Теоретические основы процесса дистилляции

Стр 1 из 28Следующая ⇒

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет)»

______________________________________________________________________

Кафедра общей химической технологии и катализа

С.В.Логинов, Н.Н.Правдин, Ю.П.Удалов

Химическая технология неорганических веществ

Практикум

Санкт-Петербург

2017

УДК 54.058+66.08

Логинов С.В. Химическая технология неорганических веществ: Практикум [Текст] / С.В.Логинов, Н.Н.Правдин, Ю.П.Удалов – СПб.: СПбГТИ(ТУ). 2017. – .. с. Под общей редакцией д.х.н. Ю.П.Удалова

Практикум состоит из восьми работ, выбран из разных по физико-химической природе и аппаратурному оформлению типовых процессов химической технологии: дистилляции, флотации, водоподготовки, грануляции, обменных реакций, кристаллизационного разделения солей, ситовой анализ, термогравиметрического определения технологических параметров. Такой набор практических работ позволяет ознакомиться с основными принципами технологии нерганических веществ.

Практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлениям и профилю подготовки 240100.62 – «Химическая технология» и соответствует программе учебной дисциплины «Химическая технология неорганических веществ». Учебное пособие способствует получению профессиональных компетенций ПК-8, ПК-9, ПК-11, ПК-21, ПК23, ПК-24 и ПК-25.

Ил. .., табл. .., библиогр. назв. …

Рецензенты:

1. …………………

2. …………………

Издание подготовлено в рамках выполнения государственного задания по оказанию образовательных услуг Минобрнауки России

Утверждено на заседании учебно-методической комиссии факультета химии веществ и материалов СПбГТИ(ТУ) ………...

Рекомендовано к изданию РИС СПбГТИ(ТУ)

Введение

Дистиляция

Принцип дистилляции основан на том, что концентрация некоторого компонента в жидкости отличается от его концентрации в паре над этой жидкостью. Отношение = является характеристикой процесса и называется коэффициентом разделения (или распределения) при дистилляции (в некоторых случаях коэффициентом разделения при дистилляции называют величину α=1/β, когда С₂<C₁). Коэффициент разделения зависит от природы разделяемых компонентов и условий дистилляции. В зависимости от условий дистилляции различают идеальный (определяемый только парциальными давлениями паро́в чистых компонентов), равновесный (когда число частиц, покидающих в единицу времени жидкость, равно числу частиц, возвращающихся в это же время в жидкость) и эффективный коэффициенты разделения. Практически дистилляция веществ сильно зависит от интенсивности перемешивания жидкости, а также от взаимодействия примесей с основным компонентом и другими примесными компонентами с образованием соединений (в связи с чем дистилляция считается физико-химическим процессом). Эффективный (реальный) коэффициент разделения системы «основное вещество — примесь» может на несколько порядков отличаться от идеального коэффициента разделения.

Теоретические основы процесса дистилляции

Режимы дистилляции характеризуются температурой испарения и степенью отклонения от фазового равновесия жидкость-пар. Обычно в дистилляционном процессе n= + , где n — число частиц вещества, переходящих в единицу времени из жидкости в пар, — число частиц, возвращающихся в это же время из пара в жидкость, — число частиц, переходящих в это время в конденсат. Отношение /n является показателем отклонения процесса от равновесного. Предельными являются режимы, в которых =0 (равновесное состояние системы жидкость-пар) и =n (режим молекулярной дистилляции).

Идеальный коэффициент разделения двухкомпонентного вещества может быть выражен через давления и чистых компонентов при температуре процесса: = . С учётом коэффициентов активности компонентов и , отражающих взаимодействие компонентов в жидкости, равновесный коэффициент . Коэффициенты активности имеют температурную и концентрационную зависимости. С понижением температуры значение коэффициента разделения обычно удаляется от единицы, то есть эффективность разделения при этом увеличивается.

При =n все испаряющиеся частицы переходят в конденсат (режим молекулярной дистилляции). В этом режиме коэффициент разделения , где и — молекулярные массы первого и второго компонентов соответственно. Определение молекулярного режима дистилляции возможно по величине N=h/(Kλ), где h — расстояние от испарителя до конденсатора, λ — длина свободного пробега молекул дистиллируемого вещества, K — константа, зависящая от конструкции аппарата. При N<0,25 наблюдается молекулярное испарение, при N>4 между жидкостью и паром устанавливается динамическое равновесие, а при других значениях N испарение имеет промежуточный характер. Режим молекулярной дистилляции может применяться в различных дистилляционных способах, включая ректификацию. Обычно молекулярная дистилляция осуществляется в вакууме при низком давлении пара и при близком расположении поверхности конденсации к поверхности испарения (что исключает столкновение частиц пара друг с другом и с частицами атмосферы). В режиме, близком к молекулярной дистилляции, проводится дистилляция металлов. В связи с тем, что коэффициент разделения при молекулярной дистилляции зависит не только от парциальных давлений компонентов, но и от их молекулярных (или атомных) масс, молекулярная дистилляция может применяться для разделения смесей, для которых β=1, — азеотропных смесей, включая смеси изотопов.

Для различных режимов дистилляции выведены уравнения, связывающие содержание второго компонента в конденсате и в остатке с долей перегонки или с долей остатка при заданных условиях процесса и известной начальной концентрации жидкости ( , и — масса конденсата и остатка, а также начальная масса дистиллируемого вещества соответственно). Расчёты проводятся в предположении идеального перемешивания дистиллируемой жидкости, а также жидкого конденсата. Также выведены уравнения распределения компонентов в твёрдом конденсате, получаемого дистилляцией с направленным затвердеванием конденсата или зонной дистилляцией. Параметром этих уравнений является коэффициент разделения β для заданных условий дистилляции.

При дистилляции вещества с большой концентрацией компонентов с конденсацией пара в жидкость и при несильной зависимости коэффициентов активности компонентов от их концентраций взаимосвязь величин , и , когда используются концентрации в процентах, имеет вид:

. (1.1)

Для дистилляции с конденсацией пара в жидкость при малом содержании примеси

, (1.2)

= , (1.3)

где β — отношение концентраций примеси в паре и в жидкости.

Существуют два вида процесса дистилляции: простая перегонка и фракционная дистилляция.

Простая перегонка — частичное испарение жидкой смеси путём непрерывного отвода и конденсации образовавшихся паров в холодильнике. Полученный конденсат называется дистиллятом, а неиспарившаяся жидкость — кубовым остатком.

Фракционная дистилляция (или дробная перегонка) — разделение многокомпонентных жидких смесей на отличающиеся по составу части (фракции) путём сбора конденсата отдельными порциями с различной летучестью, начиная с первой, обогащенной низкокипящим компонентом. Остаток жидкости обогащён высококипящим компонентом.

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!