книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

Теплоемкость безводного жидкого этилового спирта доволь­ но сильно меняется с изменением температуры (табл. 1 1 ).

А. Г. Дорошевский и А. В. Раковский [4] предложили сле­ дующую формулу для определения теплоемкости жидкого эти­ лового спирта в интервале температур от 0 до 60° С:

с = 0,540+ 0,00171 ккал/кг-град;

здесь t—температура жидкости, при которой отыскивается теп­ лоемкость.

Если отыскивается средняя теплоемкость в интервале тем­ ператур от t\ до t2, то

t = *l±Js .

2

§ 3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ ЭТИЛОВОГО СПИРТА

В процессе перегонки и ректификации мы имеем дело со сложными многокомпонентными смесями, однако основными яв­ ляются почти всегда два компонента: вода и этиловый спирт. Поэтому водно-спиртовые растворы играют громадную роль в процессах перегонки и ректификации, а их свойства представля­ ют значительный интерес.

' Во всех расчетах тепло- и массопередачи при перегонке и ректификации мы встречаемся с необходимостью знать такие свойства, как удельный вес жидких парообразных смесей спирта и воды, теплопроводность, теплоемкость, вязкость растворов различной концентрации. Поэтому мы считаем необходимым дать краткую сводку этих констант в виде таблиц и графиков.

Удельные веса водно-спиртовых растворов при различных температурах представлены на графике рис. 25, составленном И. М. Ройтером. Удельный вес насыщенных водно-спиртовых па­

Теплоемкость водно-спиртовых растворов изучалась многими авторами. Наибольшим распространением до последнего време­ ни пользовались формулы Жамена и Амори. Работами после­ дующих исследователей было доказано, что эти формулы дак5т завышенные значения теплоемкости. На основе сопоставления наиболее достоверных данных составлена таблица теплоемкости водно-спиртовых растворов (см. табл. 1 1 ).

данной температуре.

При изменении температуры в интервале от t\ до t2 следует брать значение теплоемкости, среднее для данного интервала.

А. Г. Дорошевский [4] предложил ряд уравнений для нахож­ дения теплоемкости водно-спиртовых растворов при данной тем­ пературе и концентрации спирта.

Для раствора, содержащего 10%> вес. спирта,

с= 1,045—0,00210/4-0,00003875/2 ккал/кг. град\ для 20% с= 1,038—0,00080/4-0,0000150/2;

Теплопроводность водно-спиртовых растворов в настоящее время может считаться хорошо изученной. В 1956 г. Н. В. Цедерберг опубликовал данные, полученные им для интервала тем­

В тепловых и гидравлических расчетах ректификационных установок большую роль играет вязкость водно-спиртовых сме­ сей. В табл. 13, составленной по данным Технической энцикло­ педии, даны значения вязкости для водно-спиртовых растворов различной крепости и температуры.

44Физико-химические основы перегонки спирта

§4. ФАЗОВОЕ РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ЭТАНОЛ — ВОДА

Воснове учения о перегонке и ректификации лежат основ­ ные законы, установленные Д. П. Коноваловым и М. С. Врев­

ским.

Законы Коновалова

Для теории и практики основным вопросом является вопрос о составе равновесных паровой и жидкой фаз.

Для интересующего нас случая правило фаз может быть записано следующим образом:

s = k — f + 2 = 2 — 2 + 2 = 2 ;

здесь: s — число степеней свободы; f—число фаз, равное 2 ;

k—число компонентов, равное 2 .

Правило фаз указывает, что из трех параметров, определя­

Определенному значению t (температуры) и с (концентра­ ции) отвечает вполне определенное значение упругости пара.

Д. П. Коновалов в конце прошлого века, исследуя упругость паров растворов спиртов и органических кислот, установил 2 ос­ новных закона, в дальнейшем послуживших основой теории пе­

такая концентрация жидкой фазы, при которой ее состав одина­ ков с составом паровой фазы.

Второй закон Коновалова устанавливает: «В экстремумах давлений пара составы жидкой и паровой фаз совпадают».

Таким образом, первый закон устанавливает качественно со­ став паровой фазы в зависимости от состава жидкой фазы,- Вто­ рой закон определяет состав азеотропа — нераздельнокипящей смеси, для которой состав фаз одинаков. Смесь этилового спир­ та имеет азеотропную точку при нормальном давлении при со­ держании спирта 95,57% вес. Температура кипения азеотропа при нормальном давлении 78,15°С.

ления, и кривая равновесия является изобарой. При изменении давления изменяется и положение кривой равновесия.

Законы, управляющие изменением равновесия состава фаз,

46 Физико-химические основы перегонки спирта

мость между изменением равновесия под влиянием температу­ ры (давления) и изменением состава нераздельнокипящей сме­ си.

Рассмотрим вначале, каким образом Вревский разрешает пер-' вый из поставленных вопросов. Теоретически этот вопрос разре­ шается им путем следующих рассуждений: предположим, что раствор содержит Ni молей первой жидкости на 1 моль второй и N2 молей второй жидкости на 1 моль первой. Пусть при сме­ шение Л^1 молей первой жидкости с 1 молем второй выделяется Q' калорий тепла. Прибавим к бесконечно большому количест­

ная в тепловых единицах, то, согласно Кирхгофу, теплота раз­ бавления раствора

или

Проведем аналогичные рассуждения и для второй жидкости, при этом обозначим тепло, выделяющееся при смешении N2 мо­ лей второй жидкости с 1 молем первой жидкости, через Q", а молекулярную теплоту испарения второй жидкости — через Ь2. Тогда получим: