H. Becker, W. Berger, G. Domschke и др. - Органикум I (1125883), страница 13
Текст из файла (страница 13)
гаси прн этом пара будет отвечать содержанию этого компонента у,: (А.10) — сс — =а а; а 1 — у, 1 — х, 1-х, — х,' Длн л-кратного повторении процесса испарении н коидегюации палучак~т соотношение При этом достигаетсн разделнющее действие, пропорциональное показа- телю степени, Процесс многократного испарении и конденсации (ректификации) осуще- ствляетсн в ректификациониых колонках, в которых пар н жидкость движутся и. Проще всего это можно напить на примере тарельчатой колонки, в котоуой иа каждой тарелке и известной степени происходит новак перегонке Теоретической тарелкой (а также теоретической ступенью разделении) называют нскотору!о (вымыизлсиную!) единицу колонки, гдс обогащение легка- и х, — мольван доля легколетучего компонента в жидкой фазе ( .
А,2.3,2), — мольнаа доля легколетучего компонента в парах (там жс) (раза,, 'р, у,— с,варом и з палас тью (па урзннснню [Аа)1 Число теоретических тарелок, необходимых дзн разделенна бинарной смеси, 7 кыражаетси п уравнены [А.! !) показателем степени; оно может био рассчи," тано, если решить уранненнс откоснгсльна н длн смеси исходного и желаемого состава. Если и= 1, грзннспис (АВ) приводит к прямой у=х, которая проходит через на ~зто координат и имеет тангенс угла пзклона, равный 1 (рнс. 51, и, 52). Рлс. 51. Приицлпнальнан схема процесса рсктифнкацни, е графи искал оорело.челне число теоретических тарелок; 6 — схема ректнфнкзцноиноа лоломкн [е разрезе!.
Длн а 1 па.ичзютсн кривые, причем их кривизна увеличнваетси с ростом а (криоьи риенбзесзл). На рис, 52 представлены три такие кривые. Кроме иих приведена еще крнвзп с перегибом (5-абразива кривая). Очевидно, что в точкс перссечсиии последней с примой (а 1) разделение прн помощи перегонки аказывзетсл невозиоисиым; речь идет о кривой дли аэеотропнай смеси. Этот сл)чзй . мельзн аиисзть уравнением (А. 7),,поскольку апо составлено в предпола ненни, что вещества ведут себя кзк идеальные.
Более подробна аб азсатрапнай перегонке см. равд. А,2.3.5. Изменение концентрации вещества в пропессе ректнфнкаггнн, соответствую, щее уравнениям (А.В) — (А.)1), можно установить а графнчесни с помощью кривой равнавеспи на диаграмме х — у (рис. 51, а). При испарении бинарной , бисси исходного состава х, получается пар состава уь прп охлаждении которого ' йбразуетсн конденсат того же самого состава хз.
Этот конденсат (хз) при , повторном испарении дает пар состава уь а после конденсации новый нондеисат состава хз. Таким образом, рассуждении соответствуют как бы движению и Любая реальиаи тарелка тарельчатой колонки ие достигает действия одной теоретической тарелки. 71 2. Способы Раз«>елсиня еен(еггв А Введение е лобороторную технику 70 0,8 б О,б 0,4 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Рнс.
52 Тнпы равновесных кривых (А.12) (А.)З) блу Ю -'; Охр, (А )4) 1 1006040 20 1О 6 4 2 1 0,6ЦЛ 0,2 О, Рззнеапь мемаеренур кипенна наылоненмеб ех 1 -т- и + 1 ~ о А,15) и у,=х«ю 1000 600 $ 400 и ч 200 » 100 чя 60 Ф а' 40 20 10 «, б 4 х ь 2 Рнс. 53. Определение числа теоретических тарелок но разностн температ> р ки- пенна компонентов. «ступснькамп» между прнмой'> с углом наклона 45" и кривой равновесия до тех пор, пока не придем к ныбходнмллму составу дпстпллята. Число такнх ступенек и даст чнг.то тсоргтпчсс .ы тарелок, нсобходнчос для разделенна смегн. Очевидна, что нх чнсло тем меньше, чем более выпукла крнвая, т.с. чем болыпе а. Поскольку каждан крнпая равновесна вблизи к=:1 (100ег«-нос разделение) всегда бляэко прнлегаст к прямой с наклоном 45', для достнження высоком частоты днстнллята нсобходнмо большое чнсло теоретических тарелок.
и жндкость подчиняется правилу Пакте — Трутонз (опюснтельно по- з лнтропнн нспаренея см, >чсбннк фнзнческой хнмнн), т. е, ее поведеблнжастся к идеальному, то и можно рассчнтать так,кс, зная темперакнпя (в градусах Ксльвнна) чистых компонентов. рнс 53 на оснх отложены мнннмальное число тсорстнчсскнх тарелок, ~мос для разделсння эквнмолнрной бннзрной омссн (прн полном флсгнн, см. ннжс) н разность темпсрзтур кннення разделяемых кочпонснтов введеяные прямыс соответствуют разной стспенн чистоты д>ютнллята). ,в)чев д о, что прн нгобходнмостн пол>чспня дпетнллнта высокой чпетотЫ тре;аованнн, прстъявлясчые к рсктнфньапнонной колонке, значнтсльно возрастают. Г!ргт>псгтвующнс рассуждепая оте мялся только к такому случаю, когда дрн рсктнфнкацнн днстнллят не удалясгсн нл системы, з, нзпротяв, весь конденсат вновь еозерощиеггл в рсктнфньацнонеую колонку («ленное флег.чнро- ааниед Однако нз практике чтн раннонсснн постоянно нарушаются, причем часть донденсзта уходят в внлс днгтнллятз.
11 качестве флегмы прогнан~оком к дарам в колонку стекзет только оставшаяся шсть конденсата. В рсктнфнкздноино(> колонке таким образом устанавлннзется следующпй батанс. общее аолнчсство жпдностн, перешедшей в нзр, равно сумме масс ф.чесмы н дпстал- аята Лля того чтобы отсюда найти абсолютные колнчества отдельных компо- $- батов (расс штанные по легкокнпящсчу компоненту), следует умножнть колнтвз жидкости, перешедшей н пар, флегмы и днстнлдята на соответствующие мольныс даля." аде у - концентрация лсгколстучсго компонента в паре на некоторой высоте д колонке, х — концсптрзцня этого же компонента в жидкой фазе на той же высоте е колонке; хз — его концентрация в днстнлляте.
Под лнв уразаев>с (Л.)2) ва (А.13), получим )ух Охр У Г(-ч Г> + Я+Г> После умножения чпслнтсля и знаменателя дробей па величину 1)Г> н ввсдення флгг нового числа с — уравнеинс (А.)4) прнннмает вид )2 Б Гргфпк гого в~лражснеч — прямая с тангенсом угла нзкзгн: с,'(1л-е), атеекаюнляя на осн ординат отрезок хв)(1+о).
Прн графическом определеннп числа теоретических тарелок эту прямую мспольз>чот вместо прямой с наклоном 45' иа рнс. 51,а. «С~реять» ступенькн длн процесса рззделеннн прн этом с«сдует, как показано нз р:ы. 51, между этой «рабочей» прямой н кривой равновесна.
Кзнлснтрзннч хд являетсн ззланой величиной (жедательная степень чн. суеты днстнллнга). Рабочан прямая исходит из точки, когоран раеположепз на прямой с наклоном 45', значение абсциссы в этой точке равно хв', наклон рабочей линии определяется флегмовым чяелом. На рнс. 54 изображены тря .случая.
Пгячзя, отсекающая на осн ордннат отрезок Аь проходнт через точку на кривой равновесна со значением абсцвсем ха. В этом случае прядется построить юесконсчлю большое чясло ступенек разделения Такам образом, прн соответст- А. Введение в лабораторную технику 2. Способы разделения веществ 73 вуюшем флегмонам числе для рззделенля необходимо бесяонечло больша<. число тарелок. Такое ф.>егиовое число называют милимальиь<м флегмовь<м числом. ,с ,8 ,Б 0,4 0>2 0 0,2 0,4 О,Б 0,8 1,0 0 Ха Рнс. 54.
Грзфнчеокое определение чнслз теоретических тарелок прл отборе длстлллятв через рзвнае одннзловые промежутки времена Рабочая прямая, отсензюшзя отрезок нз осн орднвзт Аз, вообще не позволяет получить обогашелле походной смеси состава хв хо хь. Рабочая пряизя с ордлнзтой Аз, напротив, хврвхтернзует нрзнтнческн ревллзуемый случай (см. ступенчзтую являю).
120 с> ь" ВО 0 4 В 12 15 20 (убьем <а>стилллта, мл Рнс. 55. Кривые перегонки бензол.тол< ольлой омесл Ясно, что хлл рззлеленлл пеобхохль<о з .и исльш<е число гтулслей. чем больше флегмовос чн ло, т.е. чем мсньшлй отрезок отсехзгтся лз осл ортллзт. Прн бесконечно большом флегмонам числе нзкзол рзбочсй прямой прнбллжзетгя к нзхлолу 45, причем такая прямзя оановремеяло определяет минимальное число тарелок для соотвстствуюшего рззлслел»я. 11з двух огрзнлчгнлй (илллмвльное число тарелок л млннчзльнос флегмолос чнсло) недостз>ошес число тарелок можно ломпенснроввть повышенном флегмового числа На рнс. 55 показано, как происходят описанные процессы прн разделении перегонкой смеси толуола с бензолом (разность тем11ератур кипения около ЗОьС).
Кривая кипения ! получена прп простой перегонке без ректнфнкацнонной колонки, Разделяющее действие прн такой перегонке можно приравнять разделяющему ' действию, достигаемому на олной теоретической тарелке. Прн этом 'нн один пз компонентов нельзя выделить в чистом виде. Действие ректнфпкаплопной колонки (прнмерно с 12 теоретическими тарел'камн, флегмовое число <1>с) представлено данными крнной 2. 'Влияние флсгмового числа на четкость разделения становится ясным нз сопоставления кривых 2 н 3. Кривая 3 получена на такой же колонке, но весь пар, конленснрующнйся в голонке колонки, полностью отбирается в виде лнстнллята.
2.3.3.2. Проведение рвнти<ринвчии Прибор для ректнфнкацнн состоит нз следующих частей (рнс. 56): колбы для нспарсцня жидкости (куба колонки), ректпфнкацнонной колонки, голонки колонкц (в этой части осуществляются нзмерспне температуры, конденсации паров н разделение конденсата на флегму и дг<ст>зллят), приемника (прн работе под уменьшенным давлением псобходнмо использовать устройстно для отбора фракций пол вауумом (напрнмер, форштос Лншютца— Тнле) 1, Помимо уже упомянутых тарельчатых колонок (рнс.
51) н колонок Вруна [в ннх используется прннцнп тарельчатых колонок рнс. 57)1 применяются полые трубки н нх разнонндностн рнс, 56), колонки, заполненные специальными насадками (рнс. 58), н колонки с вращающимися массообменнымн устройствами (роторные колонки). Массо. н теплообмен между жидкой и паровой фазами, необходимый для ректнфнкацнн, тем ннтенснвнсе (т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
