ертханалы жмыс № 11

Сйытарды жай айдау

Жмысты масаты:1. Жай айдау ондырысыны жмысымен танысу.

2. Дистиллятты орташа концентрациясын анытау.

 

11.1. Теориялы блім

Екі немесе одан кп растырушылардан ралан біртекті сйы оспаларды ажырату жиі олданылатын тсілдерді бірі айдау (дистилляциясы жне ректификация) процесі болып табылады. Егер бастапы оспа айнау температуралары ртрлі екі растырушылардан ралса (яни бинарлы оспалар) онда буланан кезде тмен температурада айнайтын растырушы (ысаша Ж) сйы кйінде алады. Буланбай алан сйы оспа блігін алды деп атайды. Сонымен, айдау нтижесінде Т дистиллята, ал Ж-алдыа теді бл процесті жай айдау деп атайды. Жай айдау оспа растырушыларын толы ажыратып, оларды таза кйінде алу ммкін емес. Сйы оспалы растырушылара толы ажырату шін айдауды крделі тсілі – ректификация олданылады. Ректификация процесі оспаны буландыранда пайда болан буды оны конденсациялананда пайда болан сйыпен кп рет жинау нтижесіндегі массаны алмасуына негізделген. Бл процесс колонналы аппараттарда ткізіледі. азіргі кезде химиялы жне тама технологияларынны кптеген салаларында (органикалы синтез, изотоптар, полимерлер, спирт, шарап жне т.б.) ртрлі жоары тазалыты заттар ндірісінде ректификация кеінен олданылады.

Азеотропты оспадаа те жаын шыш комонеттерді ажыратуда, сондай-а термиялы трасыз заттарды тжірибе жзінде арнайы айдауды трлері олданылады: азеотропты, экстракты, молекулалы.

Сйы-бу бинарлы жйеде физика – химиялы сипаттаанда фазалы диаграммалар олданылады. Фазалар ережесінен ректификация процесі шін еркіндік дреже С=2 –ге те. Демек, тепе-тедік байланысын екі айнымалы шамалар арылы анытауа болады: Р жне Х; t жне Х; Р жне t; Х жне У. Егер траты ысым (P = const) болса, тепе-тедік байланысын t-Х,У немесе У-Х координаталарында рнектеуге болады. Сйы фаза рамы Х, бу фаза рамы Y мндері бойынша жйені тепе-тедігін рнектейтін диаграммада бейнелеуге болады. t-Х жне t-У графиктерін біріктіруге болады ( 11.1 -сурет).

Абсциссаа Х₁, Х₂, Х₃ рамын, сйкесінше ордината бойынша айнау температуралы t₁, t₂, t₃ трызылан. Бл диаграмманы тменгі сызыы сйы оспаны айнау температурасын, ал жоары сызыы – бу фазаны конденсациялану температурасын крсетеді. Бл диаграмманы жрдемімен сйы фазаны рамы (Х) бойынша онымен тепе-тедікте болатын буды рамын (У) жне жйені температурасын (t) анытауа болады.

 

 

 

Сур. 11.1. Тепе-тедіктегі бу мен сйы оспаны рамы жне температура арасындаы байланыс.

 

Сур. 11.2. Тепе-тедік диаграммасы.

 

Раульді тепе-тедік заны бойынша бу рамдары Y₁, Y₂, Y₃ , сйкесінше тура нктелері изотермалармен иылысанда t₁, t₂, t₃ температуралары табылады.

Ректификация процесін талдау шін t-х,у диаграммасыны негізінде салынан у-х диаграмма олайлы.Тепе-тедік Y^* = f(X) сызыымен бейнеленеді (11.2 сурет).

Айдау периодты немесе здіксіз діспен жреді. Айдауды бастапы кезінде дистиллятты рамында негізінен Т болады да, ол жинаыша беріледі. Біртіндеп кубтаы Т-ны лесі азаяды, соны салдарынан дистилляттаы Т-ны лесі де азаяды. Сондытан, келесі фракциялар блек-блек жинаыштара кезегімен жиналады. Мндай айдауды фракциялы деп тайды. Айдау процесі аяталан со, кубты алдыты тменгі шмек арылы немесе сыылан газ жрдемімен арнайы жинаыша беріледі.

Жай айдау процесіні материалды балансы шін, уаытты t кез-келген стінде айдаыш кубтаы сйыты млшері L кг жне оны Т бойынша концентрациясы х деп абылдаймыз. Сйытаы тмен температурада айнайтын растырушыны млшері Lx –а те.

те шексіз аз уаыт dt буланан оспа млшері dL кг, ол кубтаы сйыты концентрациясы dx –ке азаяды делік. Бл кезде сйыпен тепе-тедіктегі концентрациясы y^* болатын dL кг млшерде бу пайда болады. Будаы Т –ны млшері dL· y^*. Онда кубтаы алан сйыты млшері (L – dL) кг, ал оны концентрациясы (x – dx) –ке те болады. Тменгі температурада айнайтын растырушы (Т) бойынша матеиалды баланс тмендегіше жазылады:

(11.1)

 

Жашаларды ашып, шексіз аз шама - dL ^.dx мнін есепке алмай, тмендегіні жазамыз:

(11.2)

Бл дифференциалды тедеуі кубтаы сйыты бастапы (L = F) млшерін соы млшеріне (L = W); мнда F – бастапы оспаны млшері; W – кубты алдыты млшері жне ол сйыты концентрациясыны x_F -тен x_W –а дейін згеруі аралытарында интегралдаймыз :

(11.3)

Интегралдау нтижесінде тмендегіні аламыз:

 

(11.4)

мнда: F, x_F –бастапы оспаны млшері жне Т бойынша оны рамы;

W, x_W – – кубты алдыты млшері жне Т бойынша оны рамы;

y^*, x^* - Т бойынша сйы пен будаы тепе-тедік концентрациялары.

 

у*=f (x) функцияны трі тепе-тедік сызыына байланысты аныталатын болатындытан айдауды белгілі жадайында оны аналитикалы жолмен рнектеу ммкін емес. Сондытан, тедеуді о жаындаы интегралды (11.4) графикалы тсілмен - х , байланысын салу арылы анытайды (рис. 11.3), x_F жне x_W аралыында х-ты кез келген мніне сйкес тепе-тедік сызыыны у* мндерін табады.

 

 

х_W x₁ x₂ x_F x

 

Cур. 11.3. Жай айдаудды материалды баласын есептеу.

 

Сосын x_F жне x_W ординаталарарасындаы исы сызыты арасындаы ауданды есептеп (диаграмманын масштабы белгілі боланда), интегралды мнін табады.

(11.5)

мнда: M_X – абсцисса осі бойынша масштабы;

M_Y – ордината осі бойынша масштабы.

 

Дистиллятты орташа концентрациясын Т бойынша материалды баланстан анытайды::

(11.6)

осыдан:

(11.7)

 

11.2. ондырыны сипаттамасы

Концентрациясы x_F (5:15) мольдік пайыза те этил спирті мен суды оспасы колбаа 2 йылады да су моншасы 1 айнаана дейін ыздырылады. Сол кезде пайда болан бу мздатышта 4 конденсацияланып, ыдыса 5 жиналады.

 

сур. 11.4. ондырыны схемасы.

1 – су моншасы, 2 – алашы оспа шін колба,

3 – термометр, 4 – мздатыш, 5 – абылдаыш ыдыс.

 

 

11.3. Тжірибе жргізу тртібі

1. Лаборанттан негізгі оспаны, рефрактометрді бліктеу исыын жне осы бинарлы оспаны (этил спирті- су) y^* - x диаграммасын алады.

2. оспаны клемін лшеп, оны рамын аятайды, ол шін пипетканы оспаны бірнеше тамшысын алып рефрактомертді затты шынысына орналастырады. Шкаланы сынау коэффициентіні мнін есептеп рефрактометрді бліктеу исыыны сйы оспаны щыш (Т бойынша) компонентін анытайды.

3. оспаны колбаа 2 яды жне ондырыны (сур. 11.4) крсетілгендей етіп растырады.

4. Включают подачу воды в холодильник 4 и нагрев водяной бани 1.

5. оспа айнааннан кейін термометрді 3 крсеткіші рбір 5 минут сайын температура траталана дейін мнін жазу керек.

6. Дистиллятты бірінші тамшысы пайда боланнан кейін 20 – 25 минут ткен со су моншасын 1 ыздыруды тотатады. Дистиллят толы алынан кейін оны млшерін Р жне оны орташа концентрациясын x_Pор анытайды. Кубтаы алдыты клемін жне оны концентрациясын лшеу керек.

7. Жмыс орнын тртіпке келтіру керек.

 

11.4. Тжірибеден алынан мліметтерді деу

1. Тжірибені нтижесін дистиллятты млшерін Р жне оны орташа концентрациясын x_Pор есептегенде олданылады. Материалды балансты тедіктері (11.6) жне (11.7) бойынша есептелініп аныталан жне эксперимент жзінде табылан орташа концентарациясыны x_Pор мнін салыстыр.

2. Анытамада берілген мндерді пайдаланып этил спирт – су жйесіне t – y^* - x диагграмасын ру керек.

3. Табылан шектік рамыны мндері бойынша ( x_W жне x_F аралыында) = f(x) графигін трызу керек.

4. Графикалы интегралдау арылы F/W атынас (11.5) тедігімен есептелінеді.

5. оспаны жне куб алдыыны млшерін есептегеннен кейін дистиллятты орташа концентрациясын анытайды.

6. Жмысты нтижелерін байау хаттамасына жазу керек.

 

 

11.5. Баылау сратары

 

1. андай процесті жай айдау деп атайды?

2. Кубты алды, дистиллят, флегма дегеніміз не?

3. Аын бойынша жай айдау процесіні материалды балансы.

4. Компоненттерді Тмен айнау (Т) жне Жоары айнау(Ж) дегеніміз не?

5. Компоненттерді Тмен айнау (Т) кезіндегі жай аудау процесіні материалды балансы.

6. Жай аудау процесі неге негізделген?

7. Кандай процесті Ректификация деп атаймыз?

8. Фазалы диаграмма дегеніміз не?

9. Тепе-тедік диаграммасы дегеніміз не? Тепе-тедік диаграммасыны трызылуы.

10. Дистиллятты рамы жне концентрациясыны сызыын анытау?

11. Жай айдау жне ректификация процестеріні олдану айматары.