Compoziția amestecului de echilibru poate fi exprimată folosind:

a) gradul de disociere ()

b) gradul de conversie ()

c) randamentul produsului (x)

Să vedem exemple din toate aceste cazuri:

a) prin gradul de disociere

Gradul de disociere () este fracția de molecule disociate din numărul inițial de molecule. Poate fi exprimat prin cantitatea de substanță

unde n insulta - numărul de alunițe degradate ale substanței originale; n ref - numărul de moli ai materiei prime înainte de reacție.

Fie, de exemplu, 5 mol de NO2 înainte de reacție, iar α este gradul de disociere a NO2.

Prin ecuație (1.20)
, rămâne NO 2 nereacționat (5 - 5).

Conform ecuației de reacție pentru disocierea a 2 moli de NO2, se obțin 2 moli de NO și 1 mol de O2 și de la 5, respectiv 5 moli de NO și alunițe O 2. Linia de echilibru va fi astfel:

b ) după gradul de transformare

Conversia materiei () este fracția de molecule reacționate ale unei substanțe date la numărul inițial de molecule ale acestei substanțe. Exprimăm prin cantitatea de substanță în alunițe

(1.21)

Să se ia 2 moli de CO și 2 moli de H 2,  este gradul de conversie a hidrogenului în reacție

Să explicăm linia de echilibru. Procedăm dintr-o substanță pentru care este cunoscut gradul de conversie, adică H2. Din ecuația (1.21) obținem n reacție \u003d n ref · \u003d 2 .

Din ecuația stoichiometrică, se poate observa că CO este consumat de 3 ori mai puțin decât H 2, adică dacă H 2 reacționează 2, atunci CO va reacționa , iar restul va rămâne nereacționat de momentul echilibrului. Raționăm și despre produsele care folosesc ecuația stoichiometrică.

în) după randamentul produsului.

Randamentul produsului (x) - cantitatea de substanță finală în alunițe. Să se producă „x” metanol în reacție

în toate cele trei cazuri, raționamentul este similar și provine dintr-o substanță pentru care se știe ceva (în exemple această valoare este subliniată).

Cunoscând compoziția amestecului de echilibru, este posibil să se exprime constanta de echilibru. Deci, pentru cazul „în”

și din ecuația (1.19)

Randamentul substanței în fracții(sau%) - raportul dintre cantitatea de produs format și cantitatea totală de substanță din amestecul de echilibru:

În acest exemplu:

1.3.4 Influența diferiților factori asupra deplasării echilibrului (asupra compoziției amestecului de echilibru)

Efectul presiunii (sau volumului) la T \u003dconst

Dacă sistemul este ideal, atunci constanta de echilibru K p nu depinde de presiune (sau volum). Dacă reacția se desfășoară la presiuni ridicate, atunci trebuie să utilizați ecuația:

, (1.22)

unde f - fugacitate.

K f nu depinde de presiune, valoarea lui K p depinde de presiune, dar pe măsură ce presiunea scade, se apropie de valoarea lui K f , deoarece amestecul real de gaze se apropie de starea ideală, f  p. Deci, pentru o reacție:

la 350 atm K f \u003d 0,00011 K R = 0,00037

La presiuni scăzute, se poate presupune LA R independent de presiune, adică
... În cele ce urmează, vom lua în considerare chiar acest caz.

Din relația (1.12) se vede că cantitățile
,
va depinde de presiune, prin urmare, fără a afecta constanta de echilibru , o modificare a presiunii poate afecta compoziția amestecului de echilibru și randamentul produselor.

(1.23)

Ecuația (1.23) arată că efectul presiunii asupra
datorită valorii n:

n  0, reacția are loc cu o creștere a numărului de moli de produse gazoase, de exemplu:

, adică cu o creștere a presiunii totale LA x scade, scade și cantitatea de produse din amestecul de echilibru, adică echilibrul se deplasează spre stânga, spre formarea COCl 2.

n \u003d 0-2-1 \u003d -3

, adică, odată cu creșterea presiunii, crește K x (și randamentul produsului).

K= K \u003d const. În acest caz, compoziția amestecului de echilibru nu depinde de presiune.

Adaos de gaz inert la Р \u003d const afectează deplasarea echilibrului similar cu o scădere a presiunii. Un gaz inert în echilibru chimic este considerat a fi gazele care nu interacționează cu reactivi sau produse de reacție.

Creșterea volumului la presiune constantă afectează deplasarea echilibrului în același mod ca o scădere a presiunii.

Influența raportului dintre componente

Compoziția amestecului de echilibru este influențată și de raportul reactivilor luați pentru reacție.

Cel mai mare randament al produsului va fi la raportul stoichiometric. Atât de mult pentru reacție

un raport hidrogen / azot de 3: 1 va da cel mai mare randament de amoniac.

În unele cazuri, este necesar un grad ridicat de conversie a unuia dintre reactivi, chiar în detrimentul randamentului produsului.

De exemplu, în formarea clorurii de hidrogen prin reacție

este necesară o conversie mai completă a clorului, astfel încât amestecul de echilibru să conțină cât mai puțin Cl 2 posibil. Amestecul de echilibru se dizolvă în apă și astfel se obține acid clorhidric. În același timp, hidrogenul aproape nu se dizolvă în apă și nu este conținut în acid, în timp ce clorul liber se dizolvă și calitatea acidului clorhidric se deteriorează.

Pentru a realiza conversia maximă a Cl2, al doilea reactiv, H2, este utilizat în exces mare.

O creștere a gradului de conversie a ambelor componente poate fi realizată dacă produsele de reacție sunt îndepărtate din zona de reacție prin legarea lor în substanțe ușor disociabile, puțin solubile sau nevolatile.

Efectul temperaturii asupra echilibrului

Experiența arată că temperatura are o mare influență asupra compoziției amestecului de echilibru, crescând conținutul de produse de reacție în unele reacții și scăzând în altele. Cantitativ, această dependență se reflectă ecuații izobare (1.24) și isochore (1.25) Nu e Hoffa:

(1.24)
(1.25)

Din aceste ecuații se poate observa că modificarea constantei de echilibru cu creșterea temperaturii (și, prin urmare, modificarea randamentului produsului de reacție) este determinată de semnul efectului de căldură H și U:

H0 sau U0 este o reacție endotermică (cu absorbție de căldură). Laturile din dreapta ale ecuațiilor sunt mai mari decât zero, ceea ce înseamnă că derivatele sunt mai mari decât zero:

> 0;
> 0

Astfel, funcțiile lnKp și lnKc (precum și Kp și Kc) cresc odată cu creșterea temperaturii.

H0 sau U0 - reacție exotermă (cu eliberare de căldură).

< 0;
< 0

Constanta de echilibru scade odată cu creșterea temperaturii, adică conținutul produselor de reacție din amestecul de echilibru scade, iar conținutul materiilor prime crește.

Astfel, o creștere a temperaturii favorizează un debit mai complet endotermic procese. Să integrăm ecuația izobară.

Fie Hf (Т) separabil și integrabil,

;
(1.26)

După cum puteți vedea, constanta de echilibru depinde de temperatură conform unei legi exponențiale:
și în coordonate ln K \u003d f ( ) dependența este liniară (ecuația 1.26, figura 1.7)

Figura 1.7 - Dependența de temperatură a constantei de echilibru

O integrare definitivă a ecuației izobare dă:

(1.27)

Cunoscând valoarea constantei de echilibru la orice temperatură, se poate găsi Kp la oricare alta la o valoare cunoscută de H.

formarea apei. Soluția obținută după trecerea gazelor prin apă a avut o reacție acidă. Când această soluție a fost tratată cu azotat de argint, au căzut 14,35 g de precipitat alb. Determinați compoziția cantitativă și calitativă a amestecului inițial de gaze. Decizie.

Gazul care arde pentru a forma apă este hidrogen; este ușor solubil în apă. Hidrogenul cu oxigenul, hidrogenul cu clorul reacționează cu o explozie în lumina soarelui. Este evident că a existat clor în amestecul cu hidrogen; HC1 format este ușor solubil în apă și dă un precipitat alb cu AgN03.

Astfel, amestecul este format din gazele H2 și C1:

1 mol 1 mol

HC1 + AgN03 - »AgCl 4 - HN03.

x mol 14,35

Când se tratează cu 1 mol de HC1, se formează 1 mol de AgCl, iar când se tratează x mol, 14,35 g sau 0,1 mol. Mr (AgCl) \u003d 108 + 2 4- 35,5 \u003d 143,5, M (AgCl) \u003d 143,5 g / mol,

v \u003d - \u003d \u003d 0,1 mol,

x \u003d 0,1 mol HC1 a fost conținut în soluție. 1 mol 1 mol 2 mol H2 4- C12 2HC1 x mol y mol 0,1 mol

x \u003d y \u003d 0,05 mol (1,12 L) de hidrogen și clor au reacționat pentru a forma 0,1 mol

HC1. Amestecul conținea 1,12 litri de clor și hidrogen 1,12 litri + 1,12 litri (în exces) \u003d 2,24 litri.

Exemplul 6. În laborator există un amestec de clorură de sodiu și iodură. 104,25 g din acest amestec au fost dizolvate în apă și un exces de clor a fost trecut prin soluția rezultată, apoi soluția a fost evaporată la sec și reziduul a fost calcinat la greutate constantă la 300 ° C.

Masa de substanță uscată a fost egală cu 58,5 g. Determinați compoziția amestecului inițial în procente.

Mr (NaCI) \u003d 23 + 35,5 \u003d 58,5, M (NaCl) \u003d 58,5 g / mol, Mr (Nal) \u003d 127 + 23 \u003d 150 M (Nal) \u003d 150 g / mol.

În amestecul inițial: masa NaCl - x g, masa Nal - (104,25 - x) g.

Când trece printr-o soluție de clorură de sodiu și iodură, iodul este deplasat de aceasta. La trecerea reziduului uscat, iodul s-a evaporat. Astfel, numai NaCI poate fi o substanță uscată.

În substanța rezultată: masa sursei de NaCl x g, masa rezultatului (58,5-x):

2 150 g 2 58,5 g

2NaI + C12 -\u003e 2NaCl + 12

(104,25 - x) g (58,5 - x) g

2 150 (58,5 - x) \u003d 2 58,5 (104,25 - x)

x \u003d - \u003d 29,25 (g),

acestea. NaCI în amestec a fost de 29,25 g, iar Nal - 104,25 - 29,25 \u003d 75 (g).

Să găsim compoziția amestecului (în procente):

w (Nal) \u003d 100% \u003d 71,9%,

© (NaCl) \u003d 100% - 71,9% \u003d 28,1%.

Exemplul 7. 68,3 g dintr-un amestec de azotat, iodură și clorură de potasiu sunt dizolvate în apă și tratate cu apă cu clor. Ca urmare, s-au eliberat 25,4 g de iod (a cărui solubilitate în apă trebuie neglijată). Aceeași soluție este tratată cu azotat de argint. A scăpat 75,7 g de precipitat. Determinați compoziția amestecului inițial.

Clorul nu interacționează cu azotatul de potasiu și clorura de potasiu:

2KI + C12 - "2KS1 + 12,

2 mol - 332 g 1 mol - 254 g

Mg (K1) \u003d 127 + 39 - 166,

x \u003d \u003d 33,2 g (KI a fost în amestec).

v (KI) - - \u003d \u003d 0,2 mol.

1 mol 1 mol

KI + AgN03 \u003d Agl + KN03.

0,2 mol x mol

x \u003d \u003d 0,2 mol.

Mr (Agl) \u003d 108 + 127 \u003d 235,

m (Agl) \u003d Mv \u003d 235 0,2 \u003d 47 (r),

atunci AgCl va fi

75,7 g - 47 g \u003d 28,7 g

74,5 g 143,5 g

KCl + AgN03 \u003d AgCl + KN03

X \u003d 1 L_ \u003d 14,9 (KCl).

Prin urmare, amestecul conținea: 68,3 - 33,2 - 14,9 \u003d 20,2 g de KN03.

Exemplul 8. Pentru neutralizarea a 34,5 g de oleum, se consumă 74,5 ml dintr-o soluție de hidroxid de potasiu 40%. Câți moli de oxid de sulf (VI) sunt în 1 mol de acid sulfuric?

100% acid sulfuric dizolvă oxidul de sulf (VI) în orice raport. Compoziția, exprimată prin formula H2SO4 * xS03, se numește oleum. Să calculăm cât de mult hidroxid de potasiu este necesar pentru neutralizarea H2SO4:

1 mol 2 mol

H2S04 + 2KOH -\u003e K2S04 + 2H20 xl mol y mol

y - 2 * x1 mol KOH merge pentru a neutraliza SO3 în oleum. Să calculăm cât de mult KOH este necesar pentru a neutraliza 1 mol de S03:

1 mol 2 mol

S03 4- 2KOH -\u003e K2SO4 + Н20 х2 mol z mol

z - 2 x2 mol de KOH merg pentru a neutraliza SOg în oleum. 74,5 ml de soluție 40% KOH se utilizează pentru a neutraliza oleum, adică 42 g sau 0,75 mol KOH.

Prin urmare, 2 xl + 2x 2 \u003d 0,75,

98 xl + 80 x2 \u003d 34,5 g,

xl \u003d 0,25 mol H2S04,

x2 \u003d 0,125 mol S03.

Exemplul 9. Există un amestec de carbonat de calciu, sulfură de zinc și clorură de sodiu. Dacă se acționează 40 g din acest amestec cu un exces de acid clorhidric, se vor elibera 6,72 litri de gaze, atunci când interacționează cu un exces de oxid de sulf (IV), se eliberează 9,6 g precipitat. Determinați compoziția amestecului.

Când un exces de acid clorhidric a acționat asupra amestecului, monoxidul de carbon (IV) și sulfura de hidrogen ar putea fi eliberate. Numai hidrogenul sulfurat interacționează cu oxidul de sulf (IV), prin urmare, prin cantitatea de precipitat eliberată, volumul său poate fi calculat:

CaC03 + 2HC1 -\u003e CaC12 + H20 + C02t (l)

100 g - 1 mol 22,4 L - 1 mol

ZnS + 2HC1 -\u003e ZnCl2 + H2St (2)

97 g - 1 mol 22,4 L - 1 mol

44,8 L - 2 mol 3 mol

2H2S + S02 - "3S + 2H20 (3)

xl l 9,6 g (0,3 mol)

xl \u003d 4,48 L (0,2 mol) H2S; din ecuațiile (2 - 3) se poate observa că ZnS a fost 0,2 mol (19,4 g):

2H2S + S02 -\u003e 3S + 2H20.

Este evident că monoxidul de carbon (IV) din amestec a fost:

6,72 L - 4,48 L \u003d 2,24 L (CO2).

Introducere

Rectificarea este un proces de transfer de masă care se realizează în majoritatea cazurilor în coloane contracurente cu elemente de contact (ambalaje, tăvi) similare cu cele utilizate în procesul de absorbție. Prin urmare, metodele de abordare a calculului și proiectării plantelor de rectificare și absorbție au multe în comun. Cu toate acestea, o serie de caracteristici ale procesului de rectificare (raport diferit de încărcături de lichid și abur în părțile inferioare și superioare ale coloanei, variabile de-a lungul înălțimii coloanei proprietăți fizice fazele și coeficientul de distribuție, apariția comună a proceselor de transfer de masă și căldură) complică calculul acestuia.

Una dintre dificultăți este absența regularităților generalizate pentru calcularea coeficienților cinetici ai procesului de rectificare. Acest lucru se aplică în cea mai mare măsură coloanelor cu un diametru mai mare de 800 mm cu ambalaje și tăvi, care sunt utilizate pe scară largă în industriile chimice. Majoritatea recomandărilor sunt reduse la utilizarea dependențelor cinetice obținute în studiul proceselor de absorbție pentru calcularea coloanelor de rectificare.

În timpul procesului de rectificare, există un schimb continuu între fazele lichide și vapori. Faza lichidă este îmbogățită cu o componentă de fierbere mai mare, iar faza de vapori este îmbogățită cu o componentă de fierbere mai mică. Procesul de transfer de masă are loc de-a lungul întregii înălțimi a coloanei între refluxul care curge în jos și aburul care se ridică. Pentru a intensifica procesul de transfer de masă, se utilizează elemente de contact, ceea ce face posibilă creșterea suprafeței de transfer de masă. În cazul utilizării unui ambalaj, lichidul curge în jos ca o peliculă subțire peste suprafața sa; în cazul utilizării tăvilor, vaporii trec prin stratul lichid de pe suprafața tăvilor. În această lucrare, calculul unei coloane de rectificare de tip placă pentru separarea unui amestec binar de acetonă - benzen

Diagrama schematică a unei instalații de rectificare

O diagramă schematică a instalației de rectificare este prezentată pe. Amestecul original din rezervorul intermediar 1 de către o pompă centrifugă 2 este alimentat către schimbătorul de căldură 3, unde este încălzit până la punctul de fierbere. Amestecul încălzit intră în separare în coloana de distilare 5 de pe tava de alimentare, unde compoziția lichidului este egală cu compoziția amestecului inițial X F.

Curgând în jos pe coloană, lichidul interacționează cu vaporii crescători formați în timpul fierberii lichidului de jos din cazan 4. Compoziția inițială a vaporilor este aproximativ egală cu compoziția reziduului de jos X w, adică epuizat într-o componentă extrem de volatilă. Ca urmare a schimbului de masă cu lichid, vaporii sunt îmbogățiți cu o componentă foarte volatilă. Pentru o îmbogățire mai completă, partea superioară a coloanei este refluxată în conformitate cu un raport de reflux dat cu un lichid (reflux) din compoziția X p, obținut într-un condensator de reflux 6 prin condensarea vaporilor care ies din coloană. O parte din condens este îndepărtată din condensatorul de reflux sub formă produs finit separare - distilat, care este răcit în schimbătorul de căldură 7 și trimis în rezervorul intermediar 8.

Din partea de jos a pompei coloanei 9 extrage continuu lichidul de jos - un produs îmbogățit cu o componentă nevolatilă, care este răcit în schimbătorul de căldură 10 și trimis în rezervorul 11.

Astfel, în coloana de rectificare se desfășoară un proces continuu de neechilibru de separare a amestecului binar inițial într-un distilat (cu un conținut ridicat de component volatil) și un reziduu de fund (îmbogățit cu un component nevolatil).

Figura: 1 Diagrama schematică a instalației de rectificare:

1 - recipient pentru amestecul inițial; 2.9 - pompe; 3 - schimbător de căldură-încălzitor; 4 - un cazan; 5 - coloană de rectificare; 6 - condensator de reflux; 7 - frigider distilat; 8 - recipient pentru colectarea distilatului; 10 - răcitor de lichid cuva; 11 - recipient pentru lichid cuva.

Calcul tehnologic al coloanei de distilare continuă

Sarcina

Proiectați o instalație de rectificare pentru separarea amestecului.

Amestec: acetonă - benzen.

Cantitatea amestecului inițial:
t / h \u003d 15000 kg / h

Compoziția amestecului inițial:
% masă.

Compoziția reziduurilor de distilare:
% masă.

Compoziție distilată:
% masă.

Presiunea aburului de încălzire: 5 ata

Presiunea coloanei: 1 ata

Tipul dispozitivului de contact: discuri de supapă

1. Construirea etapelor procesului de rectificare

1. Conversia fracțiilor de masă în molar

,

unde М А și М B sunt masele molare de acetonă și respectiv benzen, kg / mol.

M A \u003d 58 kg / mol; M B \u003d 78 kg / mol

1. Echilibrul materialului coloanei

Masa molară a amestecului inițial

Al doilea debit molar al amestecului

Consumul de distilat

Să substituim această expresie în, unde F, D, W sunt debitele amestecului inițial, distilat, reziduu de cuvă, kmol / s.

kmol / s

1. Echilibrul dintre vapori și lichid

Tabelul 1. Compoziții lichide de echilibru ( x) și pereche ( y) în debarcader. și punctul de fierbere ( t) în ° C de amestecuri binare la 760 mm. rt. Artă.

Figura: 2 Curba de echilibru și poziția liniei de lucru la R min

Figura: 3 Diagrama t - x, y.

1 - linie lichidă; 2 - linia de abur.

1. Raport minim de reflux

b max \u003d 0,35 (Fig. 2)

1. Raportul de reflux de lucru

1.
; - coeficientul excesului de flegmă

2.

3.

4.

5.

Figura: 4 Determinarea grafică a numărului de plăci teoretice la

Figura: 5 Determinarea grafică a numărului de plăci teoretice pentru

Figura: 6 Determinarea grafică a numărului de plăci teoretice pentru

Figura: 7 Determinarea grafică a numărului de plăci teoretice pentru

Figura: 8 Determinarea grafică a numărului de plăci teoretice pentru

1. Raport de reflux optim

Tabelul 2. Numărul de etape teoretice la diferite rapoarte de exces de reflux

Figura: 9 Dependența numărului de etape teoretice de raportul de reflux

Figura: 10 Determinarea raportului optim de reflux

Graficul (Fig. 10), construit pe baza datelor (Tabelul 2), arată că volumul minim al coloanei va avea loc la R \u003d 2,655. Vom lua acest număr de reflux pentru alte calcule și numărul corespunzător de etape teoretice n tf b \u003d 19; n tc n \u003d 5

1. Debitul molar al lichidului în părțile superioare și inferioare ale coloanei

1. Consumul de abur molar în coloană

1. Proprietățile fizico-chimice ale fazelor de vapori și lichide pentru partea de sus și de jos a coloanei

1. Concentrațiile molare medii de lichid și vapori

cârtiță. USD

cârtiță. USD

Conform diagramei t - x, y (Fig. 3), la concentrații medii de lichid și, determinăm temperaturile medii ale lichidului: ° С și
° C

cârtiță. USD

cârtiță. USD,

unde y D = x D ; y W = x W ; y F - compoziția de abur corespunzătoare compoziției amestecului inițial x F (fig. 6)

Conform diagramei t - x, y (Fig. 3), la concentrații medii de vapori și, să determinăm temperaturile medii ale aburului:
° C (334K) și
° C (347K);

1. Masele molare medii de lichid și vapori

1. Densități medii de lichid și vapori

Conversia concentrațiilor molare în masă:

masele. USD

masele. USD

kg / m 3,

unde
și
- densitatea acetonei și, respectiv, a benzenului, la o temperatură de ° C;
kg / m 3,
kg / m 3

kg / m 3,

unde și sunt densitățile acetonei și, respectiv, benzenului, la o temperatură de ° С,
kg / m 3, kg / m 3

unde T 0 este temperatura absolută egală cu 273K

1. Vâscozitățile medii ale lichidului și vaporilor

,

unde
și - vâscozitatea acetonei și, respectiv, a benzenului, la o temperatură de ° C,
,

,

,

,

,

unde și sunt vâscozitățile acetonei și, respectiv, benzenului, la o temperatură de ° C,
,

1. Debite de masă și volumetrice ale lichidului și aburului

Debite de masă medii:

Costuri volumetrice:

Tabelul 3. Parametrii fluxurilor de vapori și lichide din coloană

	Numele fluxului	Dimensiunea parametrului
	Lichid în partea de sus a coloanei		=63	=767,5	=5,12	=6,67∙10 -3
	Lichid în partea de jos a coloanei		=72,2	=802,6	=10,31	=1,29∙10 -2
	Abur în partea de sus a coloanei		=62	=1,25
	Abur în partea de jos a coloanei			=1,4	=7,95	=5,68

1. Calcul hidraulic al coloanei

1. Factor de creștere a sarcinii

1. Viteza estimată a aburului

pentru partea de sus a coloanei:

pentru partea de jos:

1. Diametru

partea de sus a coloanei:

partea de jos a coloanei:

1. Viteza efectivă a aburului

La fel de
acceptăm o coloană cu un diametru
în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

1. Zona activă a tăvii

Perimetrul de scurgere

%; secțiunea de deversare 0,3m

1. Factor de încărcare

pentru partea de sus a coloanei:

pentru partea de jos a coloanei:

Coeficientul de tensiune superficială pentru partea de sus a coloanei:

unde și - tensiunea superficială a amestecului pentru partea de sus și de jos a coloanei, respectiv,
N / m, N / m

Să luăm distanța minimă între plăci
m
;

m / s pentru partea de jos a coloanei:

1. Verificarea condițiilor de admisibilitate a vitezei aburului pentru partea de sus și de jos a coloanei

>

>

Se poate observa că condiția nu este îndeplinită nici pentru părțile superioare, nici pentru cele inferioare ale coloanei. Mărind succesiv distanța dintre tăvi, precum și diametrul coloanei, constatăm că condiția va fi îndeplinită doar cu un diametru m;
m

Viteza efectivă a aburului în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

Perimetrul de scurgere
m; secțiune relativă liberă
%; secțiunea de revărsare 0,52m 2

Secțiunea relativă de depășire:

Zona activă a tăvii:

Distanța dintre plăci m
;

Viteza de abur admisă în secțiunea de lucru a coloanei pentru partea superioară:

pentru partea de jos a coloanei:

Condiții pentru admisibilitatea vitezei aburului pentru părțile superioare și inferioare ale coloanei:

>
>

>
>

Condițiile sunt îndeplinite.

1. Sarcină specifică de lichid pe deflectorul de scurgere

în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

1. Factorul de încărcare a aburului

pentru partea de sus a coloanei:

pentru partea de jos a coloanei:

Back-up lichid peste pragul de scurgere din partea superioară a coloanei:

pentru partea de jos:

1. Adâncimea clocotirii

Înălțimea stratului vapor-lichid de pe tăvile din partea superioară a coloanei:

pe plăcile din partea inferioară a coloanei:

1. Înălțimea pragului de scurgere

în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

1. Adâncime clocotitoare dinamică

m

1. Viteza minimă admisă a aburului în secțiunea liberă a coloanei

unde - grosimea supapei egală cu 0,001 m;
- densitatea materialului (oțel) egală cu 7700 kg / m 3

Viteza minimă admisă a aburului în secțiunea liberă a tăvilor superioare:

domnișoară

în secțiunea liberă a plăcilor inferioare:

unde
- coeficient de rezistență

Factorul de siguranță al secțiunii:

Din moment ce\u003e 1 și \u003e 1, secțiunea liberă selectată a plăcilor asigură funcționarea uniformă a acestora, luăm

1. Factorul de aerare

pentru plăcile superioare:

pentru plăcile de jos:

pe plăcile superioare:

pe plăcile inferioare:

1. Înălțimea stratului lichid

pe plăcile superioare:

pe plăcile inferioare:

1. Rezistența hidraulică a plăcilor

în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

1. Înălțimea spațiului de separare între tăvi

în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

unde K 5 \u003d 1 este coeficientul de spumare a amestecului

1. Antrenament lichid

în partea de sus a coloanei:

în partea de jos a coloanei:

1. Secțiunea transversală a coloanei:

Viteza lichidului în dispozitivele de revărsare a tăvilor superioare:

în dispozitivele de revărsare ale tăvilor inferioare:

Viteza lichidului admisibilă în dispozitivele de deversare ale tăvilor superioare:

m / s în dispozitivele de deversare ale tăvilor inferioare:

Viteza reală a fluidului în deversări este mai mică decât admisibilă.

1. Eficiența contactului local

1. Coeficient de difuzie a vaporilor

,

unde; volumul specific de acetonă și respectiv benzen

Coeficient de difuzie a vaporilor în partea de sus a coloanei:

unde
- temperatura aburului în partea de sus a coloanei

Coeficient de difuzie a vaporilor în partea de jos a coloanei:

unde
- temperatura aburului în partea de jos a coloanei

pentru partea de sus a coloanei:

unde și sunt vâscozitățile acetonei și, respectiv, benzenului, la o temperatură de ° C ,,

unde Ф \u003d 1 este un parametru adimensional, ia în considerare asocierea moleculelor de solvent

Coeficient de difuzie a lichidului pentru partea de jos a coloanei:

,

unde și sunt vâscozitățile acetonei și, respectiv, benzenului, la o temperatură de ° C ,,

1. Numărul de unități de transfer

în faza gazoasă pentru partea de sus a coloanei:

pentru partea de jos a coloanei:

Numărul de unități de transfer de lichid pentru partea de sus a coloanei:

pentru partea de jos:

Diametrul fitingului pentru admisia de reflux,

Diametrul sufocatorului pentru evacuarea reziduurilor de distilare,

Bibliografie

Ulyanov. B.A., Badenikov V.Ya., Likuchev V.G., procese și dispozitive tehnologie chimică... Manual - Angarsk: Editura Academiei Tehnice de Stat din Angarsk, 2005 - 903 p.

Dytnersky Yu.I. procese și dispozitive de bază ale tehnologiei chimice: manual de proiectare / Ed. Yu.I. Dytnersky. M.: Chimie, 1991.-496 p.

Îndrumări metodologice pentru proiectarea cursului proceselor și dispozitivelor de tehnologie chimică - Ed. 2, rev. Si adauga. - Angarsk, AGTA, 2005 - 64 p.

coloane pentru divizia azeotropic cu trei componente amestecuri folosind principiile de tranziție a varietăților de separare // Separare lichid imperfect amestecuri ...

... parametrii de funcționare ai procesului de rectificare extractivă amestecuri acetonă- cloroform într-o coloană complexă cu secțiune laterală

Teza \u003e\u003e Chimie

... divizia o serie de industriale amestecuri... Utilizarea lor pe instalații fracționarea gazelor pentru divizia amestecuri ... rectificare complexe cu fluxuri de căldură parțial cuplate: a - cu secțiuni de stripare laterale pentru divizia ... divizia amestecuri acetonă- ...

Dezvoltarea unui sistem de economisire a energiei divizia azeotropic cu trei componente amestecuri benzeneciclohexan-hexan

Teza \u003e\u003e Chimie

Muncă instalații. Continuu rectificarea multicomponentului amestecuri efectuată în instalațiiformat dintr-o serie rectificare coloane continuu acțiuni, ... este definit de expresia: 2.7.1 Deci, pentru divizia amestecuriformat din 3 componente, ...

Metode divizia azeotrop amestecuri

Teza \u003e\u003e Chimie

Aplicat divizia o serie de industriale amestecuri... Utilizarea lor pe instalații fracționarea gazelor pentru divizia amestecuri iso-C4 ... sub acțiune Radiația UV este transformată într-un amestec de clorură de benzii, a, a-diclorotoluen (clorură de benzal) și (triclorometil) benzen (...

Învățarea rezolvării problemelor pe un amestec de substanțe organice

Generalizarea experienței de predare a chimiei organice în clase biologice și chimice specializate

Unul dintre criteriile principale pentru stăpânirea chimiei ca disciplină academică este capacitatea studenților de a rezolva probleme de proiectare și calitate. În procesul de predare în clase specializate cu studiu aprofundat de chimie, acest lucru este de o relevanță deosebită, deoarece sarcinile cu un nivel crescut de complexitate sunt oferite la toate examenele de admitere în chimie. Cea mai mare dificultate în studiul chimiei organice este cauzată de problemele determinării compoziției cantitative a unui amestec multicomponent de substanțe, recunoașterea calitativă a unui amestec de substanțe și separarea amestecurilor. Acest lucru se datorează faptului că, pentru a rezolva astfel de probleme, este necesar să înțelegem profund proprietățile chimice ale substanțelor studiate, să putem analiza, să comparăm proprietățile substanțelor din diferite clase și, de asemenea, să avem o bună pregătire matematică. Un punct foarte important în instruire este generalizarea informațiilor despre clasele de substanțe organice. Să luăm în considerare tehnicile metodologice pentru formarea capacității elevilor de a rezolva probleme pe un amestec de compuși organici.

Hidrocarburi

• Unde este ce substanță (compoziția calitativă)?
• Câtă substanță este în soluție (compoziție cantitativă)?
• Cum se împarte amestecul?

PASUL 1. Generalizarea cunoștințelor despre proprietățile chimice ale hidrocarburilor folosind un tabel (Tabelul 1).

PASUL 2. Rezolvarea problemelor de calitate.

Problema 1. Amestecul de gaze conține etan, etilenă și acetilenă. Cum se dovedește prezența fiecăruia dintre gazele dintr-un amestec dat? Notați ecuațiile reacțiilor necesare.

Decizie

Dintre gazele rămase, numai etilena va decolora apa de brom:

C 2 H 4 + Br 2 \u003d C 2 H 4 Br 2.

Al treilea gaz - etanul - arde:

2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O.

tabelul 1

Proprietățile chimice ale hidrocarburilor

Reactiv	Reprezentanți ai hidrocarburilor
	CH3 CH3 etan	CH2 \u003d CH2 etilenă	SNCH acetilenă	C6H6 benzen	C6H5CH3 toluen	C 6 H 5 CH \u003d CH 2 stiren	C6H10 ciclohexen
Br 2 (aq.)	–	+	+	–	–	+	+
KMnO 4	–	+	+	–	+	+	+
Ag 2 O (soluție în NH3 aq.)	–	–	+	–	–	–	–
N / A	–	–	+	–	–	–	–
O 2	+	+	+	+	+	+	+

Obiectivul 2. Izolați în formă pură componentele amestecului constând din acetilenă, propenă și propan. Notați ecuațiile reacțiilor necesare.

Decizie

Când amestecul este trecut printr-o soluție de amoniac de oxid de argint, numai acetilena este absorbită:

C 2 H 2 + Ag 2 O \u003d C 2 Ag 2 + HOH.

Pentru regenerarea acetilenei, acetilenida de argint rezultată este tratată cu acid clorhidric:

C2 Ag2 + 2HCl \u003d C2H2 + 2AgCl.

La trecerea gazelor rămase prin apa cu brom, propena va fi absorbită:

C 3 H 6 + Br 2 \u003d C 3 H 6 Br 2.

Pentru regenerarea propenei, dibromopropanul rezultat este tratat cu praf de zinc:

C 3 H 6 Br 2 + Zn \u003d C 3 H 6 + ZnBr 2.

ETAPA 3. Rezolvarea problemelor de calcul.

Obiectivul 3. Se știe că 1,12 L (NU) dintr-un amestec de acetilenă cu etilenă în întuneric este legat complet cu 3,82 ml de brom (\u003d 3,14 g / ml). De câte ori va scădea volumul amestecului după trecerea acestuia printr-o soluție de amoniac de oxid de argint?

Decizie

Ambele componente ale amestecului reacționează cu brom. Să alcătuim ecuațiile reacției:

C 2 H 4 + Br 2 \u003d C 2 H 4 Br 2,

С 2 Н 2 + 2Вr 2 \u003d С 2 Н 2 Вr 4.

Să denotăm cantitatea de substanță etilenică prin x mol și cantitatea de substanță acetilenă prin
y cârtiță. De ecuații chimice se poate observa că cantitatea de brom reactant va fi în primul caz x aluniță, iar în al doilea - 2 y cârtiță. Cantitatea de substanță din amestecul de gaze:

= V/V M \u003d 1,12 / 22,4 \u003d 0,05 mol,

și cantitatea de substanță de brom:

(Br 2) \u003d V/M \u003d 3,82 3,14 / 160 \u003d 0,075 mol.

Să alcătuim un sistem de ecuații cu două necunoscute:

Rezolvând sistemul, constatăm că cantitatea de substanță etilenică din amestec este egală cu cantitatea de substanță acetilenică (0,025 mol fiecare). Doar acetilena reacționează cu soluția de amoniac din argint, prin urmare, când amestecul de gaze este trecut prin soluția de Ag20, volumul gazului va fi exact înjumătățit.

Problema 4.Gazul eliberat în timpul arderii unui amestec de benzen și ciclohexen a fost trecut printr-un exces de apă de barită. Acest lucru a dat 35,5 g de sedimente. Găsiți procentul amestecului original dacă aceeași cantitate poate decolora 50 g dintr-o soluție de brom în tetraclorură de carbon cu o fracție masică de brom 3,2%.

Decizie

C 6 H 10 + Br 2 \u003d C 6 H 10 Br 2.

Cantitatea de ciclohexen este egală cu cantitatea de brom:

(Br 2) \u003d m/M \u003d 0,032 50/160 \u003d 0,01 mol.

Masa ciclohexenei este de 0,82 g.

Să notăm ecuațiile de reacție pentru arderea hidrocarburilor:

C 6 H 6 + 7,5 O 2 \u003d 6 CO 2 + 3 H 2 O,

C 6 H 10 + 8,5O 2 \u003d 6CO 2 + 5H 2 O.

0,01 mol de ciclohexen formează 0,06 mol de dioxid de carbon la ardere. Dioxidul de carbon emis formează un precipitat cu apă de barită conform ecuației:

CO 2 + Ba (OH) 2 \u003d BaCO 3 + H 2 O.

Cantitatea de substanță precipitată de carbonat de bariu (BaCO3) \u003d m/M \u003d 35,5 / 197 \u003d 0,18 mol este egal cu cantitatea de substanță din tot dioxidul de carbon.

Cantitatea de dioxid de carbon formată în timpul arderii benzenului este:

0,18 - 0,06 \u003d 0,12 mol.

Conform ecuației pentru reacția arderii benzenului, calculăm cantitatea de substanță benzenică - 0,02 mol. Masa benzenului este de 1,56 g.

Masa întregului amestec:

0,82 + 1,56 \u003d 2,38 g.

Fracțiile de masă ale benzenului și ciclohexenului sunt de 65,5%, respectiv 34,5%.

Conținând oxigen
compusi organici

Rezolvarea problemelor pe un amestec în subiectul „Compuși organici care conțin oxigen” se realizează în mod similar.

PASUL 4. Compilarea unui tabel sumar comparativ (Masa 2).

PASUL 5. Identificarea substanțelor.

Obiectivul 5.Folosind reacții calitative, demonstrați prezența fenolului, acidului formic și acidului acetic în acest amestec. Scrieți ecuațiile de reacție, indicați semnele cursului lor.

Decizie

Dintre componentele amestecului, fenolul reacționează cu apa de brom pentru a forma un precipitat alb:

С 6 Н 5 ОН + 3Вr 2 \u003d С 6 Н 2 Вr 3 ОН + 3НВr.

Prezența acidului formic poate fi determinată folosind o soluție de amoniac de oxid de argint:

НСООН + 2Аg (NH 3) 2 ОН \u003d 2Аg + NH 4 HCO 3 + 3NН 3 + НОН.

Argintul este eliberat sub forma unui sediment sau a unui strat de oglindă pe pereții eprubetei.

Dacă, după adăugarea unui exces de soluție de amoniac de oxid de argint, amestecul fierbe cu o soluție de bicarbonat de sodiu, atunci se poate argumenta că acidul acetic este prezent în amestec:

CH 3 COOH + NaHCO 3 \u003d CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O.

masa 2

Proprietățile chimice ale oxigenanților
materie organică

Reactiv	Reprezentanți ai compușilor oxigenați
	CH3OH metanol	C 6 H 5 OH fenol	НСНО metanal	Acid formic HCOOH	CH 3 CHO acet- aldehidă	HCOOCH 3 metil- formatat	C 6 H 12 O 6 glucoză
N / A	+	+	–	+	–	–	+
NaOH	–	+	–	+	–	+	–
NaHCO 3	–	–	–	+	–	–	–
Ba 2 (aq.)	–	+	+	+	+	+	+
Ag 2 O (soluție în NH3 aq.)	–	–	+	+	+	+	+

Sarcina 6. Patru eprubete fără etichetă conțin etanol, acetaldehidă, acid acetic și acid formic. Ce reacții pot fi utilizate pentru a distinge substanțele din eprubete? Scrieți ecuațiile de reacție.

Decizie

Analizând caracteristicile proprietăților chimice ale acestor substanțe, ajungem la concluzia că, pentru a rezolva problema, ar trebui să utilizați o soluție de bicarbonat de sodiu și o soluție de amoniac de oxid de argint. Acetaldehida reacționează numai cu oxidul de argint, acidul acetic numai cu bicarbonatul de sodiu și acidul formic cu ambii reactivi. O substanță care nu reacționează cu niciunul dintre reactivi este etanolul.

Ecuații de reacție:

CH 3 CHO + 2Ag (NH 3) 2 OH \u003d CH 3 COONH 4 + 2Ag + 3NH 3 + HOH,

CH 3 COOH + NaHCO 3 \u003d CH 3 COONa + CO 2 + HOH,

НСООН + 2Аg (NH 3) 2 ОН \u003d 2Аg + NH 4 HСО 3 + 3NН 3 + НОН,

HCOOH + NaHCO 3 \u003d HCOONA + CO 2 + HOH.

PASUL 6. Determinarea compoziției cantitative a amestecului.

Sarcina 7. Pentru a neutraliza 26,6 g dintr-un amestec de acid acetic, acetaldehidă și etanol, s-au folosit 44,8 g dintr-o soluție de hidroxid de potasiu 25%. Când aceeași cantitate de amestec a interacționat cu un exces de sodiu metalic, s-au eliberat 3,36 litri de gaz în condiții normale. Calculați fracția de masă a substanțelor din acest amestec.

Decizie

Acidul acetic și etanolul vor reacționa cu Na metalic și numai acidul acetic va reacționa cu KOH. Să alcătuim ecuațiile reacției:

CH 3 COOH + Na \u003d CH 3 COONa + 1 / 2H 2, (1)

C 2 H 5 OH + Na \u003d C 2 H 5 ONa + 1 / 2H 2, (2)

Problema 8. Un amestec de piridină și anilină cu o greutate de 16,5 g a fost tratat cu 66,8 ml de acid clorhidric 14% (\u003d 1,07 g / ml). Pentru neutralizarea amestecului, trebuiau adăugate 7,5 g de trietilamină. Calculați fracțiile de masă ale sărurilor din soluția rezultată.

Decizie

Să alcătuim ecuațiile reacției:

С 5 Н 5 N + НСl \u003d (С 5 Н 5 NH) Cl,

С 6 Н 5 NH 2 + НСl \u003d (С 6 Н 5 NH 3) Cl,

(C 2 H 5) 3 N + HCI \u003d ((C 2 H 5) 3 NH) CI.

Să calculăm cantitatea de substanțe - participanții la reacții:

(HCI) \u003d 0,274 mol,

((C2H5) 3N) \u003d 0,074 mol.

Neutralizarea trietilaminei a consumat, de asemenea, 0,074 mol de acid, iar pentru reacția cu amestecul: 0,274 - 0,074 \u003d 0,2 mol.

Folosim aceeași tehnică ca în problema 3. Denotați x Este numărul de moli de piridină și y - numărul de anilină din amestec. Să alcătuim un sistem de ecuații:

Rezolvând sistemul, obținem că cantitatea de piridină este de 0,15 mol, iar anilina este de 0,05 mol. Să calculăm cantitatea de substanțe de săruri clorhidrice de piridină, anilină și trietilamină, masele și fracțiile lor de masă. Ele sunt, respectiv, 0,15 mol, 0,05 mol, 0,074 mol; 17,33 g, 6,48 g, 10,18 g; 18,15%, 6,79%, 10,66%.

LITERATURĂ

Kuzmenko N.E., Eremin V.V. Chimie. 2.400 de probleme pentru școlari și solicitanți de universitate. M.: Bustard, 1999;
Ushkalova V.N., Ioanidis N.V.... Chimie: sarcini și răspunsuri de concurență. Un ghid pentru solicitanții la universități. Moscova: Educație, 2000.