Разделение жидких бинарных растворов

Различие в составах паровой и жидкой фаз успешно используется в промышленной и лабораторной практике для разделения жидких растворов на чистые компоненты и для очистки загрязненных веществ.

Теория перегонки смесей веществ была детально разработана Коноваловым.

Перегонка – процесс разделения раствора на те или иные составные части, основанный на различной температуре их кипения. Перегонку обычно осуществляют при постоянном давлении.

Разделение осуществляется, в общем, тем легче, чем больше различаются по составу равновесные жидкость и пар.

Различают простую и фракционнуюперегонки.

Простая перегонка заключается в непрерывном нагревании жидкого раствора с отводом образующегося пара и его конденсацией.

Рассмотрим смесь, состоящую из компонентов А и В, где последний более летуч (рис.).

Рис. Диаграмма температура кипения – состав бинарного раствора при р = const

В результате того, что пар постоянно отбирается для конденсации, на его место из жидкости поступают новые порции. Поскольку более летучий компонент В содержится в паре в относительно больших количествах по сравнению с жидкостью, его содержание в кипящей жидкости уменьшается, она обогащается менее летучим компонентом А.

Точки Т⁰_А и Т⁰_В на диаграмме представляют собой точки кипения чистых компонентов. Добавление более летучего компонента В понижает температуру кипения смеси, в соответствии с чем изменяется соотношение компонентов в жидкости и паре. Вследствие того, что компонент В более летуч, пар будет обогащен компонентом В. Разберем ход перегонки жидкости при постоянном внешнем давлении.

Если нагревать раствор состава Х₁, то кипение его начнется, когда будет достигнута температура Т ₁. Пар, равновесный с этим раствором, обладает составом Т ₃. Он более богат компонентом В, чем жидкий раствор, поэтому после испарения некоторого количества раствора остающаяся часть его становится богаче компонентом А и имеет, например, состав Х₂. Раствор такого состава не может кипеть, пока температура не поднимется до Т ₂. Пар, находящийся в равновесии с этим раствором, обладает составом Х ₄. Он тоже более богат компонентом В, чем раствор. Поэтому остаток раствора обогащается компонентом А и температура кипения повышается. В результате в остатке будет содержаться практически чистый компонент А и температура кипения достигнет Т⁰_А. Легколетучий компонент В в процессе простой перегонки в чистом виде не выделяется.

Для построения кривых жидкости и пара определяют температуру начала кипения смеси и состав дистиллята, полученный при перегонке смеси при этой температуре. При такой перегонке разделение смесей невозможно, так как пар и жидкость содержат оба компонента.

Простая перегонка применяется только для обогащения смеси одним из компонентов. Она эффективна при существенном различии в испаряемостях жидкостей, т.е. когда компоненты раствора сильно различаются по температурам кипения.