книги из ГПНТБ / Стабников В.Н. Перегонка и ректификация спирта

Наиболее употребителен в современных экспериментах по изучению равновесия в системе этанол—вода циркуляционный

сата, анализируют их и получают данные о составе пара и жид­ кости, находящихся в равновесии. В работе, выполненной авто­ ром совместно с О. Г. Муравской, проведен анализ и сопостав­ ление экспериментальных данных, полученных циркуляционным методом [9].

Один из приборов, работающих по циркуляционному мето­ ду, изображен на рис. 36. В этом приборе водно-спиртовал смесь кипит в сосуде А, который снабжен электроподогрева­ телем. Верхняя часть этого сосуда также имеет электроподо­ грев во избежание дефлегмации. Пары поступают по трубе Б в вертикальный конденсатор. Конденсат стекает обратно.в со­ суд А по трубке Е. Трехходовые краны Г позволяют отбирать пробы для анализа. Очевидно, что циркуляционный метод сво­

боден от основного недостатка статического метода, однако при

Остановимся на этих недостатках [1].

1. В приборах не устранена возможность дефлегмации. Это происходит в тех случаях, когда не приняты меры к устране­ нию конденсации паров в верхней части кипятильника при на­ гревании кипятильника в нижней части. Вследствие дефлегма­ ции паров происходит их укрепление, а следовательно, опреде­ ляемые концентрации спирта в парах окажутся завышенными против истинных.

2. В приборах циркуляционного типа завышение полученных данных может быть и в том случае, когда поступающая из при­ емника конденсата жидкость испаряется, не смешиваясь с основ­ ной массой жидкости в кипятильнике. Возможность такого ис­ парения тем больше, чем выше температура этого конденсата. В некоторых современных приборах конденсат подвергается на­ греванию в специальных подогревателях. В этих приборах мож­ но ожидать завышенные значения, так как поступающий горя­ чий конденсат (а иногда пар), не смешиваясь с остальной массой жидкости, образует пар с высоким содержанием спирта. Ошибка будет тем значительнее, чем более разница в составе жидкости

вкипятильнике и конденсаторе.

3.Брызгоунос может наблюдаться в приборах того и друго­ го типа при недостаточном объеме парового пространства и ма­ лой высоте его. Так как состав брызг отвечает составу жидко­ сти в кипятильнике, то брызгоунос способствует понижению получаемых значений против истинной их величины.

4.Занижение получаемых данных будет также и тогда, ког­ да капли, попадающие на стенки кипятильника выше уровня кипящей жидкости, подвергаются нагреванию. 'Подобные ре­

аизоляция нагревается.

5.Недостаточно хорошее смешение жидкости в кипятильни­ ке приборов динамического типа может в некоторых случаях повести к занижению результатов, если конденсат, охлажден­ ный перед кипятильником, поступает в верхнюю часть прибора*

6 . 'К искажению результатов при работе динамическим мето­ дом ведет также неодновременность отбора проб из кипятиль­ ника и приемника конденсата в работающем аппарате.

для отбора проб, в результате чего в них может застаиваться жидкость.

При устранении всех упомянутых дефектов все же будут получены различные результаты вследствие различных условии кипения в приборах, построенных из разных материалов и имеющих кипятильники неодинаковой формы. Влияет на резуль­ таты и способ нагрева. Немаловажным фактором является так­ же точность, с которой устанавливалось в опытах давление.

Существенное влияние на результаты оказывает также ме­ тод определения концентрации спирта и степень очистки иссле­ дуемого спирта.

К сожалению, в опубликованных работах не всегда доста­ точно полно излагается метод очистки исходного спирта и ме­ тод определения крепости спирта. Последняя определялась поч­ ти всегда пикнометрическим путем. Так как пикнометрический метод при малых концентрациях спирта не дает точных резуль­ татов, то многие исследователи ограничивались определением равновесия при концентрации спирта в жидкой фазе не ниже

3—4% вес.

Выгодно отличается от таких работ исследование, проведен­ ное сотрудниками Киевского филиала Всесоюзного научно-ис­ следовательского института спиртовой промышленности [14]. В этом исследовании при концентрации спирта в жидкости менее 1 % применялся оксидиметрический метод, разработанный проф- В. В. Первозванским и В. П. Архангельским. Этот метод при малых крепостях дает значительно более точные результаты определения, чем пикнометрический. Поэтому, при всех прочих условиях, результаты этого исследования в области низких кон­ центраций заслуживают наибольшего доверия.

Все изложенное говорит о том, что нельзя ожидать хороше­ го совпадения результатов исследований, проведенных различ­ ными методами с применением приборов различных типов.

Задача заключается в том, чтобы разобраться в массе экс­ периментального материала и оценить его по достоинству.

Критерием для отбора принята степень совершенства экс­ периментальной методики. Большинство работ XIX в. и первых двух десятилетий XX в. выполнены дистилляционным методом.. Мы уже указывали на принципиальный недостаток этого ме­ тода. Кроме того, во многих ранних работах, проведенных ди­ стилляционным методом, не устранены источники погрешностей, и другого рода. Мы считаем, что следует отказаться от данных, полученных этим способом, как от наименее надежных.

К опытам, проведенным циркуляционным способом, относят­ ся работы, выполненные Киевским филиалом Всесоюзного науч­ но исследовательского института спиртовой промышленности.

Экспериментальные метооы исследования равновесия еа

[14], Эванса [15], Карей и Льюиса [16], Киршбаума [17, 8], Бэкера и др. [18], Джонса [19].

Опыты Эванса не могут быть приняты во внимание, так как его прибор имел существенный недостаток, а полученные им

ли исследованы экспериментально. Все полученные нами дан­ ные были сведены в общую таблицу, рассматривая которую, можно было установить, что в области низких концентраций (до 1%) имеются только данные КФ 'ВНИИСПа. Опыты КФ ВНИИСПа, как мы указывали выше, отличаются большой точ­ ностью и должны быть рекомендованы для использования в об­ ласти низких концентраций. Для более высоких концентраций имеются данные и других исследователей; различие в составе паровой фазы в пределах концентрации от 1 до 25% не пре­ восходит 2,5% •

При более высоких крепостях (выше 25% в жидкой фазе) различие в составе паровой фазы, по данным различных иссле­ дователей, не превышает 1% вес. Так как все эти данные по­ лучены принципиально одинаковым методом, мы сочли воз­ можным в области концентраций выше 1 % определить среднееиз имеющихся значений. С учетом изложенных соображений построена усредняющая кривая равновесия (рис. 37), несколь­ ко отличающаяся от широко известной в литературе кривой Бергштрема. Различие это значительно в области низких кон­ центраций (где использована таблица ВНИИСПа) и мало за­ метно в области высоких концентраций.

Кривея рис. 37, построенная в достаточно большом мае-

€4 Физико-химические основы перегонки спирта

ш т а б е , я в и л а сь о сн о в о й д л я со с т а в л ен и я п р и в о д и м о й н и ж е т а б ­ л и ц ы р а в н о в е сн ы х с о с т а в о в ж и д к о й и п а р о в о й ф а з си ст ем ы

р а с ч е т а х к о л о н н к р и в а я р а в н о в е си я ст р о и т ся в м о л е в ы х п р о ­ ц ен т а х ; п о э т о м у д а н н ы е о р а в н о в е си и п р е д ст а в л е н ы в в есо в ы х и м о л ев ы х п р о ц е н т а х ( т а б л . 1 7 ).

Т а б л и ц а 17

Продолжение

5 Заказ 307

66 Физико-химические основы перегонки спирта

При помощи этих уравнений находится парциальное давле­ ние рА и рв , а следовательно, и общее давление в системе Р =

= Ра + Рв -

Тогда молярный процент спирта в парах

Х = -----—----- 100.

Р л + Р »

Весовая концентрация спирта в парах А% может быть най­ дена из уравнения, предложенного Хариным [20]:

pm. cm. (см. табл. 9).

Молярный процент х в жидкой фазе найдем по уравнению Харина:

Внашем случае

100-80

. = 61% мол., а мольдоля будет 0,61. zob—1 ,bb-oU

Отсюда по уравнениям (9) и (10) найдем:

р— 227 мм pm. cm.

р= 532 мм pm. cm.

В сумме имеем Рв + РА — 227 + 532 = 759 мм рт. ст., что очень близко

к заданному давлению (760 мм рт. ст.). Теперь найдем

Pa +Рв

По табл. 17 мы имели бы 85,9%. Следовательно, полученные расчетом данные очень близки к экспериментальным.