Нерастворяющиеся жидкости. Перегонка с водяным паром. Ароматные воды.

Перегонка с водяным паром имеет целью понижение температуры кипения исходной смеси веществ, кипящих при температурах свыше 100 °С, компоненты которой нерастворимы в воде. При такой перегонке отгоняемый компонент получается обычно в виде смеси с водой, а температура кипения смеси должна быть ниже температуры кипения воды.

Общее давление паров над смесью равно сумме давлений чис­тых компонентов при той же температуре (Р = Р_А + Р_В). Следовательно, при атмосферном давлении парциальное давление водя­ного пара над смесью Рв = Р— РА< Р.

На рис. показана диаграмма для определения температур кипения при перегонке с водяным паром, которые определяются как точки пересечения кривой упругости водяного пара с кривыми упругости различных жидкостей.

По диаграмме температура перегонки бензола с водяным паром при атмосферном давлении составляет 69,5 °С, а при р = 0,0395 МПа — около 46 °С, толуола при атмосферном давлении — 85 °С.

Схема установки для перегонки с водяным паром показана на рис.

Исходная смесь загружается в перегонный куб, в рубашку которого подается глухой насыщенный водяной пар. Внутрь куба в исходную смесь барботируется острый водяной пар. Пары, образующиеся при кипении смеси, поступают в конденсатор и далее в сепаратор, где конденсат разделяется. Из сепаратора удаляются вода и не растворяющийся в воде легколетучий компонент, который собирается в сборнике.

Получение ароматных вод путем пропускания через сухой материал. Для этого применяют специальные установки, состоящие обычно из котла 4, в который загружается растительный материал, хобота 2, соединяющего указанный котел с конденсатором-холодильником 15, и приемника 19 — разделительного сосуда. Пар поступает в установку по трубопроводу 12, проходящему через полую ось. Через вентиль 9 пар впускают в паровую рубашку 3, а через вентиль 10 выпускают конденсат, который проходит через конденсационный горшок 11 в канализацию. Через вентиль 8, барботер 6, ложное дно 5 и слой полотна 18 в котел проходит пар, который равномерно пронизывает растительный материал, захватывая с собой летучие вещества и увлекая их через хобот 2 в конденсатор-холодильник 15 в последний впускают холодную воду через кран 16, а теплая вода вытекает через трубу 17. Для загрузки и выгрузки котла крышку 1 с хоботом 2 поднимают при помощи лебедки 13. Для удаления из котла отработанного растительного материала открывают кран 7, выливают оттуда жидкость, а затем посредством механизма 14 опрокидывают аппарат. Использованное сырье высыпают в подставленную тару и увозят из цеха. Котел устанавливают на место, загружают измельченным сырьем, закрывают крышкой, и работа по перегонке начинается снова. Если в процессе перегонки вместе с ароматной водой получается значительное количество эфирного масла, то в качестве приемника целесообразно применять так называемый разделительный сосуд (старое название — флорентин или флорентийский сосуд). На рисунке представлены три таких сосуда (а, б и в). В сосуд а налита ароматная вода с эфирным маслом, которое легче воды. Эта смесь втекает в воронку 1 и по изогнутой трубке попадает внутрь сосуда, где она расслаивается: масло собирается наверху, а внизу — ароматная вода, которая все время вытекает по трубке 2, поддерживая постоянный уровень жидкости в сосуде а. По мере накопления масла оно выливается через верхний кран 3. В склянку 6 конденсат тоже наливается через воронку 1. Но здесь ароматная вода после расслаивания выливается через верхний кран 4, а эфирное масло, которое в данном случае тяжелее, выливают через нижний кран 5.

На рисунке представлена схема сосуда, применяемого как для разделения больших количеств масла и воды, так и других жидкостей, не смешивающихся между собой. Смесь в этот сосуд поступает по трубе 2 и расслаивается. Легкая жидкость выливается по трубе 5, а тяжелая — по трубе 1. Для того чтобы через сифоноподобную трубу 1 не вылилась вся жидкость, находящаяся в сосуде, последний соединяют трубкой 4, которая имеет кран 5. Иногда ароматные воды готовят в запас в концентрированном виде. В этом случае к ним для стойкости добавляют винный спирт. Перед отпуском их разбавляют до требуемой концентрации.

6. Рассчитайте тепловой эффект реакции CH₄ + Cl₂ = CH₃Cl + HCl, если известны тепловые эффекты следующих реакций:

1. CH₄ +2 O₂ = CO₂ + 2 H₂O – 892 кДж

2. CH₃Cl + 3/2 O₂ = CO₂ + H₂O + HCl – 687 кДж

3. H₂ + ½ O₂ = H₂O – 286 кДж

4. ½ H₂ + ½ Cl₂ = HCl – 92,5 кДж

5 CH₄ + Cl₂ = CH₃Cl + HCl

ΔН^0,298(5)=ΔН^0,298(HCl)+ ΔН^0,298(CH₃Cl)- ΔН^0,298(CH₄)- ΔН^0,298(Cl₂)

ΔН^0,298(1)=ΔН^0,298(CO₂)+2 ΔН^0,298(H₂O)- ΔН^0,298(CH₄) отсюдаследует

ΔН^0,298(CH₄)=ΔН^0,298(CO₂)+2 ΔН^0,298(H₂O)- ΔН^0,298(1)

ΔН^0,298(2)=ΔН^0,298(CO₂)+ ΔН^0,298(H₂O)- ΔН^0,298(HCl)- ΔН^0,298(CH₃Cl) отсюдаследует

ΔН^0,298(CH₃Cl)=ΔН^0,298(CO₂)+ ΔН^0,298(H₂O)- ΔН^0,298(HCl)- ΔН^0,298(2)

ΔН^0,298 (5)= -92,5 кДж+ ΔН^0,298(CO₂)+ ΔН^0,298(H₂O)- ΔН^0,298(HCl)- ΔН^0,298(2)- ΔН^0,298(CO₂)-2 ΔН^0,298(H₂O)+ ΔН^0,298(1)= -92,5 кДж-92,5 кДж –(-687 кДж)+286 кДж -892 =-104 кДж

7. Для реакции СО + Cl₂ = COCl₂ при600⁰С К_с = 6,386. В каком направлении будет протекать реакция при следующих концентрациях реагирующих веществ:

,

А)Dn = 4-1-1=2, значит, K_P=6,386*(8,31*(600+273))²=3,36*10⁸. DG=-RTlnK_P=-8,31*873*ln(3,36*10⁸)=-1.42*10⁵=<0.

Б)Dn = 8-1-1=4, значит, K_P=6,386*(8,31*(600+273))⁴=1,8*10¹⁷. DG=-RTlnK_P=-8,31*873*ln(1,8*10¹⁷)=-2.8*10⁵

В)Dn = 10-1-1,565=7,435, значит, K_P=6,386*(8,31*(600+273))^7,435=2,2 *10⁷⁴. DG=-RTlnK_P=-8,31*873*ln(2,2 *10⁷⁴)=-1.24*10⁶