химический каталог




Препаративная органическая химия

Автор Н.С.Вульфсон

флегмы введено понятие степени дефлегмации, то есть отношения числа молей флегмы F к числу молей собираемого дистиллята D в единицу времени:

(5)

Периодическая перегонка двухкомпонентных смесей

ТС

Рис. 32. Графическое исследование условий периодической перегонки.

В лабораторной практике чаще всего применяется периодическая перегонка. Процесс основан на однократном наполнении перегонной колбы смесью жидкостей и ее перегонке до получения вещества желаемого состава. В ходе этого процесса состояние равновесия может быть достигнуто только при бесконечной степени дефлегмации, т. е. тогда, когда сконденсировавшиеся пары целиком возвращаются на колонну без отбора дистиллята. В этом случае D=0, и после подстановки этого значения в вышеприведенное уравнение находим RD—OO. При конечной степени дефлегмации часть паров собирается в виде дистиллята, и тогда, в противоположность предыдущему случаю, в течение перегонки состояние равновесия непрерывно нарушается. В любой точке внутри колонны условия непрерывно изменяются, что наглядно иллюстрируется дальнейшими рассуждениями.

Число теоретических тарелок, а следовательно, и высота колонны сказываются на чистоте дистиллята. Подобное же влияние оказывает и степень дефлегмации. При правильном подборе этих двух параметров можно добиться хорошего эффекта разделения.

На рис. 32 приведено графическое исследование указанных условий. На произвольном уровне колонну делят мысленно на две части и составляют материальный баланс верхней части. В эту часть колонны поступают пары смеси (в количестве V молей в единицу времени) и флегма (в количестве F молей). Уходят из колонны флегма (L молей) и пары смеси (F+D молей). Должно соблюдаться равенство:

или

V-\-F = L-\-F-\-D V =L + D

(6)

Для более летучего компонента

V-Yr=L-X + D-Xd

где У и X—молярные доли более летучего компонента в газовой и жидкой фазе между тарелками; Хй—молярная доля этого же компонента в дистилляте.

Для нахождения зависимости Y=f(X) вышеприведенное уравнение преобразуют:

у = AY 4. 2-Х,=— I — Х,

D+1 D + 1

^ 1

Y=L?RTTX + -Rr7TTx« ^

Найденная зависимость определяет состав обеих фаз между тарелками. В случае непрерывной перегонки значения RD И ХА существенны в течение всего процесса перегонки, в случае периодической перегонки— только для данного момента. Графически эта зависимость выражается прямой линией—так называемой линией концентраций.

Предполагая степень дефлегмации бесконечной, мы устанавливаем один параметр. Если сверх этого мы определим степень разделения, т. е. примем содержание более летучего компонента равным XD, то число теоретических тарелок колонки при RD—OU будет числом минимальным. Бесконечная степень дефлегмации применяется для определения числа теоретических тарелок, характеризующего данную колонну.

Для установления состояния равноУА весия эталонную двухкомпонентную

1РО[ ?? 1 1 1 1 смесь перегоняют несколько часов,

<§ 0,80

1 1

Q60 0,4-0 У, О

не собирая дистиллята. Затем берут пробы с верха колонны (состав ХА) и из перегонной колбы (состав Х0) и определяют число теоретических тарелок графическим или алгебраическим методом.

Определенне числа теоретических тарелок графическим методом

жидРис. 33. Диаграмма равновесия кость—пар для бензола.

Подставляя в уравнение (7) RD —ОЙ , получаем зависимость У = ХГ которая, будучи нанесена на диаграмму равновесия (рис. 33), совпадает с диагональю. Жидкость состава Х0, нагретая в перегонной колбе до температуры кипения под данным давлением, образует пар состава У0. Этот пар поступает на тарелку /, откуда жидкость состава ХЛ=УХ стекает в перегонную колбу. Пар состава YX, находящийся в состоянии равновесия с жидкостью на этой тарелке, направляется к следующей тарелке, и описанный процесс повторяется. Отсюда следует, что состав обеих фаз между тарелками можно найти по точкам, лежащим на линии концентраций, а состав в состоянии равновесия на тарелках—по линии равновесия. Число точек на этой линии выражает число теоретических тарелок, увеличенное на точку 0, соответствующую перегонной колбе, а в случае применения дефлегматора—на точку 5, График, показанный на рис. 33, соответствует колонне, имеющей пять теоретических тарелок.

Из сказанного выше ясно, что для получения дистиллята, обогащенного более летучим компонентом, нужно работать при конечной степени дефлегмации. По мере хода перегонки гипотетическое распределение состояний равновесия вдоль колонны меняется вследствие непрерывного изменения состава жидкости в перегонной колбе. В зависимости от того, какой дистиллят требуется получить, перегонку можно проводить или при переменной или при постоянной степени дефлегмации; в первом случае дистиллят во время перегонки будет иметь постоянный состав, а во втором—переменный.

Практически чаще пользуются графическим методом расчета, менее сложным, чем алгебраический.

Отбор дистиллята постоянного состава

Допустим, что состав дистиллята во время перегонки постоянный и составляет, например, Xrf=0,9.

Смесь в перегонной колбе, имеющая начальный состав Х0, по пре-кращении перегонки имеет состав

Х0. Эти величины наносят на кривую равновесия данной двухкомпонентной смеси и вычерчивают (рис. 34) линию концентраций, соответствующую уравнению (7). Если в уравнение (7) подставить значение X=Xd, то Y—Xd. На диаграмме (рис. 34) эта точка обозначена буквой d. Подставив в уравнение (7) значение Х=0, находим значение У (уравнение 8). Ему на оси ординат диаграммы (рис. 34) соответствует точка, через которую проходит линия концентраций

У =

•X,

(8)

и которая на диаграмме обозначена как с'. Степень дефлегмации принята произвольно, однако так, чтобы линия концентраций, проведенная через точки с' и d, проходила ниже точки О'.

Число теоретических тарелок определяют, проводя между точками О' и d попеременно вертикальные и горизонтальные линии, пересекающие кривую равновесия и линию концентрации. Число «уступов» равно числу теоретических тарелок.

Подобным же образом поступают на конечной стадии перегонки, для которой линия концентраций проводится через точки d и с" при иной степени дефлегмации. Значение степени дефлегмации при этом надо подобрать так, чтобы число теоретических тарелок было то же; что и в начале перегонки; это понятно, потому что работает та же колонна, имеющая определенную длину.

Число молей дистиллята и остатка-можно вычислить на основе материального баланса:

S = R + D S-Xo = R'Xo -f D-Xd где S—число молей смеси жидкостей в колбе в начале перегонки;

R—число молей смеси, оставшейся в перегонной колбе по прекращении перегонки. Баланс принято относить к S=100 молей исходной смеси.

Пример. Смесь бензол—толуол начального состава Хо=0,5 молярной доли более летучего компонента требуется перегнать, применяя периодическую перегонку, до получения в остатке смеси состава Х'=0,3. Дистиллят все время должен иметь состав Х=0,9. Перегонка ведется на колонне, имеющей три теоретические тарелки. Требуется найти степень дефлегмации, которую следует применить в начале и в конце перегонки, а также количество полученного дистиллята со 100 молей исходной смеси.

Решение. На кривую равновесия для смеси бензол—толуол (рис. 34) наносят данные решаемой задачи, т. е. точки d, О' и О", и вычерчивают линию концентраций с таким. наклоном, чтобы, интерполируя между d и О', получить три точки на кривой равновесия, обозначающие три теоретические тарелки. Точка пересечения линии концентраций с осью ординат (С) указывает значение У, которое и подставляют в уравнение (8):

Отсюда находят степень дефлегмации RD ДЛЯ начального состава смеси:

С = 0,38 = —1—.0,9 Ro=l,38

Аналогично ведут расчет для конечного состояния:

С" = 0,38=—^ 0.9 Я* = 5,92

Количество дистиллята находят из выражений:

S = #-f-D = 100 s.x'0 = R-x; + D-xd

где R—количество остатка

100-0,5 = (100 — D)-0,3 + D-0,9

D = 33,3 R = S — D= 100 —33,3 = 66,7

Из 100 молей смеси бензола и толуола с исходным составом Х'=0,5 (молярная доля бензола) можно получить 33,3 моля дистиллята состава Ха =0,9 и 66,7 молей остатка состава Хо^ОД применяя периодическую перегонку на колонне с тремя теоретическими тарелками при степени дефлегмации, изменяющейся от А?о=1,38 до #B=5,92.

Отбор дистиллята переменного состава

Наклон прямой концентраций, найденной по уравнению (7), опреде-R

ляется величиной ^ которая при описываемом способе перегонки является величиной постоянной. Во время перегонки степень дефлегмации, а следовательно, и наклон линии концентраций остаются неизменными. Зато непрерывно меняется состав дистиллята Х^.и в связи,с

Рис. 35. Линии концентраций на диаграмме равновесия при отборе дистиллята переменного состава.

этим изменяется также величина рт в уравнении (7), отвечающая точке с, которая лежит на оси ординат нривой равновесия. Поэтому на диаграмме равновесия линии концентраций изображаются рядом параллельных прямых (рис. 35). При расчетах обычно приходится иметь дело с вычислением числа теоретических тарелок при известной степени дефлегмации. При этом состав первых капель дистиллята принимают равным

Рис. 36. Графический метод расчета числа теоретических тарелок колонны при известной степени дефлегмации.

известной величине X'd и на диагонали отмечают точку а" (рис. 36). Отмечают также точки 0' и 0", отвечающие равновесию между фазами в перегонной колбе в начале и в конце перегонки. Затем следует принять такую степень дефлегмации, чтобы после вычисления и обозначения на оси У точки с из уравнения

линия концентраций проходила ниже точки 0'. Другая координата точки пересечения линий концентраций с X'=const обозначается на диаграмме как У0. Для данных условий число теоретических тарелок находят, интерполируя между кривой равновесия и линией концентраций на участке О'—X'.

Ход процесса периодической перегонки

Ход, периодической перегонки можно проследить по диаграмме зависимости состава дистиллята от числа молей перегнанной жидкости. Такие диаграммы строятся на основании измерений или теоретических расчетов. Последнее не рассматривается в

страница 15
< 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

Скачать книгу "Препаративная органическая химия" (9.09Mb)


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

 

 

Реклама
kingsong 16a 680wh
как правильно сдать анализ на панкреатическую эластазу
концерт imagine dragons 2017
Всегда выгодно в KNSneva.ru - X3J18EA - специальные условия для корпоративных клиентов в Санкт-Петербурге!

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
(25.06.2017)