ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Фракционное разделение веществ, основанное на фазовом равновесии из "Начала органической химии Книга первая" Многие методы разделения смесей и получения индивидуальных веществ основаны на равновесном разделении обоих компонентов между двумя фазами — жидкой и газообразной (фракционная перегонка, газожидкостная хроматография), твердой и жидкой (дробная кристаллизация, адсорбционная хроматография), двумя жидкими (экстракция из жидкости, распределительная хроматография). [c.30] Для процесса ректификации, рассмотренного в следующем разделе, жидкая фаза В находится в равновесии с паром А , конденсируемым в жидкую фазу В2, состав которой, очевидно, тот же, что у пара А1. Жидкая фаза Вз находится в равновесии со своим паром Аз, конденсируемым в жидкость В3 того же состава, что пар Аз, и т. д. [c.31] В случае экстракции из раствора жидкостью картина та же жидкая фаза В (растворившая разделяемую смесь веществ) находится в равновесии с жидкой фазой Ац извлекающей эту смесь с коэффициентом распределения а. [c.31] Заключенное в извлекающей фазе вещество по удалении растворителя снова растворяют в фазе с индексом 2) и снова извлекают жидкостью Аз и т. д. [c.31] Аналогично идет дробная кристаллизация смеси двух и т. д. веществ. [c.31] Фракционная перегонка (ректификация). Если две смешивающиеся друг с другом жидкости обладают заметным давлением пара, характер кривых, выражающих зависимость температуры кипения смеси от состава жидкости, и состав пара над жидкостью данного состава при температуре кипения может быть трояким (Д. П. Коновалов) (рис. 7, а, б, в). [c.31] В колонках и других более совершенных ректификационных приборах конденсация пара в флегму происходит в обратном холодильнике выше колонки, причем кран позволяет направлять желаемую часть флегмы в приемник (см. рис. 8). Стекающая обратно жидкость (флегма), полученная за счет конденсации пара и потому обогащенная легкокипящей составной частью, в нижних узких местах шаров дефлегматора, или на тарелках крупных колонн, или на насадке малых колонок, приходит в соприкосновение с новой порцией пара, прорывающегося через флегму, что способствует приближению к равновесию и, следовательно, к работе прибора в соответствии с ходом по лестнице , которая только что была описана. [c.32] Существенно, чтобы ректификационный прибор работал в адиабатических условиях, т. е. чтобы не было (или был минимальным) теплообмена пара и флегмы с окружающей средой. [c.32] Различные дефлегматоры и современные ректификационные лабораторные приборы имеют разную разрешающую способность, которая выражается числом теоретических тарелок или теоретических ступеней разделения. Пользуясь кривой состав пара — состав жидкости (для всего интервала температуры кипения), можно рассчитать число теоретических тарелок (ч. т. т.), необходимое для обогащения ректифицируемой смеси от данного состава до другого данного состава прп выбранной скорости ректификации. Эта скорость измеряется так называемым флегмовым числом V. [c.33] Минимальное флегмовое число — функция не только выбранного состава дистиллята (выражаемого через Х ), но и исходного состава перегоняемой жидкости (выражаемого через Х ). Для исходного состава жидкости Х и находящегося с ней в равновесии состава пара (в мольных долях более легколетучего вещества) рабочая линия (прямая) с минимальным флегмовым числ ом проходит через точ1 у ХхУ кривой и через общую точку пересечения семейства рабочих линий для состава дистиллята Х . [c.34] При приближении к бесконечному флегмовому числу разделение компонентов наилучшее, но процесс становится бесконечно медленным и отбор дистиллята приближается к нулю. Минимальное флегмовое число представляет собой другую границу, по достижении которой уже невозможно выделение пара заданного состава . [c.34] Экспериментально легко установить ч. т. т. данного ректификационного прибора и, таким образом, целесообразно выбрать прибор и режим его работы (флегмовое число). [c.34] Чтобы их разделить, надо употребить какой-либо другой физический метод разделения или прибегнуть к химическим методам. Или, наконец, добавляя третью жидкость, получить иную азеотропную смесь с минимумом температуры кипения, в состав которой входила бы одна, из двух дававших первый азеотроп жидкостей, тогда другой оставшийся компонент, пе входящий в азеотропную смесь, мог бы быть отделен перегонкой. Этот прием применяется часто. Приводим несколько примеров азеотроп-ных бинарных смесей с минимумом и максимумом температуры кипения (табл. 1). [c.35] Примером постоянно кипящей смеси с минимумом температуры кипения может служить смесь из 95,5% этилового спирта и 4,5% воды (спирт 96 объемн. % или иначе 96°), кипящая при 78,15° С. Вода кипит при 100° С, а безводный этиловый спирт при 78,3° С. Чтобы обезводить спирт 96°, приходится химически связывать воду, например, негашеной известью. [c.35] Количественная сторона процесса экстракции такова. Возьмем единицу массы каждого из веществ. Пусть объемы растворителей и коэффициент распределения данных двух веществ между этими растворителями будут таковы, что после каждого встряхивания в верхней эфирной фазе находится доля р одного из данных веществ, а в нижней водной фазе доля д = (1 — р). Распределение выбранного вещества по трубкам (для аппарата из 12 трубок) после каждой операции приведено в табл. 2. [c.37] Доли величин р и зависят от коэффициента распределения между фазами. Чем больше разница в коэффициентах распределения обоих веществ, тем скорее и полнев пройдет разделение. [c.37] Подставив эти значения в выражение распределения п-ной операции (см. табл. 2), мы найдем концентрацию каждого из веществ в водной и эфирной фазах в экстракционных трубках в зависимости от коэффициента распределения. [c.38] Вернуться к основной статье