6. Правило рычага.

При равновесии жидкость-пар в двойной системе необходимо определить количественное соотношение между жидкостью и паром при различных температурах.

Для этих целей используют обычно правило рычага. Точка, отвечающая составу гетерогенной двойной системы располагается на прямой, соединяющей точки, представляющие сосуществующие фазы. При этом отрезки, отсекаемые на прямой этой точкой обратно пропорциональны количествам каждой из фаз.

t

кол – во жидкости = а

кол – во пара в

в a

A x_ж х₀ х_n B

6. Закон распределения.

Если в систему, состоящую из двух взаимонерастворимых жидкостей, ввести третье вещество, растворимое в обеих жидкостях, то оно распределяется между ними. Проводя экспериментальное и теоретическое изучение этого явления, Нернст в 1890 году выявил закономерность, названную законом распределения:

при постоянной температуре отношение концентраций вещества (третьего компонента), растворенного в двух равновесных фазах, постоянно.

Например, если в смесь бензола с водой вводить различные количества йода (m_{1 ,} m₂ , m₃ и т.д.), то каждый раз устанавливаются такие равновесные концентрации йода в водном (С₁^В , С₂^В , С₃^В ) и бензольном (С₁^Б , С₂^Б , С₃^Б) слоях, что их отношение остается постоянным.

где К – коэффициент распределения.

В такой форме закон распределения соблюдается лишь при идеальных и бесконечно разбавленных растворов. Поскольку при растворении обычно происходят значительные изменения в строении вещества (диссоциация, ассоциация, сольватация и т.п.), закон распределения видоизменяется. Наиболее точная форма закона распределения предложена Н.А.Шиловым и имеет вид

где n - постоянная, зависящая от температур и природы всех компонентов системы.

Если распределяющееся вещество диссоциирует, причем степень диссоциации его в первом растворителе равна ₁ , а во втором - ₂ то закон распределения принимает вид

4.8. Экстракция.

Экстракция – способ извлечения веществ из сложных систем (жидких, твердых или смешанных), обработкой их селективным (избирательным) растворителем, называемым экстрагентом.

Чаще всего экстрагент не растворяется в обрабатываемой системе, а является отдельной фазой. В результате экстракции образуются:

Экстракт – раствор извлеченных компонентов в экстрагенте, и рафинат – обработанная смесь, обедненная извлекаемыми компонентами. Весь процесс экстракции ведут в спец. аппаратах - экстракторах, различающихся как по конструкции, так и по принципу действия.

Принципиальная схема процесса экстракции имеет вид:

А + В С

(исходная смесь) экстрагент

Экстрактор

А С + В

рафинат экстракт

Рассмотрим применение закона распределения для расчета материального баланса процесса экстракции. Пусть экстракции подвергается исходный раствор объемом V₀ , содержащий g₀ кг экстрагируемого вещества. После введения в него экстрагента объемом V_э , согласно закону распределения, часть этого вещества перейдет из исходного раствора в экстрагент. Пусть в результате такого перехода образовался рафинат, содержащий g₁ кг растворенного вещества, и экстракт, содержащий g₀ - g₁ кг вещества. Тогда концентрация этого вещества составит:

В рафинате - С₁ = g₁ / V₀ M

В экстракте - С₂ = (g₀ – g₁) / V_э М

где М - молярная масса экстрагируемого вещества.

Из закона распределения следует выражение

Преобразование которого дает:

Это выражение можно использовать для расчета одноступенчатого процесса экстракции. Т.е. когда исходный раствор обрабатывают экстрагентом лишь один раз. При такой экстракции в рафинате остается довольно много неизвлеченного вещества. Поэтому процесс экстракции повторяют несколько раз, беря каждый раз один и тот же объем свежего экстрагента. Такая экстракция называется многоступенчатой.

Уравнение для расчета материального баланса многоступенчатой экстракции имеет вид

Где n - число самостоятельных стадий (ступеней) экстракции.

На практике для повышения эффективности использования экстрагента, кроме применения многоступенчатой экстракции, стремятся проводить процесс при условиях, предупреждающих такие побочные явления, как диссоциация и др. Для этого процесс ведут при пониженной температуре или в присутствии веществ, смещающих равновесие в сторону экстрагируемого вещества.