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:

(4.3.1)

баланс по N-метилформамид:

.(4.3.2)

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

0,95 моль, N-метилформамид

(0,95-1) моль Н2О,

0,95×59 г. N-метилформамид,

1×18 г. Н2О.

1000 г. Н2О,

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

Установление класса опасности отходов для предприятия ЗАО ТРОЛЗА
Данный дипломный проект посвящен установлению классов опасности отходов для предприятия ЗАО «ТРОЛЗА». Проведен тщательный анализ научной и патентной литературы посвященный проблеме промышле ...

Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов в России
Последние десятилетия показали, что земная биосфера в целом и её отдельные составляющие - экосистемы различных уровней - обладают ограниченными возможностями для обеспечения своего нормальн ...

Система очистки сточных вод на ОАО Завод Универсал
Экологическая обстановка в Новокузнецке является одной из самых сложных. Город стабильно входит в двадцатку экологически неблагополучных городов России. Здесь среднегодовые концентрации вре ...