Взаимно-нерастворимые летучие смеси.

Перегонка с водяным паром

 

Совершенно несмешивающихся жидкостей не существует, так как любые жидкости в какой-то степени растворимы друг в друге. Если взаимная растворимость жидкостей ничтожно мала, то эти жидкости можно рассматривать как взаимно нерастворимые. В системах, состоящих из взаимно нерастворимых жидкостей, испарение каждой жидкости происходит независимо от присутствия другой, и давление пара каждого компонента при данной температуре сохраняется постоянным при любых соотношениях жидкостей.

Температура кипения смеси из двух взаимно нерастворимых жидкостей ниже температур кипения чистых компонентов, так как общее давление паров (Р) над системой выше давления пара каждого из компонентов в отдельности (Р₁⁰ и Р₂⁰) и равно:

P = Р₁⁰ + Р₂⁰ = соnst (Т)

Если паровую фазу рассматривать как смесь идеальных газов, то в соответствии с законом Дальтона состав пара можно определить по уравнению:

x₁ (пар) = Р₁⁰/( Р₁⁰ + Р₂⁰) x₂ (пар) = Р₂⁰/( Р₁⁰ + Р₂⁰)

Рис. 6.33. Диаграмма испарения двух несмешивающихся жидкостей при Т = сonst (a) и при P = const (б)

 

Пар такого состава при заданной температуре изображен на рис. 6.33 (а) фигуративной точкой с. Если составы исходной жидкой смеси (фигуративная точка G) и пара совпадают (точка x₁), то при изобарном испарении вся жидкость превращается в пар того же состава. При конденсации такого пара образуются два жидких слоя, суммарный состав которых совпадает с составом исходной смеси x₁. Если составы исходной смеси и пара различны, например жидкая смесь (фигуративная точка Н) обогащена компонентом В (точка x₂), то при давлении P₁ (фигуративная точка D) будут испаряться обе жидкости и образуется пар (фигуративная точка с) состава x₁. Когда при испарении весь компонент А перейдет в пар, останется одна жидкая фаза, представляющая собой компонент В. Дальнейшее испарение жидкого компонента В приведет к изменению состава пара от х₁ до x₂ и к понижению давления над жидкостью от P₁ до P₂ (фигуративная точка Е). Во всем интервале давлений Р₁-Р₂ пар насыщен относительно компонента В и ненасыщен (перегрет) относительно компонента А. После исчезновения жидкой фазы пар станет ненасыщенным относительно обоих компонентов и при неизменном составе будет перегреваться (фигуративная точка F). При изотермическом сжатии пара рассмотренные стадии будут проходить в обратной последовательности.

Таким образом, испарение и конденсация аналогичных смесей характеризуются наличием некоторого интервала давлений, в котором сосуществуют чистый жидкий компонент (А или В) и паровая смесь. Кривые Р₁⁰с и Р₂⁰с являются геометрическим местом точек росы, а линия КсМ – линией начала кипения или конца конденсации.

Диаграмма состояния температура кипения – состав для системы из двух взаимно нерастворимых жидкостей приведена на рис. 6.33 (б). Точки, лежащие на кривых ас и bс, характеризуют температуры начала конденсации пара и его состав.

На приведенных диаграммах состояния можно выделить четыре области: I – перегретый пар (S = 2 – 1 + 1 = 2), II – жидкий компонент А и пар (S = 2 –2 +1 = 1), III – жидкий компонент В и пар (S = 2 – 2 +1 = 1), IV = две жидкие фазы (практически чистые компоненты А и В) ( S = 2 – 2 + 1 = 1).

Перегонка с водяным паром. Многие вещества при нагревании разлагаются при температурах более низких, чем их температуры кипения. Перегонку таких веществ проводят в вакууме или совместно с жидкостью, с которой они не смешиваются. На практике широко применяется перегонка с водяным паром – перегонка совместно с водой практически нерастворимых с ней различных веществ, особенно органических соединений. Этот метод основан на том, что системы, состоящие из взаимно нерастворимых компонентов, кипят при температурах более низких, чем температуры кипения чистых компонентов. При перегонке двух взаимно нерастворимых жидкостей их относительные массовые количества ( ) в конденсате определяются давлениями насыщенных паров (P₁⁰ и P₂⁰) при данной температуре и молекулярными массами М₁ и М₂. Так как в паре, равновесном с двумя взаимно нерастворимыми жидкостями:

,

где n₁ = ; n₂ = – количество моль вещества и растворителя,

то ,

где P₁⁰ и P₂⁰ – давления насыщенных паров над чистыми растворителями.

Соотношение ( ) характеризует количество водяного пара, необходимое для перегонки единицы массы перегоняемого вещества, и называется расходным коэффициентом водяного пара, т.е. . Этот коэффициент тем меньше, чем выше давление насыщенного пара перегоняемого вещества и чем больше его молекулярная масса. Расходный коэффициент является очень важной характеристикой процесса перегонки с водяным паром.

Перегонку с водяным паром можно проводить и под вакуумом, если необходимо снизить температуру перегонки для предохранения жидкости от разложения.

Перегонка с водяным паром применяется в лабораторной практике и в экспериментальной технологи для жидкостей, которые разлагаются при температуре кипения в чистой воде, но устойчивы при t » 100⁰С.

⇐ Предыдущая39404142434445464748Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Строительные растворные смеси: состав, свойства. Сухие растворные смеси.