2. Описание лабораторной установки

Общий вид стенду представлено на рисунке 1. Жидкий воздух заливают в прозрачный сосуд Д'юара 1, помещенную в защитный кожух 4. Сосуд закрывают крышкой 2, в которой установленная трубка 5 для отвода газообразной фракции, которая испарилась, в атмосферу или к прибору для определения состава фракции.

Необходимая скорость испарения обеспечивается електронагрівачем 7, помещенным в жидкий воздух. Питание електронагрівача осуществляется от сети сменного тока (напряжение не выше 12В).

На линии отвода установленный гидрозатвор 6. Измерение объема жидкости в сосуде осуществляется с помощью мерной шкалы 3.

Для определения содержания кислорода в газовой смеси используют прибор Гемпеля.

Рисунок 2.1. Установка для фракционированного испарения жидкости

3. Расчетные соотношения

Пусть в начальный момент времени в сосуде находится молей жидкости, которая представляет собой бинарную смесь. При испарении бесконечно малого количества жидкой смеси мольная концентрация легкокиплячого компонента уменьшится на и станет равной . В результате испарения количество легкокиплячого компонента в жидкости, которая осталась, будет .

Уравнение материального баланса по легкокиплячому компоненту получим, сравнивая первоначальное количество легкокиплячого компонента суммарной его количества в жидкости и пари, которая образовалась

(1)

где – мольная концентрация легкокиплячого компонента отведенной пари.

Пренебрегая бесконечно малой второго порядка получим

(2)

Если при дистилляции количество жидкости изменяется от к , а концентрация легкокиплячого компонента в жидкости соответственно от к , то с (2) получаем

(3)

Применяя полученное выражение для воздуха , найдем

(4)

Интеграл удобно определить графически, построив зависимость . Площадь под этой кривой, ограниченная вертикальными линиями, проведенными через и , определит интеграл, который интересует.

Равновесный состав паровой и жидкой фаз смеси кислород-азот при давлении 0,1Мпа приведенный в таблице 1.

Таблица 2.1. Равновесный состав паровой и жидкой ваз смеси при давлении 0,1 МПа

0	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	100
0	17,52	31,29	51,09	64,15	73,60	80,58	86,00	90,36	94,03	97,19	98,63	100

Знавая состав жидкости и , можно вычислить ее объем (объемом смешения пренебрегаем):

(5)

аналогично для начального состояния

(6)

Здесь значение мольных объемов азота и кислорода и , a также концентрации должны быть взятые для соответствующих условий. Поскольку мольные объемы и слабо зависят от температуры в интервале от к , с (5) и (6) треба, что

Простоя дистилляцией жидкого воздуха можно достичь высокой концентрации кислорода в жидкости, но выход его будет тем меньше, чем выше необходимое содержание кислорода. Так, например, можно получить кислород чистотой 95% в результате испарения 94,5% по объему жидкого воздуха. При этом количество полученного кислорода будет представлять всего около 25% от его количества и исходном воздухе. В связи с этим процесс дистилляции для промышленного деления воздуха не применяют.