Ключевые слова и выражения

Экстракция – в системе «жидкость-жидкость», в системе «жидкость-твердое тело»; экстрагент; экстракт; экстракторы; селективное растворение; выщелачивание

Вопросы для самопроверки:

1. Что называется процессом экстракции? Что такое экстрагент?

2. Что является движущей силой процесса экстракции?

3. Принцип действия и устройство смесительно – отстойных экстракторов.

4. Объясните метод перекрестной экстракции?

5. Дайте общее понятие процессу экстракции в системах твердое тело – жидкость.

6. Что называется пульпами?

7. Как определяется скорость выщелачивания?

8. Перечислите способы растворения и выщелачивания.

Лекция №16 перегонка и ректификация план:

1. ПЕРЕГОНКА И РЕКТИФИКАЦИЯ.

2. АППАРАТУРА ДЛЯ РЕКТИФИКАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ.

3. РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ КОЛОННЫ.

1.Перегонка и ректификация

Перегонка(дистилляция)– это процесс разделения жидких смесей путем их частичного испарения при кипении с последующей конденсацией образующихся паров.

Если парциальные давления компонентов, составляющих исходную смесь, различны, т.е. различна летучесть компонентов, то состав дистиллята будет отличаться от состава исходной смеси: в нем будет содержаться больше легколетучего (с большим парциальным давлением) компонента. Различают два вида перегонки: простую (дистилляция), сложную перегонку (ректификация).

Перегонка применяется для разделения и очистки сжиженных газов в химической, пищевой, фармацевтической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Перегонка проводится: под вакуумом (для термически нестойких или токсичных веществ), под атмосферным давлением, под избыточным давлением (сжиженный газ).

Физическая сущность процесса

Физической сущностью процесса перегонки является испарение и конденсация паров, скорости которых во многом определяются равновесными характеристиками в этой системе «жидкость – пар».

Жидкая смесь, состоящая из двух или более компонентов, нагревается до кипения (рис.16.1). При кипении смеси более летучий компонент переходит в газовую фазу.

Этот компонент называется низкокипящим (НК) или легколетучим (ЛК). Паровая смесь, обогащенная паром легколетучего компонента, направляется в конденсатор, и из конденсатора выходит жидкость, состав которой аналогичен составу конденсируемого пара – дистиллят. То есть в результате перегонки смесь разделяется на дистиллят и кубовый остаток, обогащенный труднолетучим компонентом.

Рис.16.1. Физическая сущность перегонки

Равновесие в системе «жидкость – пар»

Рассматривая бинарные смеси, можно сказать, что в зависимости от взаимной растворимости компонентов различают смеси: с полной (неограниченной) растворимостью компонентов, с ограниченной растворимостью и с полной взаимной нерастворимостью. Кроме того, различают идеальные смеси и реальные. Идеальными называют смеси, компоненты которых при смешении не изменяют объема. Идеальные смеси следуют закону Рауля, согласно которому парциальное давление каждого компонента в паре пропорционально мольной доли этого компонента в жидкости.

, (16.1)

где Р_А– давление насыщенного пара компонента А при t_кип раствора, Па.

Соответственно, для компонента В закон Рауля запишется

. (16.2)

Одновременно с этим, согласно закону Дальтона, общее давление пара над раствором равно сумме парциальных давлений его компонентов:

(16.3)

Помимо этого, в соответствии с законом Дальтона парциальное давление компонента А пропорционально его мольной доле в паре

, (16.4)

где П– общее давление пара над смесью.

Объединив уравнения (16.2) и (16.4), получим

. (16.5)

Заменив общее давление в уравнении (16.5) на выражение (16.3) и поделив числитель и знаменатель на давление насыщенного пара компонента В, получим

, (16.6)

где – относительная летучесть компонентов смеси.

В условиях перегонки значение α > 1связывает содержание компонента А в жидкости и паре при равновесии. Чем больше α, тем легче разделить смесь перегонкой. Если , то такую смесь разделить перегонкой невозможно.

Рассматривая далее бинарные системы, в соответствии с правилом фаз Гиббса видим, что число степеней свободы равно 2.То естьиз трех параметров, определяющих состояние системы (давление, температура, концентрация), один равен константе.При этом возможны варианты фазовых диаграмм, представленных на рис.16.2.

Реальные жидкие смеси характеризуются теплотой смешения компонентов, изменением объемов при смешении и т.д. Диаграммы фазовых равновесий для реальных растворов строят на основе экспериментальных данных. Для реальных смесей отклонение от закона Рауля может быть либо положительным, либо отрицательным.

Рис.16.2. Диаграммы равновесия в системе«жидкость жидкость»

Ректификация-это процесс разделения жидких смесей путем многократного противоточного взаимодействия жидкости и пара, не находящихся в термодинамическом равновесии.

По принципу действия ректификация бывает периодическая и непрерывная.