Равновесие между фазами

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПРИ ЭКСТРАКЦИИ

В ЖИДКОСТЯХ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Процессы и аппараты химической технологии» для студентов специальности 240403 всех форм обучения

Магнитогорск

Составители: В.В. Вейнский, А.В. Горохов Т.Г. Волощук

Определение коэффициента распределения при экстракции в жидкостях. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Процессы и аппараты химической технологии» для студентов специальности 240403 всех форм обучения. Магнитогорск, изд. МГТУ им. Г.И. Носова, 2010, 13 с.

© В.В. Вейнский

А.В. Горохов

Т.Г. Волощук

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Определение коэффициента распределения при экстракции.

2. Построение линии равновесия и рабочей линии при экстракции фенола из водного раствора бензолом.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общие сведения

Экстракция- это извлечение одного или несколько компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей.

Экстракция в системах жидкость - жидкость представляет массообменный процесс с диффузией распределяемого вещества из исходной смеси в экстрагент, который нерастворим или ограниченно растворим в исходном растворителе. Для последующего выделения целевого компонента из смеси с экстрагентом применяют выпаривание или ректификацию.

Целесообразность применения жидкостной экстракции определяется:

1. Невозможностью разделения смеси ректификацией вследствие образования азеотропных смесей, нелетучести или недостаточной термической стойкости компонентов;

2. Экономией теплоты, если затраты на ректификацию исходной смеси вследствие близости температур кипения составляющих компонентов, малых концентраций или других причин больше, чем расходы на экстракцию и отгонку растворителя из продуктов разделения.

В процессе экстракции образуются следующие продукты:

Экстракт - это экстрагент, насыщенный распределяемым веществом и рафинат - это исходная смесь, обедненная извлекаемым компонентом.

Процесс экстракции состоит из следующих стадий:

- создание между фазами тесного контакта при интенсивном перемешивании;

- разделение двух несмешивающихся жидкостей (экстракта и рафината) гравитационным отстаиванием;

- регенерация экстрагента при удалении его из экстракта и возвращение в процесс.

Равновесие между фазами

Равновесие системы из двух несмешивающихся жидкостей и третьего компонента, распределенного между ними, характеризуется двумя степенями свободы (С = К – Ф + П = 3 – 2 + 2 = 2). Это означает, что равновесная концентрация третьего компонента в любой из фаз является функцией температуры и концентрации его в другой фазе.

Отношение равновесных концентраций распределившегося компонента в экстракте и рафинате называют коэффициентом распределения К.

К = Y*/X (1)

где Y^*иХ_к – равновесные концентрации распределяемого вещества в экстракте и рафинате, соответственно.

Выражение (1), характеризующее состояние равновесия фаз при экстракции называется законом распределения.

В простейшем случае К есть величина постоянная при данной температуре и не зависит от количества распределяемого компонента. Это справедливо при условии, если экстрагент и исходная смесь совершенно нерастворимы, не происходит диссоциация или ассоциация молекул растворенного вещества. В данном случае линией равновесия является прямая ОС (рисунок 1).

Практически экстрагент и исходный раствор обладают некоторой растворимостью, возможно химическое взаимодействие распределяемого компонента с экстрагентом, а так же ассоциация или диссоциация молекул растворенного вещества. При этом равновесная зависимость криволинейна, а коэффициент распределения зависит не только от температуры, но и от концентрации (ОС¢, рисунок 1).