Равновесие между жидкостью и паром Книга 1 - Коган В.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Точность анализа непосредственно влияет на точность экспериментальных данных о равновесии. Обычно для получения данных, используемых для технологических расчетов, считают приемлемым анализ смесей с погрешностью, не превышающей 5% относительных. Для получения точных данных требуется методика анализа, обеспечивающая погрешность до 1% относительного.
Количество пробы, требующейся для анализа, имеет определяющее значение при выборе методики исследования. Чем меньше проба, тем, как правило, быстрее устанавливается равновесие между жидкой и паровой фазами и меньше расход веществ на проведение исследования. Это в ряде случаев имеет очень важное значение.
Сложность определения состава смесей растет с увеличением числа компонентов. Наиболее просто анализировать бинарные смеси. Их состав характеризуется одной переменной величиной. Поэтому зависимость любого свойства от состава изображается кривой линией па плоскости. Для аналитических целей выбирают такое свойство, которое существенно зависит от состава, а доступная точность измерения этого свойства удовлетворяет требованиям, предъявляемым к точности анализа. Очень удобно, когда это возможно, использовать для указанной цели измерение показателя преломления, так как для этого достаточно нескольких капель пробы.
Значительно сложнее анализировать трехкомпонентные смеси. Состав таких смесей определяется независимыми переменными концентрациями двух компонентов, а зависимость какого-либо свойства от состава графически изображается поверхностью. В связи с этим приходится для определения состава трехкомпонентных смесей измерять два разных свойства раствора.* Это резко увеличивает объем экспериментальной работы и повышает погрешность определения состава. Сочетание свойств, измерение которых используется для нахождения состава смесей, может быть самым разнообразным. Из возможных вариантов экспериментатор Должен выбрать таквій, который при наименьшей трудоемкости обеспечивает надлежащую точность определения. Часто для определения состава тройных смесей прибегают, например, к определению показателя преломления и плотностей смесей. Iia осно-
* В работе I1 ] была показана возможность определения состава тройных смесей путем измерения одного свойства, но использование описанных в этой работе приемов для рассматриваемых исследований вряд ли целесообразно.
9 вании измерения указанных свойств для смесей известного состава в треугольной диаграмме наносятся линии постоянных значений показателя преломления п плотности. Оба семейства линий должны обязательно пересекаться друг с другом. В результате получается «аналитическая сетка», показанная на рис. 1 на примере системы бензол—циклогексан—нитрометан [2].
Бензол
Циклогексан Вес % Нитрометан
Рис. 1. Диаграмма для анализа смесей в системе бензол— циклогексан—питрометап.
Состав смеси в такой аналитической диаграмме определяется точкой пересечения линий постоянных значений измеряемых свойств. Чем больше последние изменяются с составом смесей и чем ближе к прямому углы пересечения линпй постоянных значений свойств, тем (при заданной точности их измерения) меньше погрешность определения состава.
Аналитические диаграммы, аналогичные изображенной на рис. 1, получаются при любом выборе измеряемых свойств.
В некоторых случаях оказывается целесообразным для определения состава трехкомпонентных смесей сочетать химические и физические методы анализа. Так, для определения состава смесей
10 этилендиамина, цпклогексана и бензола был использован следующий прием: в взятой по весу пробе путем ацидиметрического титрования определялось содержание этилендиамина, затем он отмывался небольшим количеством воды, а относительное содержание компонентов в полученной при этом смеси углеводородов определялось по показателю преломления [3].
Легко видеть, что для анализа смесей, содержащих четыре пли более компонента, использование приемов, аналогичных изложенным выше, представляет значительные трудности. Поэтому, в частности, количество экспериментальных исследований равновесия между жидкостью и паром в многокомпонентных системах весьма мало.
Исключительную роль в этом отношении должно сыграть применение метода газо-жпдкостной хроматографии для определения состава смесей. Этот метод позволяет достаточно точно и просто анализировать смеси практически любого числа летучих веществ и получает все более широкое применение для этой цели. Для ознакомления с основами этого метода рекомендуются книги [4_7].
Метод однократного испарения
Метод однократного испарения, называемый иногда дистилляционным, является самым старым экспериментальным методом изучения равновесия между жидкостью и паром. Идея этого метода чрезвычайно проста — из жидкой смеси отгоняется небольшая по сравнению с количеством этой смеси проба пара, который затем конденсируется, а конденсат подвергается анализу.
Количество конденсата паровой фазы, получаемого в эксперименте, определяется методом анализа. Количество исходной жидкой смеси выбирается с учетом количества отгоняемого пара так, чтобы состав жидкой фазы в течение опыта изменялся возможно меньше. Таким образом, для исследования равновесия с помощью рассматриваемого метода требуются лишь перегонная колба и конденсатор для сжижения отгоняемого пара. Это вполне отвечало уровню развития экспериментальной техники в конце XIX и начале XX в. В этот период метод однократного испарения получил сравнительно широкое распространение.
