РАЗГОНКА СМЕСИ ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ

Фракционная перегонка имеет целью выделение в чистом виде компонентов гомогенных смесей жидких веществ, отличающихся друг от друга по температурам кипения. Перегонка смесей жидкостей, смешивающихся во всех отношениях, безусловно, является гораздо более сложным случаем перегонки, чем перегонка индивидуального вещества. Упругость пара таких смесей и температура их кипения не являются постоянными, а находятся в зависимости от состава смеси.

Теория перегонки основана на законах, установленных Д. П. Коноваловым в 1981-1984 гг. Эти законы выражают связь между составом насыщенного (равновесного с ней пара) и его давлением. В настоящее время законы Коновалова формулируются так:

1. В жидкой двойной системе пар относительно богаче тем компонентом, прибавление которого повышает общее давление пара.

Из этого закона вытекает следствие: в жидкой двойной системе пар относительно богаче тем компонентом, прибавление которого понижает температуру кипения.

2. Экстремуму (максимуму или минимуму) давление пара жидкой двойной системы соответствует жидкая смесь, насыщенный пар которой обладает одинаковым с ней составом.

Из этого закона следует, что экстремуму температуры кипения жидкой двойной системы соответствует жидкость и пар с одинаковым качественным и количественным составом.

Смеси полностью смешивающихся жидкостей разделяются на два класса.

Смеси первого класса не имеют экстремума на кривых, изображающих зависимость упругости пара или температуры кипения от состава смеси. Такие смеси могут быть разделены на чистые компоненты, они не образуют азеотропных (нераздельно кипящих) смесей.

Смеси второго класса имеют экстремум на кривых, изображающих зависимость упругости пара или температуры кипения от состава смеси. Такие растворы образуют азеотропные смеси, которые, несмотря на различные температуры кипения чистых веществ, но могут быть разделены перегонкой на чистые компоненты.

К смесям первого класса относятся многие смеси органических жидкостей: бензол и толуол, бензол и хлорбензол, н-гексан и н-октан, 1, 2-дибромэтан и 1, 2-дибромпропан и др. Такие смеси выделяют пары, в которых содержание легколетучего компонента всегда больше, чем в исходной смеси. Поэтому жидкость в колбе при перегонке всё более и более обогащается высококипящим компонентом. В результате повторных перегонок удаётся достигнуть полного разделения жидкостей.

Следовательно, в основе фракционированной перегонки лежит последовательное чередование испарения и конденсации полученного пара. Многократное повторение перегонок позволяет получить, в конечном счете, низкокипящий компонент смеси, не содержащий другого компонента. Последняя фракция будет состоять из чистого высококипящего компонента. Фракционированная перегонка применяется для разделения на компоненты смесей первого класса.

 

ПРИМЕРЫ ФРАКЦИОНИРОВАННОЙ (ДРОБНОЙ) ПЕРЕГОНКИ

6.1 Разделение смеси двух жидкостей:

При выполнении данной задачи студент получает 60 мл одной из возможных бинарных смесей. Хлороформ-ксилол (о-, м- или п-), четыреххлористый углерод-ксилол, циклогексан-ксилол. Константы веществ, входящих в перечисленные выше смеси, приведены в таблице №1.

Студент должен определить, какие два из приведённых в табл. №1 вещества были даны ему в задаче и каково было их количественное соотношение (в об %) в смеси.

 

Таблица №1

КОНСТАНТЫ КОМПОНЕНТОВ БИНАРНЫХ СМЕСЕЙ, ДАВАЕМЫХ ДЛЯ РАЗГОНКИ

 

Наименование вещества	Формула	Температура кипения, °С	Удельный вес при 20°С d204	Показатель лучепреломления, n20d
Хлороформ	CHCl3	61, 2	1, 489	1, 4450
Четыреххлористый углерод	CCl4	76, 8	1, 595	1, 4630
Циклогексан	C6H12	80-81	0, 779	1, 4262
o-ксилол	o-CH3C6H5		0, 987	1, 5054
m-ксилол	m- CH3C6H5	139, 3	0, 864	1, 4972
p-ксилол	p- CH3C6H5	138, 5	0, 862	1, 4958
		Пл. +13, 2

 

6.2. Перегонка.

Для разгонки полученной смеси студент собирает прибор, изображённый на рис.2. Вместо приёмника в данной работе используется мерный цилиндр объёмом 15-25мл. Когда начнётся отгонка жидкости, а температура установится постоянной, производится построение кривой разгонки в координатах: объёмом отгона – температура (рис.21). Нормальная скорость перегонки – одна капля за 2 секунды. Собрав каждые 2мл

Рис21. Кривые разгонки

дистиллята, записывают наблюдаемую температуру кипения и составляют график: объём отгона – температура кипения. В ходе разгонки собирают три фракции.

1. От начала перегонки до момента, когда температура кипения начнёт быстро повышаться. Быстрое повышение означает подъём температуры на 5-7°С в течении 10-20сек. Собранную фракцию после измерения её объёма переливают в плоскодонную колбочку.

2. Фракция (промежуточная) собирается во время быстрого повышения температуры отходящих паров.

3. С момента прекращения быстрого роста температуры до конца перегонки.

Когда в перегонной колбе останется 3-5мл жидкости, мерный цилиндр заменяют чистой и сухой пробиркой и собирают в неё остаток третьей фракции. Этот отгон впоследствии используется для определения удельного веса и показателя преломления (см ниже).

Насухо перегонять вещество из колбы не рекомендуется, т. к. последние капли вещества, сконденсированные в дефлегматоре (флегма), попадая на сухое дно перегонной колбы, могут вызвать растрескивание. После завершения разгонки измеряют объёмом всех трёх фракций. Если объём средней фракции превысит 3-4мл, что бывает обычно при форсированной перегонке, её надо перегнать повторно в более медленном темпе с целью выделения из неё дополнительного количества 1 и 3 фракций.

Затем высушивают весь прибор, помещают в перегонную колбу первую фракцию, отгоняют из неё и отбрасывают 1мл вещества и далее отгоняют ещё 3-5мл легкокипящего вещества с целью определения удельного веса и показателя преломления первого компонента.

Температуры кипения компонентов определяются по ординатам горизонтальных участков полученной кривой разгонки (рис 21). Количественное соотношение компонентов в смеси определяется в объёмных % по количествам отогнанных 1 и 3 фракций. В общем материальном балансе должны указываться и неизбежные потери при разгонке смеси. Примерная схема записи разгонки показана в таблице 2.

Таблица 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ПЕРВОЙ РАЗГОНКИ СМЕСИ БЕНЗОЛА С ТОЛУОЛОМ

(взято S г смеси)

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: