(1-х).

»H,o-(«7 + *) - Х-Г

Как видно, nf компонентов здесь численно совпадают с числами молей исходных веществ — реагентов, т. е. не зависят от глубины протекания реакции.

Для четырехкомпонентной системы с заторможенными равнове­сиями представить компоненты в брутто-форме в общем случае невозможно. В качестве четвертого компонента целесообразно выбрать карбамид, три остальные компонента — карбамат аммо­ния, избыточный аммиак и вода. В специальных случаях возмо­жны и другие способы представления компонентов, упрощающие решение задачи, например, в виде заторможенного «карбамата» и избыточного аммиака.