химический каталог




Препаративная органическая химия

Автор Н.С.Вульфсон

зко изменить условия перегонки).

4. Селективную адсорбцию или абсорбцию компонента.

5. Фракционную кристаллизацию.

Разделение гетерофазных смесей жидкостей с ограниченной раство-' римостью несколько более сложно по сравнению с описанными выше случаями.

Гетерозеотропня

Перегоняя жидкость состава Хс (рис. 9), более богатую компонентом А, чем жидкость состава Хт, получают пар состава Хр, который после конденсации в приемнике образует две несмешивающиеся жидкости: раствор А в В и раствор В в А.

При нагревании этой смеси до температуры tm жидкие фазы будут иметь состав Хт и Хп,а пар, образующийся при их кипении,—состав Xz. Многократное испарение и конденсация такой смеси (смеси, состав которой соответствует точке, лежащей между точками М и N) приводят к разделению компонентов.

Рис. 9. Диаграмма температура кипе- Рис. 10. Диаграмма температура кипения— иия—состав для гетерозеотропных сме- состав для гетероазеотропных смесей, сей.

Таким образом, гетерозеотропная смесь ничем не отличается от го-мозеотропной смеси, за исключением того, что жидкая фаза первой в определенных условиях разделяется на два слоя и при этом временно устанавливается постоянная температура кипения. Примером таких смесей могут служить нитробензол и изопентан, вода и никотин, изопентан и дихлоруксусная кислота.

Гетероазеотропия

Этот случай (рис. 10) сходен со случаем гомоазеотропии: различие их состоит в том, что жидкая гетероазеотропная смесь, как и в случае гетерозеотропии, может разделяться на два слоя, которые при температуре кипения дают пар постоянного состава Хг, Это состояние изменяет-:я только тогда,, когда вследствие постоянного испарения исчезает одна 13 жидких фаз. В данном случае перегонка не приводит к полному разделению смеси на чистые компоненты. Примером смесей такого типа могут служить: вода—анилин, вода—этилацетат, вода—-изобутиловый спирт.

Перегонка несмешивающихся жидкостей

Суммарное давление пара слитых несмешивающихся жидкостей равно сумме парциальных давлений паров и не зависит от количества жидкостей.

В дополнение к сказанному можно привести тип смеси, в которой один из компонентов нелетуч. Такую смесь легко разделить путем испарения летучих компонентов.

Фракционная перегонка. Ректификация

Многократное повторение процесса испарения и конденсации часто приводит к разделению смеси на компоненты, но процесс этот даже для двухкомпонентных систем чрезвычайно длителен. При большем числе компонентов возникают еще большие трудности, которые могут быть устранены применением так называемой фракционной перегонки. В ре: зультате этого- процесса образуется ряд резко отграниченных друг от друга фракций, кипящих в узких температурных пределах. Это достигается конденсацией пара и возвращением части возникшей при этом жидкости в перегонную колбу. Весь процесс проводят в одном специальном приборе—перегонной или ректификационной колонне, снабженной перегонной колбой, приемником и холодильником.

Устройство этой колонны обеспечивает хороший контакт между стекающей вниз жидкостью и поднимающимся вверх паром, вследствие чего соприкасающиеся фазы приближаются к состоянию равновесия. В образовавшейся противоточной системе происходит непрерывный теплообмен и непрерывный материальный обмен, в результате которых пар обогащается более летучими компонентами, а стекающая вниз жидкость— менее летучими. Колонна по возможности должна работать адиабатически.

Отношение количества конденсата, возвращающегося в колонну (так называемое орошение), к общему количеству получаемого за тот же промежуток времени конденсата называется флегмовым чис-л ом.

Эта величина характеризует точность разделения смеси на компоненты и продолжительность разгонки, а следовательно, по ней можно определить и эффективность всего процесса.

Так, если флегмовое число большое, точность разделения достигают увеличением продолжительности процесса, что вызывает увеличение затрат тепловой энергии.

Термин ректификация является синонимом термина фракционная перегонка; однако многие авторы применяют этот термин в более узком значении, понимая под ним процесс обогащения паров более летучими компонентами, протекающий непосредственно в колонне.

Перегонка под уменьшенным давлением

Теоретические обоснования этого вида перегонки были приведены выше. Она применяется для разделения высококипящих жидкостей, которые при температуре кипения под нормальным давлением разлагаются, полимеризуются или подвергаются какому-либо другому химическому превращению.

Желаемая температура кипения достигается путем соответственного уменьшения внешнего давления. Для нахождения ее следует пользоваться уравнением (4) или просто графиком p—f(T), приведенным на рис. 1 (кривая ОК) №ли на рис. 2 (см. стр. 22 и 23).

Перегонка с водяным паром

Понизить температуру кипения можно путем перегонки вещества с водяным паром. Однако этот вид перегонки можно применять для очистки и разделения только тех жидкостей (из числа разлагающихся при кипении под нормальным давлением), которые совсем или почти совсем не смешиваются с водой и не взаимодействуют с ней химически. В этом случае суммарное давление насыщенного пара в момент кипения, равное внешнему давлению, является суммой парциальных давлений паров перегоняемого вещества А и воды В:

р — рА + рв =1 атм

«

Таким образом, температура кипения смеси ниже температуры кипения отдельно взятых компонентов при нормальном давлении, т. е. при температуре, соответствующей их парциальным давлениям рд и рв.

Состав пара, а следовательно, и дистиллята находят из следующего выражения:

пв Рв

где пк и пв—число молей вещества и воды соответственно. Вводя в уравнение массы т, находят:

'тА = МА РА

тв 18 рв

где М—молекулярный вес вещества А.

Процентное содержание высококипящего^вещества А можно повысить, увеличивая соотношение рА '. рв,что удается достигнуть, применяя вместо обычного водяного пара пар перегретый.

Молекулярная перегонка

Этот вид перегонки, проводимой при очень низких давлениях порядка 0,001 ММ, по своему механизму отличается от всех рассмотренных выше видов перегонки, осуществляемых при сравнительно больших давлениях. Во всех описанных выше случаях точка кипения, характеризующая состояние динамического равновесия, могла быть определена очень точно: данному внешнему давлению соответствовала определённая постоянная температура кипения. В противоположность этому при молекулярной перегонке такая температура, характеризующая начало процесса, не устанавливается. Перегонка происходит всегда, когда существует значительная разница температур поверхности конденсации и поверхности испаряющегося вещества.

В условиях молекулярной перегонки, т. е. при очень низком давлении, жидкость не содержит растворенного воздуха, пузырьки которого могли бы инициировать кипение во всей массе жидкости; поэтому испарение происходит только с поверхности. Молекулы, отрывающиеся от поверхности жидкости, движутся прямолинейно до момента соударения с другими молекулами или со стенкой сосуда. Средняя длина свободного пробега молекулы зависит от давления и уменьшается при повышении давления, так как возрастает число столкновений молекул. Если вблизи поверхности испарения, на расстоянии меньшем, чем средняя длина свободного пробега, поместить сильно охлаждаемую поверхность, то молекулы будут оседать на ней беспрепятственно, теряя значительную часть своей энергии. Практически они не могут вновь перейти в газовую фазу или вернуться на поверхность испарения, В этих условиях, очевидно, Ш может установиться состояние динамического равновесия, характерно* для перегонки при более высоких давлениях.

Скорость перегонки определяется формулой Лэнгмюра

где v—количество вещества, испаряющегося с 1 см2 поверхности в Г с кунду, моли; р—давление пара, дина на 1 см2; М—молекулярный вес перегоняемого вещества; R—газовая постоянная; Т—абсолютная температура. Скорости испарения отдельных компонентов смеси при даннс температуре будут пропорциональны отношению парциальных давлени

к квадратным корням из их молекулярных весов -~=. Вследствие топ

У Mt

что эти величины различны для разных веществ, можно разделить смесь Однако, как правило, это трудно осуществить путем однократной перс гонки и только многократное повторение ее позволяет достигнуть цели

Для проведения такой многократной перегонки существуют спе циальные аппараты.

Молекулярная перегонка применяется для очистки и разделени: тех высокомолекулярных соединений (очень чувствительных к действии высоких температур), для которых нельзя применить никакого другого метода перегонки. Этот метод позволяет достигнуть значительного сни жения температуры перегонки, в некоторых случаях на 200—300°.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Плавление и затвердевание

Превращение твердого тела в жидкость называется плавлением, а обратный процесс—превращение жидкости в двердое тело—называется затвердеванием. Эти превращения сопровождаются внезапным и резким изменением свойств взаимопревращающихся фаз, подобно тому, что наблюдается при процессах испарения и конденсации. Эти явления сопровождаются тепловым эффектом—положительным в случае плавления (поглощение теплоты из окружающей среды) и отрицательным в случае затвердевания (выделение теплоты). По абсолютному значению теплота плавления равна теплоте затвердевания. Обычно она обозначается символом ЬПЛ.

Для понимания механизма упомянутых процессов нужно знать строение обеих фаз—твердой и жидкой—вблизи температуры плавления.

Под названием «твердое тело» обычно понимают такое состояние вещества, при котором в данных условиях оно сохраняет объем и форму. Однако в более точном значении это понятие отождествляется с понятием кристаллического тела, которое характеризуется упорядоченным расположением структурных элементов (атомов, молекул, ионов) в виде кристаллической решетки, построенной по определенным геометрическим законам. Многие вещества, внешне подобные твердым телам, например стекло, различные смолы, в действительности являются переохлажденными жидкостями

страница 7
< 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
мэнсон 2017 купить билеты
сувенирные чайники
рекламные лайтбоксы на автомобили в омске
обучение парикмахерскому делу в мос

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
(08.12.2016)