ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дистилляция из "Химический анализ" Метод колоночной дистилляции важен не столько для аналитических, сколько для препаративных целей, однако он является классическим примером многоступенчатого разделения. Терминологию, используемую в процессах с дистилляционными колонками, часто применяют и при описании других колоночных методов разделения, причем могут быть проведены плодотворные аналогии. Поэтому целесообразно, хотя бы элементарно, изложить теорию колоночной дистилляции. [c.517] Теоретическая тарелка. Эффективность данной дистилля-ционной колонки часто характеризуют числом теоретических тарелок. По определению теоретическая тарелка аналогична тарелке такой колонки, которая физически разделена на отдельные ступени испарения и конденсации. Если в конкретном случае дистилляции достигнуто такое же различие состава жидкости и пара, что и при равновесии обеих фаз, то говорят, что дистилляция отвечает одной теоретической тарелке. [c.517] Наиболее удобно представлять равновесие между жидкостью и паром для бинарной смеси в виде графика зависимости температуры кипения смеси от ее состава. Для смеси, не являющейся азеотропной, график состоит из двух кривых, характеризующих состав жидкости и пара равновесных фаз при соответствующих температурах. [c.517] Предположим (рис. 52), что исходный состав жидкости, содержащей два компонента — А и В, отвечает значению /о- При температуре кипения и состав пара, равновесный с /о, соответствует йх. Первая капля дистиллята будет иметь тот же самый состав, отвечающий значению /ь Аналогичным образом жидкость состава 1 находится в равновесии с паром й 2, который имеет тот же самый состав, что и жидкость /г- Теоретическая тарелка в дистилляционной колонке отвечает длине колонки, необходимой для достижения изменения состава, соответствующего горизонтальной линии, связывающей равновесные составы жидкости и пара. Таким образом, для изменения состава от /о до 1ъ (см. рис. 52) необходимы три теоретические тарелки. [c.517] Эффективность колонки часто характеризуют величиной ВЭТТ — высотой, эквивалентной теоретической тарелке. Величину ВЭТТ получают путем деления высоты колонны на число теоретических тарелок. ВЭТТ лабораторных дистилляционных колонок обычно равно 1 —10 см точная величина зависит от типа насадки, конструкции колонки и режима ее работы. Если ВЭТТ колонки данного типа известна, то можно оценить длину колонки, необходимую для достижения заданной степени разделения. [c.518] Рассмотрим эти проблемы несколько более подробно. [c.519] Если выполняется закон Рауля (идеальная смесь), то р1= х р1, где р — давление пара чистой жидкости. Таким образом, для идеальной смеси летучесть компонента просто равна давлению пара чистого вещества. [c.519] Компоненты выбирают таким образом, чтобы И] 1 2 и, следовательно, а было больше единицы. [c.519] Для бинарной смеси Х2=1—Х1, У2=1—г/1. (Удобно мольные доли в жидкости и в паре более летучего компонента обозначать через X и у), т. е. [c.519] Уравнение (25-4) часто имеет большое практическое значение, особенно для пар химически сходных жидкостей. Кривая зависимости у от х аналогична кривой равновесного состава , приведенной на рис. 53. Степень кривизны зависит от величины а. В предельном случае, когда а=1, получается прямая с углом наклона в 45°. [c.519] Следует отметить, что величина а не строго постоянна во всем интервале концентраций даже для идеальной смеси, поскольку Р1 и Р2 могут по-разному зависеть от температуры (уравнение Клаузиуса — Клапейрона). [c.520] Пример 25-1. Нормальные температуры кипения хлорбензола и бром-бензола равны 132 и 156° С соответственно. По уравнению (25-5) найдите их относительную летучесть и сравните ее с отношением давления паров при 140°С (939,5 и 495,8 мм рт. ст.). [c.520] Для неидеальных жидких смесей применяют более сложные соотношения, включающие коэффициенты активности . Однако всегда необходимо из экспериментальных измерений найти данные о давлении паров. Затем можно построить зависимость равновесного состава жидкости и пара для ее графической интерпретации. [c.520] Решение. Из уравнения (25-6), приняв г/п = 0,999, х =0,50 и а=1,89, получим (n+ )lg 1,89=1 999, или п=9,8 10 тарелок. [c.521] Дистилляция с частичным возвратом флегмы. Метод Соре-ля — Льюиса. На практике дистилляцию нельзя, конечно, провести с полным возвратом флегмы. Необходимо или несколько поступиться полнотой разделения, чтобы достичь конечной скорости удаления дистиллята, или же, что то же самое, надо использовать более эффективную колонку для получения желаемой степени разделения. [c.521] Исходя из материального и теплового баланса между смежными тарелками при равновесных условиях, Сорель вывел уравнение, позволяющее осуществить потарелочный расчет состава смесей в колонке. [c.521] В своей современной форме, предложенной Льюисом способ, основанный на тепловом и материальном балансе, приводит к уравнению рабочей линии, имеющей большое практическое значение. При некоторых упрощающих предположениях (отсутствие потерь тепла, малая теплота смешения, близкие теплоты испарения и теплоемкости компонентов) Льюис показал, что условия материального баланса приводят также к условиям теплового баланса, когда колонка работает в стационарных условиях. В этих условиях величины V, Ь к О в уравнении (25-7) относятся к каждому компоненту в любой точке колонны. [c.521] Ох — число молей компонента в дистилляте. [c.521] Пример 25-3. Рассчитайте число теоретических тарелок, необходимое для получения дистиллята, содержащего 99,9 мол.% хлорбензола из смеси 50 50 молей хлорбензола и бромбензола, если флегмовое число равно 9. [c.522] Вернуться к основной статье