3. Какие смеси разделяются на отдельные компоненты с помощью перегонки и ректификации?

Разделение жидких однородных смесей (растворов), состоящих из двух или большего числа летучих компонентов, производится перегонкой или ректификацией.

Разделение путем перегонки основано на различной температуре кипения отдельных веществ, входящих в состав смеси. Так, если смесь состоит из двух компонентов, то при испарении компонент с более низкой температурой кипения (низкокипящий компонент) переходит в пары, а компонент с более высокой температурой кипения (высококипящий компонент) остается в жидком состоянии. Полученные пары конденсируются, образуя дистиллят или ректификат, а неиспаренная жидкость называется остатком.

В результате перегонки низкокипящий компонент переходит в дистиллят, а высококипящий – в остаток. Такой процесс называется простой перегонкой. При этом не достигается полного разделения смеси. Оба компонента являются летучими, оба переходят в пары, но в разной степени. Поэтому образующиеся при перегонке пары не представляют собой чистого низкокипящего компонента.

Из-за большой летучести низкокипящий компонент испаряется в большей степени, чем высококипящий компонент. Т.о., в дистилляте содержание низкокипящего компонента выше, чем в исходной смеси, а в остатке наоборот: содержание низкокипящего компонента ниже, чем в исходной смеси.

Простую перегонку применяют для грубого разделения смесей или для предварительной очистки продуктов от нежелательных примесей.

Для достижения наиболее полного разделения компонентов применяют более сложный вид перегонки – ректификацию.

Ректификация заключается в многократном испарении исходной смеси и конденсации образующихся паров, в противоточном воздействии паров, образующихся при перегонке, с жидкостью, получаемой при конденсации паров.

Способ разделения смеси на компоненты путем ректификации является основным в спиртовом и ликеро-водочном производствах, в производстве эфирных масел, при переработке нефтепродуктов и др.

4. Назовите основные законы фазового равновесия.

Равновесие – такое термодинамическое состояние системы, которое при постоянной температуре и давлении не изменяется во времени или такое термодинамическое состояние системы, при котором скорости прямого и обратного процессов равны. Таким образом, из данного определения следует,

что равновесие может быть статическим и динамическим.

К основным законам фазового равновесия относятся правило фаз Гиббса, законы Генри, Дальтона, Рауля.

Правило фаз Гиббса характеризует условия, при которых могут сосуществовать несколько фаз. Состояние любой системы определяется следующими основными параметрами: температурой, давлением и составом.

По правилу фаз Гиббса число степеней свободы процесса С равно числу компонентов К минус число фаз плюс 2, т.е.

С = К – Ф + 2.

Здесь С – число степеней свободы, под которым понимают число независимых термодинамических параметров фаз системы, находящейся в равновесии, имеющих возможность принимать произвольные значения без исчезновения старых и без образования новых фаз.

Для абсорбционно-десорбционных процессов равновесие между газами и их растворами в жидкости описывается законом Генри. Согласно этому закону, количество газа, растворяющегося в жидкости при данной температуре, прямо пропорционально давлению газа над ней. Классическая формулировка закона Генри звучит следующим образом: равновесное парциальное давление растворяемого газа пропорционально его мольной доле в растворе

где Е – константа Генри, Па.

[Парциальное давление компонента газовой смеси – давление данного компонента газовой смеси при условии, что этот компонент занимает весь объем смеси].

[Закон Генри справедлив для слаборастворимых газов, а также для низких концентраций хорошо растворимых газов. Если концентрация хорошо растворимых газов велика, то их фактическая растворимость ниже, чем это следует из закона Генри].

Общее давление смеси газов согласно закону Дальтона равно сумме парциальных давлений составляющих ее компонентов

Из закона Дальтона следует, что мольная или объемная доля любого компонента смеси идеальных газов равна или при равновесии

Закон Рауля – смотри следующий вопрос.