Лекция 6 Испарение и родственные методы концентрирования

1. Общая характеристика методов испарения, классификация.

2. Основные количественные характеристики.

3. Отгонка.

4. Ректификация.

5. Молекулярная дистилляция.

6. Сублимация.

7. Фракционная перегонка.

1. Общая характеристика методов испарения, классификация.

ЛЕКЦИЯ 2

Испарение — процесс перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности жидкого или твердого вещества (тела). При этом кинетическая энергия испаряющихся молекул превышает потенциальную энергию взаимодействия молекул.

 С точки зрения молекулярно-кинетической теории эти процессы объясняются следующим образом. Молекулы жидкости, участвуя в тепловом движении, непрерывно сталкиваются между собой. Это приводит к тому, что некоторые из них приобретают кинетическую энергию, достаточную для преодоления молекулярного притяжения. Такие молекулы, находясь у поверхности жидкости, вылетают из неё, образуя над жидкостью пар (газ). Молекулы пара, двигаясь хаотически, ударяются о поверхность жидкости. При этом часть из них может перейти в жидкость. Эти два процесса вылета молекул жидкости и их обратное возвращение в жидкость происходят одновременно. Если число вылетающих молекул больше числа возвращающихся, то происходит уменьшение массы жидкости, т.е. жидкость испаряется, если же наоборот, то количество жидкости увеличивается, т.е. наблюдается конденсация пара. Возможен случай, когда массы жидкости и пара, нахо­дящегося над ней, не меняются. Это происходит, когда число молекул, по­кидающих жидкость, равно числу молекул, возвращающихся в неё. Такое состояние называется динамическим равновесием.

При испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, вследствие чего средняя кинетическая энергия поступательного движения оставшихся молекул уменьшается, а следовательно, и температура жидко­сти понижается. Поэтому, чтобы температура испаряющейся жидкости оставалась постоянной, к ней надо непрерывно подводить опре­делённое количество теплоты.

Конденсация – (процесс, обратный испарению) – вещество переходит из парообразного состояния в жидкое.

Процесс испарения зависит от:

- интенсивности теплового движения молекул: чем быстрее движутся молекулы, тем быстрее происходит испарение;

- скорости внешней (по отношению к веществу) диффузии, а также свойства самого вещества: к примеру, спирт испаряется гораздо быстрее воды;

- площади поверхности жидкости, с которой происходит испарение: из узкого стакана оно будет происходить медленнее, чем из широкой тарелки;

- внешних условий (температура, давление, движение воздуха и др.).

В основе всех методов испарения лежит различие в давлении паров разделяемых компонентов или основного соединения и примеси или, другими словами, различие в коэффициентах распределения макро- и микрокомпонентов в системах жидкость-пар или твердое тело-пар (газ). Система жидкость-пар реализуется при простой отгонке, ректификации и молекулярной дистилляции. Эти методы часто объединяют под общим названием методы испарения:

• Дистилляция

• Сублимация (возгонка)

• Отгонка - простое выпаривание

- отгонка с химическим превращением

• Ректификация

• Фракционная перегонка

• Перегонка при пониженном давлении

• Лиофильная сушка

Главные достоинства методов - простота, доступность, экспрессность, малая поправка на холостой опыт, большая степень абсолютного концентрирования.