Законы Коновалова и разделение легколетучих жидкостей. Ректификация и ее использование в технологии
Соотношения между составами равновесных растворов и их паров, а также общим давлением пара над раствором были установлены Д.П. Коноваловым в 1881 году и носят название законов Коновалова.
Первый закон Коновалова гласит: общее давление пара над раствором растёт с ростом доли в растворе того компонента, который богаче представлен в паре, т. е. более легколетучего компонента. На этом явлении основана фракционная перегонка (ректификация), позволяющая разделить смесь взаимно–растворимых жидкостей.
Второй закон Коновалова касается более частных случаев. Для некоторых реальных растворов с большими отклонениями от закона Рауля на кривых «общее давление пара – состав» могут появляться минимумы или максимумы.
Второй законКоновалова гласит: максимум на кривой общего давления соответствует минимуму на кривой температур кипения и отвечает такому равновесию раствора и его насыщенного пара, при котором составы фаз одинаковы, и наоборот. Диаграммы состояния бинарных систем с максимумом на кривой давления пара и минимумом на кривой температур кипения представлены на рис. 10.
Смеси, у которых раствор и пар одинаковы по составу, называются азеотропными, или нераздельнокипящими. Путём перегонки азеотропные растворы не разделяются (составы фаз равны). Но их можно разделить следующими методами:
— путём химического связывания одного из компонентов;
— путем добавления в систему третьего компонента;
|
|
|
— путем ректификации на двух последовательных колонках при различных давлениях. 
Рис. 10. Диаграммы состояния бинарных систем с максимумом
на кривой давления пара (а) и минимумом на кривой температур кипения (б).
Примерами азеотропных смесей с минимумами на кривых температур кипения являются растворы, содержащие Н2О и С2Н5ОН (96,5%), метанол и ацетон, и другие. Примерами азеотропных смесей с максимамуми на кривых кипения являются растворы, содержащие Н2О и НСl (20%), ацетон и хлороформ, и другие.
Диаграммы кипения используются для обоснования возможности разделения жидких смесей методом перегонки и ректификации (фракционной перегонки).
Фракционная перегонка (ректификация) состоит в многократном повторении процессов испарения и конденсации при соответствующих температурных условиях. При этом пар, получаемый на каждой последующей ступени из конденсата, все более обогащается легкокипящим компонентом.
Если две жидкости образуют азеотропную смесь, то независимо от состава исходного раствора его нельзя разделить методом перегонки на два чистых компонента, так как в азеотропной точке состав пара равен составу жидкости. Однако такие растворы можно разделить при перегонке на азеотропную смесь и чистый компонент. При положительных отклонениях от закона Рауля более летучим будет азеотроп (рис.8). Его температура кипения минимальна. Поэтому при перегонке бинарной смеси он окажется в конденсате, а в остатке - чистый компонент, которым была богаче исходная смесь, по сравнению с азеотропом. При отрицательных отклонениях температура кипения азеотропа будет наиболее высокой (рис. 9), поэтому он всегда останется в остатке, а в отгоне будет один из чистых компонентов. Для разделения азеотропных смесей можно изменять внешнее давление. Это приводит к изменению температур кипения веществ и изменению состава азеотропной смеси.
|
|
|
Ректификацию широко применяют в промышленности, например, для получения ректификованного этилового спирта, с отделением сивушных масел и альдегидных фракций, для выделениябензинов, керосинов и других фракций из нефти, а также получения компонентов воздуха (кислорода, азота, инертных газов).
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 516; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!