Материальный баланс простой перегонки

Область применения

1 Разделение жидких смесей веществ, незначительно различающихся по температуре кипения (менее 60 °С, для различающихся более 60 °С: см. также простая перегонка, перегонка в вакууме). Но с температурой до 200 °С (более 200 °С вещества разлагаются и следует применять перегонку под вакуумом). Пример: разделение смеси ацетон (т. кип. 56 °С)/вода (т. кип. 100 °С).

2 Отделение жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов). Пример: перегонка эфира (т. кип. 35 °С) над натрием (нелетуч).

3 Часто фракционная перегонка используется для очистки продажных реактивов, для очистки и выделения полученных продуктов реакций.

Перегонка под вакуумом – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси в вакууме. Особое значение имеет при перегонке термолабильных веществ. В вакууме вещества кипят гораздо с меньшей температурой, приблизительное соответствие температуры в вакууме и при атмосферном давлении можно узнать из этой монограммы.

Область применения

1 Разделение жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения (менее 60 °С – с дефлегматором, с более 60 °С – простая перегонка) и имеющих высокую температуру кипения. Пример: выделение ДМСО из смеси ацетон (т. кип. 56 °С)/диметилсульфоксид (ДМСО) (т. кип. 189 °С с разложением при 1 атм., ~60 °С в вакууме водоструйного насоса без разложения).

2 Отделение высоко кипящего жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов). Пример: перегонка ДМСО над гидридом кальция (не летуч).

3Разделение смесей неразделимых при атмосферном давлении. Пример: разделение азеотропной смеси этанол/вода. Этанол кипит при 70 мм. рт. ст. при 28 °С без образования азеотропа с водой.

4Часто перегонка под вакуумом используется для очистки продажных высоко кипящих растворителей, реактивов, для очистки и выделения термолабильных или высоко кипящих продуктов реакций.

Перегонка с водяным паром

Перегонка с водяным паром – способ разделения смеси веществ малорастворимых в воде и не взаимодействующих с ней, обладающих значительным давлением пара при температуре кипения воды. Такая перегонка уменьшает термическое воздействие на разделяемые вещества и приближается к вакуумной перегонке.

Область применения

1Отделение продуктов реакции от смолообразных веществ. Пример: очистка смол различного состава, смазочных масел, эфирных масел, жирных кислот.

2 Перегонка чувствительных к нагреванию веществ. Пример: лимонен (т. кип. 178 °С) перегоняется с водяным паром (т. кип. 100 °С).

 

 

1 – перегонный куб; 2 – конденсатор-холодильник; 3,4,5 – сборники фракций.

Простая перегонка заключается в постепенном испарении жидкости и конденсации образующихся паров. Рассмотрим периодически действующую перегонку. В куб залита жидкая смесь. Составим уравнение материального баланса.

Пусть в момент времени τ в кубе L кг смеси, х – концентрация НК в смеси, Lх – количество НК в смеси. За время dτ испарится dL кг смеси и концентрация уменьшится на dx. При этом образуется dL кг пара, равновесного с жидкостью и имеющего концентрацию у*; dLy* - количество НК в паре. В кубе останется остаток (L – dL) кг с концентрацией (х – dx). Тогда уравнение материального баланса по НК:

Lx = (L-dL)(x-dx)+dLy^*; раскроем скобки Lх = Lх -dLх-Ldx+dLdx +dLy*, после сокращения получим dL(y*-х) = Ldx,разделим переменные . Это дифференциальное уравнение проинтегрируем от L = F (количество исходной смеси) до L = W(количество остатка) и по х от х_F до х_W (х_F – концентрация НК в исходной смеси; х_W- концентрация в остатке )

F x_F x_F

Тогда: ∫ dL/L = ∫ dx/(y* - х); ln(F/W) = ∫ dx/(y* - х) – _W х_W х_W

-уравнение простой перегонки.

Вид функции у* = f(x) определяется формой кривой равновесия и не может быть установлен аналитически. Поэтому правую часть интегрируют графически (см. пред. лекц.). Из уравнения можно получить W, зная F и х_F, х_W. Средний состав дистиллята х_р можно определить из уравнения материального баланса по НК: