2020-07-12
1318
Все методы разделения компонентов нефти и газа можно разделить на:
· Химические – основаны на неодинаковой реакционной способности разделяемых компонентов
· Физические – основаны на различии концентраций компонентов в сосуществующих равновесных фазах:
o Простые – методы разделения, при которыхизменение концентрации разделяемых компонентов в сосуществующих фазах достигается лишь благодаря сообщению системе энергии
o Сложные – методы с применением дополнительных разделяющих агентов (селективных растворителей, адсорбентов), увеличивающих различие составов фаз.
o Разнообразные виды хроматографии, различающиеся агрегатным состоянием подвижной и неподвижной фаз
Простая перегонка (дистилляция) – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси. При этом отогнанный дистиллят обогащается низкокипящим компонентом, а остаток – высоко кипящим.
Область применения
1. Разделение жидких смесей веществ, значительно различающихся по температуре кипения (более 60 °С). Но с температурой до 300 °С (более 300 °С вещества разлагаются и следует применять перегонку под вакуумом).
2. Отделение жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов).
3. Наиболее часто простая перегонка используется для очистки продажных растворителей.
1 – колба с исходным раствором, 2 – лапка, 3 – насадка Вюрца, 4 – термометр, 5 – холодильник Либиха, 6 – аллонж и приемные колбы, 7 – нагревающий элемент
Фракционная перегонка (дистилляция) – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси. При этом отогнанный дистиллят обогащается низкокипящим компонентом, а остаток – высоко кипящим. При этом виде перегонки используется дефлегматор, в котором при неполном охлаждении пара кипящей жидкости происходит частичная конденсация пара более высоко кипящей жидкости, обогащенный высоко кипящим компонентом промежуточный дистиллят (флегма) возвращается в колбу, а пар обогащается более низкокипящим веществом. При этом фракционная перегонка позволяет эффективно разделять смеси веществ с небольшой разницей в температурах кипения (~10-20 °C).
Область применения:
Разделение жидких смесей веществ, незначительно различающихся по температуре кипения
Перегонка под вакуумом – способ разделения смеси жидких веществ, основанный на различной температуре кипения компонентов смеси в вакууме. Особое значение имеет при перегонке термолабильных веществ. В вакууме вещества кипят гораздо с меньшей температурой, приблизительное соответствие температуры в вакууме и при атмосферном давлении можно узнать из монограммы.
Область применения:
1. Разделение жидких смесей веществ, различающихся по температуре кипения (менее 60 °С – с дефлегматором, с более 60 °С – простая перегонка) и имеющих высокую температуру кипения.
2. Отделение высоко кипящего жидкого вещества от нелетучих примесей (твердых компонентов).
3. Разделение смесей неразделимых при атмосферном давлении.
4. Часто перегонка под вакуумом используется для очистки продажных высоко кипящих растворителей, реактивов, для очистки и выделения термолабильных или высоко кипящих продуктов реакций.
Ректификация – это процесс разделения бинарных или многокомпонентных смесей за счет противоточного массо- и теплообмена между паром и жидкостью.
Ректификация нефти заключается в разделении на фракции при нагревании, при этом выделяются фракции, различающиеся по температуре кипения. Низкокипящие фракции называются легкими, а высококипящие - тяжелыми.
В результате ректификации нефти получают бензин, керосин, дизельное топливо, масла и другие фракции.
Светлые нефтепродукты - бензин, керосин и дизельное топливо получают на установках, называемых атмосферными или атмосферными трубчатками (AT), поскольку процесс происходит под атмосферным давлением, а нагрев нефти производится в трубчатой печи. Получаемый на этих установках остаток - мазут - может быть направлен в вакуумную установку, где в результате перегонки получают различные сорта смазочных масел.
Перегонка с ректификацией наиболее распространенный в химической и нефтегазовой технологии массообменный процесс, осуществляемый в аппаратах – ректификационных колоннах – путем многократного противоточного контактирования паров и жидкости.
Азеотропная и экстрактивная перегонка:
Легкость разделения двух компонентов при перегонке определяется величиной коэффициента относительной летучести:
P – упругости паров компонентов, γ – коэффициенты активности, характеризующие отклонения раствора от идеального
Если α=1, то мы имеем нераздельнокипящую смесь. Если добавить к этой смеси третий компонент, то можно изменить соотношение коэффициентов активности и увеличить α. Разделяемые вещества должны растворяться в нём по-разному. Если третий компонент по летучести приближается к разделяемой смеси, то он образует азеотропную смесь с одним из компонентов – Азеотропная перегонка. => Обычно применяют спирты (для близкокипящей смеси аренов и алканов), уксусную кислоту (для разделения алканов и нафтенов), кетоны, простые и сложные эфиры.
Если летучесть третьего компонента мала, то перегонка в его присутствии называется экстрактивной. Третий компонент остается в жидкой фазе и удерживает одно из разделяемых веществ, которое лучше растворяется в нём. С её помощью можно разделить близкокипящие смеси аренов и нафтенов. В качестве третьего компонента используют фенол и фурфурол.
31. Хроматография. Классификации хроматографических методов. Теоретические основы метода газовой хроматографии. Принципиальное устройство газожидкостного хроматографа. Характеристика и назначение основных частей хроматографа.
Хроматография – это физико-химический метод разделения веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами – подвижной и неподвижной. Неподвижной фазой обычно служит твердое вещество (сорбент) или пленка жидкости, нанесенная на твердое вещество. Подвижная фаза представляет собой жидкость или газ, протекающий через неподвижную фазу.
Как происходит процесс: Компоненты анализируемой фазы перемещают вдоль стандартной фазы, которую помещают в колонку. Если компоненты имеют разную адсорбируемость или растворимость, то время их пребывания там различны. Таким образом одни остаются веру сорбента, другие внизу, некоторые покидают колонку.
Что дает хроматография: разделение сложных смесей органических и неорганических веществ, очистка веществ от примесей, концентрирование веществ из сильно разбавленных растворов, качественный и количественный анализ исследуемых веществ.
Классификация хроматографических методов:
Признаки классификации:
1) агрегатное состояние фаз;
2) механизм взаимодействия сорбент – сорбат;
3) способы проведения хроматографического анализа;
4) аппаратурное оформление (техника выполнения) процесса хроматографирования;
5) цель хроматографирования.
1) По агрегатному состоянию фаз хроматографию разделяют на газовую и жидкостную. Газовая хроматография включает газожидкостную и газотвердофазную, жидкостная – жидкостно-жидкостную и жидкостно-твердофазную. Первое слово в названии метода характеризует агрегатное состояние подвижной фазы, второе – неподвижной.
2) По механизму взаимодействия сорбента и сорбата:
1) адсорбционная основана на различии в адсорбируемости веществ твердым сорбентом;
2) распределительная основана на различной растворимости разделяемых веществ в неподвижной фазе или на различной растворимости веществ в подвижной и неподвижной фазах;
3) ионообменная хроматография – на разной способности веществ к ионному обмену;
4) эксклюзионная хроматография – на различии в размерах и формах молекул разделяемых веществ;
5) аффинная хроматография – на специфических взаимодействиях, характерных для некоторых биологических и биохимических процессов
6) осадочная хроматография, основанная на образовании отличающихся по растворимости осадков разделяемых веществ
7) адсорбционно-комплексообразовательная, основанная на образовании координационных соединений разной устойчивости в фазе или на поверхности сорбента, и др
3) по способам проведения анализа.
Фронтальный метод. Через хроматографическую колонку с сорбентом непрерывным потоком пропускают раствор или газовую смесь исследуемых веществ (А < В < С как располагаются). Они разделяются не полностью: в чистом виде выделен только первый, затем в контакте первый и второй, третья зона содержит все три компонента. В некоторый момент времени сорбент насыщается, и наступает «проскок», т.е. из колонки начинают выходить компоненты в соответствии с их сорбируемостью.
Проявительный метод. Хроматографическую колонку промывают растворителем или газом-носителем, обладающим меньшей сорбируемостью, чем любое из разделяемых веществ. Затем в колонку вводят исследуемую смесь и продолжают пропускать элюент. Вещества перемещаются по разному из-за их сорбируемости. На выходе из колонки детектор фиксирует непрерывно концентрацию компонентов, а связанный с ним регистрирующий прибор записывает выходную кривую в виде ряда пиков, число которых соответствует числу разделенных компонентов.
Вытеснительный Разделяемые вещества и на колонке, и в элюате располагаются последовательно друг за другом. Каждый из компонентов выделяется в чистом виде, но не количественно, так как зоны компонентов не разделены промежутками чистого сорбента. Невозможность получения на выходе из колонки достаточно чистых компонентов разделяемой смеси, а также длительность процесса разделения затрудняют использование этого метода в аналитических целях.
4) По технике выполнения
1) колоночную хроматографию, когда разделение проводится в специальных колонках,
2) плоскостную хроматографию, когда разделение проводится на специальной бумаге
Г азовая хроматография
Газовая хроматография – это вариант хроматографии, в котором подвижной фазой является инертный газ, протекающий через неподвижную фазу, обладающую большой поверхностью. Можно проанализировать газообразные, жидкие и твердые вещества с молекулярной массой меньше 400, удовлетворяющие определенным требованиям, главные из которых – летучесть, термоста-бильность, инертность и легкость получения. Газ-носитель должен быть инертным по отношению к разделяемым веществам и сорбенту, взрывобезопасным и достаточно чистым.
В зависимости от фазы, газовая хроматография делиться на:
1) Газоадсорбционную – неподвижная фаза твердый адсорбент.
2) Газожидкостная – неподвижная фаза жидкость, нанесенная на поверхность твердого носителя.
Количественный анализ можно провести только в том случае, если вещество термостойко. При разложении вещества на хроматограмме появляются ложные пики, относящиеся к продуктам разложения. Вещество не должно образовывать устойчивых сольватов при растворении в неподвижной жидкой фазе и реагировать с материалами, из которых изготовлены детали хроматографа. Этим требованиям удовлетворяют, как правило, органические вещества, поэтому ГХ чаще используют как метод анализа органических соединений, хотя этим методом можно определять почти все элементы периодической системы в виде летучих соединений.
