химический каталог




Физическая химия

Автор Б.П.Никольский, Н.А.Смирнова, М.Ю.Панов, Н.В.Лутугина и др.

аствора. В то же время концентрация легколетучего компонента в азеотропе также приобретает новое значение. Сопоставим теперь выражения (V. 186) и (V. 192), а также (V. 187) и (V. 193). Правые части этих равенств одинаковы и следовательно:

или

^ дТ )ех (дЮ!дх*)М - (дЮ/дх*)^ L J '

Как вытекает из выражений (V. 195) и (V. 196), соотношение изменений состава азеотропа и состава пара над раствором зависит от типа экстремума. Поэтому третий закон Вревского формулируется следующим образом:

при изменении температуры (давления) раствора, кривая давления пара которого имеет максимум, а кривая температур кипения — минимум, состав пара раствора и состав азеотроп-нбго раствора изменяются в одном и том же направлении (симбатно);

при изменении температуры (давления) раствора, кривая давления пара которого имеет минимум, а кривая температур кипения — максимум, состав пара раствора и состав азеотроп-ного раствора изменяются в противоположных направлениях (антибатно).

Так как при выводе выражения (V. 204) не применялось никаких приближений, третий закон Вревского является общетермодинамическим и справедлив для любых типов бинарных двухфазных систем, имеющих экстремум Т или р (рис. V. 13).

Законы Вревского широко используются на практике. Так, согласно первому закону, при понижении давления разница между составом пара и составом жидкости увеличивается (см. рис V. 11), а значит облегчается и разделение компонентов смеси. Поэтому перегонку некоторых растворов, особенно высо-кокипящих веществ, иногда целесообразно проводить в вакууме. С помощью второго закона Вревского можно приближенно рассчитать, как надо повысить или понизить давление над раствором, чтобы добиться исчезновения в системе азеотропа, не поддающегося разделению обычными методами.

V.5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РАВНОВЕСИЙ МЕЖДУ ЖИДКОСТЬЮ И ПАРОМ

V.5.I. Перегонка и ректификация

Различие в составах газообразной и жидкой фаз успешно используется в промышленной и лабораторной практике для разделения жидких растворов на чистые компоненты и для очистки загрязненных веществ.

До сих пор в лаборатории * наиболее распространен метод очистки жидкостей простой перегонкой, проводимой в колбах Вюрца. Суть процесса заключается в постепенном испарении жидкости с непрерывным отводом и конденсацией образующихся паров. Ход простой перегонки бинарной системы можно проследить на диаграмме равновесий жидкость — пар (рис. V. 14). Если исходить из жидкости состава х^\ то первая порция образовавшегося пара будет иметь состав х{?К Будучи сконденсированным нацело, этот пар превратится в жидкость того же состава [точка на оси абсцисс], которая затем удаляется из

системы. В результате конденсации и удаления из системы какого-то количества дистиллята содержание легколетучего компонента в жидкости уменьшится, и она будет иметь теперь состав xty, а равновесный с ней пар — состав Точки составов дистиллята, собранного во время испарения жидкости, которое вызывает изменение ее состава от х{^ до л:^*, расположатся между точками х($ и х1$. С помощью такого постепенного испарения раствора и удаления дистиллята можно достичь смещения точки состава жидкости практически к началу координат, т. е. добиться получения в колбе почти чистого труднолетучего компонента, освобожденного от низкокипящих примесей.

Получить чистый легколетучий компонент при простой перегонке не удается. Высококипящего вещества в чистом виде также получается очень мало, так как большая часть раствора уходит при перегонке в виде промежуточной фракции.

Целесообразным применение простой перегонки может быть лишь при очень большой разнице в составах пара и жидкости (грубо эта разница характеризуется различием в температурах кипения чистых компонентов). Чаще всего простую перегонку используют при очистке вещества от небольшого количества примесей и тогда, когда не требуется высокой чистоты получаемых продуктов. Значительно более эффективный метод разделения веществ — фракционная перегонка.

* Разделение обычно ведут в изобарных условиях, так как закрепить по стоянным давление на практике легче, чем температуру.

Фракционная перегонка заключается в многократном повторении процессов испарения и конденсации (рис. V. 15). Пусть исходная жидкость имеет состав х{^\ а равновесный с нею пар — состав x{gh Будучи сконденсирован целиком, пар состава даст такую же по составу жидкость [точка х^]. При последующем испарении этой жидкости образуется равновесный с нею пар состава jcg', который снова конденсируется. Каждый акт однократного испарения и последующей конденсации изображается на диаграмме ступенькой типа Е'СС(ODD*). В результате многократного повторения последовательных процессов однократного испарения может быть достигнуто практически полное выделение легколетучего компонента из раствора. Число таких процессов, необходимое для получения низ-кокипящего вещества в чистом виде, зависит от того, насколько велико различие в составах жидкости и пара в данной системе. Как можно представить из рассмотрения рис. V. 15, чем дальше отстоит кривая равновесия жидкость — пар от прямой, соответствующей равенству составов фаз, тем меньше ступенек, характеризующих процессы однократного испарения между кривой и прямой.

Из рассмотрения процесса ясно, что труднолетучий компонент в чистом виде путем фракционной перегонки выделен быть не может. Поэтому в описанном выше виде фракционную перегонку на практике ие применяют. В промышленности и в лабораторных условиях обычно используют так называемую ректификацию. Последняя — это сложный неравновесный процесс, в ходе которого происходит непрерывный обмен веществом между находящимися в постоянном контакте друг с другом потоками жидкости и пара. Процесс этот реализуют в аппаратах, называемых ректификационными колоннами (в лаборатории — колонками). В таких колоннах пар от кипящего раствора поднимается вверх и встречает на своем пути стекающую жидкость, образующуюся при конденсации пара (так называемую флегму). Составы и. температура кипения вступающих в контакт потоков неравновесны.

Рис. V. 16. Схема ректификационной колонны периодического действия:

/ — перегонный куб; 2 — разделяющие тарелкн; 3 — холодильник.

Стремление к достижению фазового равновесия является движущей силой процесса перераспределения масс компонентов между паром и жидкостью. При этом пар обогащается более летучим, а жидкость менее летучим компонентом.

Очевидно, что чем больше поверхность контакта фаз и длительность контакта, тем полнее разделяются вещества. Поэтому при конструировании ректификационных аппаратов обычно стремятся к созданию как можно более развитой поверхности контакта между паром и жидкостью. Это достигается с помощью особых устройств, так называемых тарелок различной конструкции, на которых встречаются неравновесные потоки-обеих фаз.

Кроме того, в промышленности и особенно в лаборатории применяют так называемые насадочные колонны. Они наполнены насадкой — каким-либо материалом, имеющим сильно развитую поверхность. В промышленности в кач

страница 83
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261

Скачать книгу "Физическая химия" (6.95Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
asus i5 ноутбук
цена acw 220
реактивный полиартрит
ned nd-oh-280b-3

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.11.2017)