Ректификация раствора n-метилформамида в воде

На диаграмме (рис. 4.3.1) по данным приложения 5 построена зависимость температуры кипения раствора N-метилформамида в воде от состава раствора (верхняя кривая) и пара (нижняя кривая). Состав выражен в мольных долях N-метилформамид. Концентрация раствора, который поступает на ректификацию, равна xн = 0,1 = 10% мольн. По первому закону Коновалова на монотонных участках равновесной кривой концентрации жидкой и паровой фаз различаются. Начальный раствор закипает при температуре 91,3оС (точка D), при этом образуется пар (точка E) с концентрацией yн = 0,5%. Это является теоретической основой разделения раствора, так как если сконденсировать полученный пар, то образуется раствор с концентрацией xa = yн много большей, чем концентрация исходного раствора.

По второму закону Коновалова в экстремальных точках равновесной кривой концентрации паровой и жидкой фаз совпадают. Это азеотропная точка А, координаты которой xА = yА = 100%, tA = 184,8°С. В этой точке процесс разделения должен прекратиться, так как образуется «однокомпонентный» нераздельно кипящий раствор (число независимых компонентов равно числу индивидуальных химических веществ за вычетом уравнений связи концентраций xA = yA). Следовательно, теоретически данный раствор может быть разделен только на чистую воду и азеотропный раствор.

Таким образом, равновесный процесс разделения раствора с xн = 10% содержит шесть теоретических ступеней разделения (теоретические тарелки; ЧТТ = 4) при получении дистиллята с заданной концентрацией xд = 0,5% и кубового остатка - xк = 95%.

Например, на разделение поступает Gн = 100 кг раствора. Так как все концентрации выражены в мольных долях, целесообразно массу раствора выразить в молях, для этого рассчитываем среднюю молекулярную массу исходного раствора

Схема материальных потоков приведена на рис. 4.3.2

Рис. 4.3.2. Схема материального баланса процесса ректификации (все концентрации выражены в мольных долях N-метилформамид)

Тогда общий баланс:

баланс по N-метилформамид:

Решая систему уравнений (4.3.1) и (4.3.2), получаем

при Т=139,3°С

Рис. 4.3.3. Схема материальнрго баланса на первой тарелке

Таким образом, в результате разделения получили:

разбавленный концентрированный раствор N-метилформамид xд = 0,5%, который, если не может быть использован в производстве, должен быть направлен на дальнейшее разделение специальными методами ректификации или экстракции;

очень концентрированный раствор с концентрацией xк = 0,95% или

что существенно превышает ПДК в воде 9 (см. приложение 1) и, следовательно, должно быть направлен или в технологический процесс или на биологическую очистку.

Еще статьи по экологии

Оценка предотвращенного эколого-экономического ущерба в результате осуществления природоохранных мероприятий
В последнее время самая актуальная проблема государственной экологической политики - это экономический ущерб от антропогенного воздействия, сохранение чистоты окружающей среды. Велик ...

Водно-экологическая ситуация в Севастопольской бухте
Актуальность темы. Понятие «водно-экологическая ситуация связаны с неудовлетворенностью человека состоянием водных объектов с позиции условий его жизнедеятельности. В процессе хозяйственной ...

Обоснование структуры водохозяйственного комплекса
Жизнь человека и общества, удовлетворение их потребностей невозможны без использования природных ресурсов. Ресурсы являются неотъемлемой частью природных ландшафтов. Ресурсный потенциал ...