РАЗДЕЛЕНИЕ БИНАРНОЙ СМЕСИ ЖИДКОСТЕЙ

ПРОСТОЙ ПЕРЕГОНКОЙ

Содержание работы

 

Простая перегонка (или дистилляция) представляет собой процесс разделения смеси жидкостей на компоненты путём превращения жидкости в пар при кипении с последующей конденсацией пара.

Образующийся конденсат называют дистиллятом или продуктом, а жидкость, остающуюся в сосуде, в котором производится её кипячение (так называемом «кубе»), – кубовой жидкостью или кубовым остатком.

Если количество[1] жидкой исходной смеси равно n _F, количество образовавшегося дистиллята – n _D, а количество кубового остатка – n _W[2], то материальный баланс системы в целом определяется выражением:

 

n F = n D + n W.

(3.1.1)

 

Если молярная доля одного из компонентов в жидкой исходной смеси равна x _F, в дистилляте – x _D, а в кубовом остатке – x _W, то материальный баланс этого компонента определяется выражением:

 

x F × n F = x D × n D + x W × n W.

(3.1.2)

 

Обычно уравнение (3.1.2) составляется для самого низкокипящего, то есть легколетучего компонента смеси.

В теории простой перегонки устанавливается также соотношение между количествами исходной смеси и кубового остатка и концентрациями. Это соотношение определяется уравнением:

 

,

(3.1.3)

 

где у ^* – молярная доля легколетучего компонента в паровой фазе, равновесная молярной доле его в жидкой фазе (х).

Уравнения (3.1.1)…(3.1.3) должны рассматриваться как система алгебраических уравнений, в которых фигурируют 6 переменных, а именно: n _F, n _D, n _W, x _F, x _D, x _W. Очевидно, эта система может быть решена аналитически относительно любых 3-х величин. Например, если известно количество исходной смеси, а также известны концентрации жидкой смеси в начале и в конце перегонки, то могут быть спрогнозированы количество получаемого дистиллята и его состав.

Количество вещества системы п может быть рассчитано по формуле:

 

,

(3.1.4)

 

где r – плотность системы;

V – объём системы;

М – молярная масса системы.

 

Молярная масса бинарной смеси, состоящей из компонентов А и В, в которой молярная доля компонента А равна х _А, вычисляется по формуле:

 

,

(3.1.5)

 

где М _А и М _В – молярные массы компонентов А и В, соответственно.

 

Концентрация компонента в смеси может быть определена каким-либо инструментальным методом, например, по косвенному параметру – оптическому показателю преломления, определяемому методом рефрактометрии.

Кроме того, как известно, жидкие смеси определённого состава имеют вполне определённую температуру кипения; таким образом, температура кипения смеси может служить косвенным показателем её состава.

 

Цель работы:разделение жидкой бинарной смеси изопропиловый спирт — вода методом простой перегонки; сравнение экспериментально полученных значений количества и качества (состава) дистиллята со значениями, рассчитанными теоретически.