НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ, 2015, том 51, № 2, с. 146-147
УДК 669
ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА РАЗДЕЛЕНИЯ В НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ОСНОВА-ПРИМЕСЬ ОТ СТЕПЕНИ ПЕРЕГОНКИ © 2015 г. А. И. Кравченко
Национальный научный центр "Харьковский физико-технический институт" Национальной академии наук Украины e-mail: alex@krava.net Поступила в редакцию 18.04.2014 г.
С помощью основных уравнений дистилляции выполнен анализ литературных данных о дистилля-ционном рафинировании некоторых двойных систем основа—примесь при различной степени перегонки. Выявлена заметная зависимость эффективного коэффициента разделения в от степени перегонки в системах Pb—1...2% Sb, Mg—2.5% Zn и Pb—0.5% Zn с изменением в в сторону к единице с ростом степени перегонки.
DOI: 10.7868/S0002337X15010091
Как известно, дистилляцию используют для получения чистых веществ [1—4]. Уравнения, описывающие дистилляцию, при малом содержании примеси могут быть представлены в упрощенном виде [5]:
Ce_ 1 - (1 - g)
C0
в
C1
C0
(1)
(2)
где Сс, Сг и С0 — содержание примеси в конденсате, остатке и исходное содержание примеси соответственно; g — степень перегонки (отношение массы конденсата к исходной массе дистиллируемого вещества); gr — доля остатка (отношение массы остатка к исходной массе дистиллируемого вещества); в — коэффициент разделения как отношение концентраций примеси в паре и жидкости.
В этих уравнениях параметр в считается величиной постоянной при заданной температуре процесса. Это справедливо для идеальных процессов дистилляции, зависящих только от давления пара чистых компонентов: в,-=Р,/Р, гдер1 ир — давление пара примеси и основы при температуре процесса. Однако в общем случае эффективный коэффициент разделения в зависит от ряда факторов как химического, так и кинетического характера (отклонение от равновесия жидкость—пар вследствие образования конденсата, неэффективное перемешивание рафинируемой жидкости, взаимодействие примеси и основы, взаимодействие примесей, захват примесей потоком пара основы, образование летучих соединений и др.). Естественно ожидать, что действие отдельных факторов и, как следствие, эффективный коэффициент
разделения в общем случае не должны оставаться постоянными в течение всего процесса испарения.
Зависимость эффективного коэффициента разделения в от степени перегонки целенаправленно не исследовалась. Между тем, уравнения (1) и (2) могут быть применены для анализа содержащихся в литературе отдельных экспериментальных данных об эффективности дистилляционного рафинирования для суждения о названной зависимости.
Цель работы — выявление зависимости эффективного коэффициента разделения от степени перегонки путем анализа литературных данных о дистилляции.
Уравнения (1) и (2) применяли для анализа экспериментальных данных работ [6] и [7]. Вычисления в осуществляли численным методом. Результаты приведены в табл. 1 и 2. Значения доли остатка gr вычисляли с помощью уравнения Ленгмюра по значениям давления пара основного компонента (РЬ) [8], поверхности испарения и времени дистилляции [7, рис. 2], начальная масса вещества вычислена по размерам тигля и плотности основного компонента. Для сравнения по данным [9] о давлении пара чистых компонентов вычисляли значения идеального коэффициента разделения в, при указанных значениях температуры дистилляции для систем: РЬ—8Ь в, = 0.06; в, ~ 6; РЬ-^п в, ~ 59000.
Во всех рассмотренных системах обнаружили зависимость эффективного коэффициента разделения в от степени перегонки g. Эта зависимость более заметна в системе РЬ—8Ь (в процессе дистилляции в изменяется в 3 раза). С ростом степени перегонки коэффициент в изменяется в сто-
ЗАВИСИМОСТЬ ЭФФЕКТИВНОГО КОЭФФИЦИЕНТА РАЗДЕЛЕНИЯ
147
Таблица 1. Зависимость эффективного коэффициента разделения в от степени перегонки g в системе РЬ-ЯЬ (основа — РЬ) при температуре 1300 К и в системе М§-/п (основа — М§) при температуре 950 К
С0, мас. % & % Сс, мас. % в а = 1/в
Система РЬ- ЯЬ
0.75 14 0.06 0.08 13
1.20 22 0.22 0.18 6
1.91 35 0.61 0.28 4
Система М§- 7п
2.5 27 6.5 3.9 0.26
47 4.6 3.1 0.32
Примечание. Расчет по экспериментальным данным [6] и [7] с помощью уравнения (1), Сс — концентрация примеси в конденсате.
Таблица 2. Зависимость эффективного коэффициента разделения в от доли остатка gr в системе РЬ-/п (основа — РЬ) при температуре 830 К и С0, равном 0.5 мас. %
&г, % Сг, мас. % в а = 1/в
99.99 0.16 11500 9 х 10-5
99.98 0.05 11500 9 х 10-5
99.96 0.03 7000 14 х 10-5
Примечание. Расчет по экспериментальным данным [7] с помощью уравнения (2), Сг — концентрация примеси в остатке.
рону к единице, т.е. эффект разделения слабеет. Существование этой зависимости полезно учитывать для оптимизации дистилляционных процессов рафинирования отдельных веществ.
Итак, в отдельных системах основа—примесь наблюдается заметная зависимость эффективного коэффициента разделения в от степени перегонки g — с изменением в в сторону к единице с ростом степени перегонки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Девятых Г.Г., Еллиев Ю.Е. Глубокая очистка веществ. М.: Высш. шк., 1990. 192 с.
2. Нисельсон Л.А., Ярошевский А.Г. Межфазовые коэффициенты распределения. М.: Наука, 1992. 399 с.
3. Пазухин В.А., Фишер А.Я. Разделение и рафинирование металлов в вакууме. М.: Металлургия, 1969. 204 с.
4. Иванов В.Е., Папиров И.И., Тихинский Г.Ф., Амо-ненко В.В. Чистые и сверхчистые металлы (получение методом дистилляции в вакууме). М.: Металлургия, 1965. 263 с.
5. Кравченко А.И. Об уравнениях дистилляции при малом содержании примеси // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Ядерно-физические исследования (теория и эксперимент). 1990. Вып. 1 (9). С. 29-30.
6. Любман Л.Я., Сенюта С.Ю., Есютин В.С., Нургали-ев Д.Н. Активность таллия и сурьмы в свинцовых расплавах и распределение этих металлов между жидкой и паровой фазами при вакуумной дистилляции // Вакуумные процессы в металлургии. Алма-Ата: Наука, 1971. С. 109-114.
7. Лукашенко Э.Е., Кузнецова В.П. О роли активных добавок в процессе вакуумной дистилляции сплавов // Вакуумные процессы в цветной металлургии. Алма-Ата: Наука, 1971. С. 149-155.
8. Козин Л.Ф., Морачевский А.Г. Физико-химия и металлургия высокочистого свинца. М.: Металлургия, 1991. 223 с.
9. Несмеянов А.Н. Давление пара химических элементов. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 396 с.
НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ том 51 № 2 2015
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.