Непонятен механизм разделения бинарной смеси при дистилляции.

[asmel]

Вопрос касается разделения бинарной смеси двух жидкостей - этилового спирта и воды при атмосферном давлении..
Итак:
1. Разделение будем проводить в тонкостенном дефлегматоре – бинарная смесь нагревается до кипения и пары компонентов направляются в вертикальную высокую медную (медная для хорошего теплообмена с окружающей средой) трубку.
2.Пусть содержание спирта приближается к азеотропу. Допустим концентрация спирта 95 объемных процента или 83 молярных процента. Соответственно 17 молярных процента воды.
3. В таких условиях на стенках трубки начнет конденсироваться спирт и установится температура 73.7С.
4. Парциальное давление паров воды будет 17%*760 мм рт ст = 129 мм рт ст.
5. При таком давлении вода должна конденсироваться при температуре 57С.
6. Однако на стенках трубки будет температура коденсации спирта 73.7С и вода не будет конденсироваться на такой горячей поверхности.
Таким образом, отбирая со стенок трубки скондесировавшийся на них спирт, казалось бы можно получать чистейший азеотроп этилового спирта.
Не могу разобраться, где у меня ошибка.

 

Электропроводящие предметы и жидкости приводят к электролизу, а это примеси, очень часто вредные.

POLE: Если выработка примесей критична из-за электрического потенциала на частях аппарата, то можно принять меры (заземление, наложение постоянной э. д.с. от постороннего источника электрической энергии, подбор значения ОВП (коррекция окислительно-восстановительного потенциала) браги).
Вопрос - насколько критично и для каких продуктов перегонки? Думаю, что для дистиллятов менее актуально, чем для спирта ректификата.

[ванечка]

 

 

диссертацию писать кандидатскую или докторскую?

вполне было бы достаточно научного обоснования.

то есть по существу ответа не будет. а жаль.

[Rudy]

[member=Rudy], а может твой кондуктометр фиксирует диссоциацию спирта по связи О-Н с образованием алкоксид-иона ил/или воды?

На дистиллированной воде не пробовал повторить твой эксперимент?

Пробовал, но не в таком варианте. Я очень многое пробовал, но очень давно и подробностей уже и не помню. Рост проводимости наблюдается при контакте с разными металлами: медь, сталь, нержа, олово, никель и с угольными электродами (по возможности тщательно очищенные стержни из батареек) тоже. С золотом и платиной не пробовал, хотя и очень хочетса попробовать позолотить датчик изнутри, но такой возможности не имею. Смотрел в основном спирт, наша вода не годится - очень высокая проводимость. А на дистиллированной воде, помнится, просто отметил, что проводимость мала, но без конкретики.

 

Но в этом эксперименте важны две вещи.

1. При контакте с нержой процесс идет, а в пластике нет.

2. Когда порция спирта из нержи переливается в пластик - проводимость не снижается. Если подержать ее в пластике, а затем вернуть в датчик и промерять - она сохраняет исходное высокое значение проводимости. Вот именно это я строго не промерял (возможно не строго исходное значение) но после выдержки в пластике длительное время (часы) проводимость остается высокой.

 

А вот что это за примесь - понятия не имею, знаю только что проводящая. На самом деле можно по ГХ сравнить один и тот же спирт после длительного хранение в нерже и стекле. Тогда она должна проявится, но оператор ГХ должен быть ювелиром - точное количественное сравнение - весьма непростая задача.

Изменено 5 февраля, 2017 пользователем Rudy

[Предбанник]

когда то пытался разобрать природу "лёгкого пара" на банных форумах
фактры котрые нужно учитывать
диполь воды в электромагнитном поле, пытается укрупнится  - сконденсироваться (аэрозоль) без прямой  жёсткой привязки у температуре.
Процессы конденсирования (дистилляции ректификации ) проходят в поле ЭМИ инфракрасного спектра (тепловое излучение). Диполь поляризуется заряд усиливается, 
"молекулы других газов (водяной пар, спирты, эфиры, HCl, углекислый газ) образуют несимметричную структуру и обладают постоянным электрическим дипольным моментом (рис.13.2), так как у них центры положительного и отрицательного зарядов не совпадают. Такие молекулы называются полярными."
 

6. Дипольная (ориентационная) поляризация. Она характерна для полярных молекул, которые в отсутствии поля имеют собственный дипольный момент. Однако из-за теплового движения эти диполи ориентированы хаотично, и суммарный дипольный момент равен 0. При наложении внешнего поля диполи ориентируются по нему, поэтому в целом диэлектрик приобретает электрический момент. Электрическое поле «причесывает» полярные молекулы, заставляет их дипольные моменты смотреть в одну сторону (рис.13.5). Тепловое движение вносит беспорядок. Результат зависит от конкуренции процессов. Поэтому диэлектрическая проницаемость зависит от температуры"

 процессы конденсации так же зависят от давления, от скачков давления (турбулентность) ...
Туман (конденсацию) может спровоцировать акустическое воздействие .... танец с бубном например)) - не шутка. 

Медь в сравнение с полированной нержавейкой должна иметь более плотный поток излучения при равной интесивности.
Всё что знал сказал
  

Изменено 7 февраля, 2017 пользователем Предбанник

[capsolo]

[member=asmel], это...азеотроп в аппарат залил, и там 127 по ртути при кипении??? ты их сделай там, и будет примерно как ты сказал, однако в связи с тем, что аппарат связан с атмосферой больше 2-3 по ртути ты там не заимеешь. Ошибка в том, что ты считаешь аппарат замкнутым контуром.

А да. И абсолютного разделения это не даст :) Если азеотроп, то вообще не даст ничего.

Изменено 7 февраля, 2017 пользователем capsolo

[POLE]

 

 

Парциальное давление паров воды будет 17%*760 мм рт ст = 129 мм рт ст.

 это давление насыщенных паров воды (состояние термодинамического равновесия)

 

 

При таком давлении вода должна конденсироваться при температуре 57С.

но у тебя

 

 

Вопрос касается разделения бинарной смеси двух жидкостей - этилового спирта и воды при атмосферном давлении.

Если при атм давлении и температуре кипения 78,29С, то и давление паров воды будет примерно 330 мм рт ст (над поверхностью зеркала дистиллята). При  этом в паре будет 95,38% об  спирта. И вот этот спирт в паре подлетает к стенке конденсатора, где конденсируется до тех же 95% об. Чтобы получить более крепкий спирт нужно, чтобы пар освободился от воды по пути до стенки конденсатора. Т. нужны "препятствия", конденсирующие воду и выводящие устройства. Тогда пар будет обогащаться спиртом и равновесные условия изменятся.

[Rudy]

...

Не могу разобраться, где у меня ошибка.

Вот в этом.

3. В таких условиях на стенках трубки начнет конденсироваться спирт и установится температура 73.7С.

На стенках начнет конденсироваться не спирт, а раствор (конденсат) с той-же крепостью, что и в паре.

Если крепость пара 95%об, то температура будет 78.29*С ( по более точному калькулятору - 78.34, но это неважно).

 

POLE уже успел ответить, наши рассуждения совпадают.

Изменено 7 февраля, 2017 пользователем Rudy

[asmel]

 

Если при атм давлении и температуре кипения 78,29С, то и давление паров воды будет примерно 330 мм рт ст (над поверхностью зеркала дистиллята).

Давление газов пропорционально числу молекул газа и температуре Р=nkT.

330 мм рт ст это 43% от общего 760 мм давления. Т е мольный процент воды в паре спирт-вода будет 43% соответственно спирта 57%

 

Таким образом 78.29С пар будет содержать 83об% спирта в то время как в жидкости будет 95об%. Что-то не вяжется!

[asmel]

Руди, я, или твой знаменитый калькулятор ошибается http://forum.grainwine.info/index.php/topic/1281-neponjaten-mehanizm-razdelenija-binarnoi-smesi/?do=findComment&comment=211361

Изменено 8 февраля, 2017 пользователем asmel

[POLE]

[b][member=asmel][/b], если точнее, то 336,7 мм рт ст. Эту цифру привел, чтобы показать, что вода тоже летит к стенке вместе с парами спирта.

 

А дальше мне совсем непонятно что ты хочешь рассчитать?

[asmel]

[member=asmel],

 

А дальше мне совсем непонятно что ты хочешь рассчитать?

Я не хочу ничего рассчитывать, я хочу при помощи законов физики понять процесс, которым здесь все пользуются. Ты кажется тоже что-то про хобби упоминал.

Так про этот расчет http://forum.grainwine.info/index.php/topic/1281-neponjaten-mehanizm-razdelenija-binarnoi-smesi/#entry211361 что скажешь?

[member=asmel], если точнее, то 336,7 мм рт ст. Эту цифру привел, чтобы показать, что вода тоже летит к стенке вместе с парами спирта.

 

 

Вода из воздуха тоже летит к оконным стеклам, однако конденсируется на стеклах только при определенной температуре и парциальном давлении.

Дежавю. Два года назад читал это где то)

отмотай часа на два в любой теме и обнаружишь свой дежавю.

[POLE]

 

 

Вода из воздуха тоже летит к оконным стеклам, однако конденсируется на стеклах только при определенной температуре и парциальном давлении.

вода конденсируется при парциальном давлении насыщенных паров в равновесных условиях. До стекла пары воды не конденсируются тк нет равновесного состояния.

 

 

что скажешь?

я больше практик, чем теоретик. ИМХО все теоретические модели расчетов ограничены определенными условиями. Мне они нужны чтобы упрощенно понять и рассчитать параметры системы, что нужно сделать и запустить. Поэтому понять не могу тк не вижу цели расчета.

 

 

хочу при помощи законов физики понять процесс, которым здесь все пользуются

О каком процессе идет речь?

Если хочешь получить спирт крепостью выше азеотропной, то нужно создавать условия, чтобы (1) вода меньше парила и (2) по ходу движения пары спирта и воды разделялись и выводились.

[Rudy]

Руди, я, или твой знаменитый калькулятор ошибается http://forum.grainwine.info/index.php/topic/1281-neponjaten-mehanizm-razdelenija-binarnoi-smesi/?do=findComment&comment=211361

Мой "знаменитый" калькулятор просто интерполирует таблицы экспериментально полученных данных.

 

А вот с парциальными давлениями пара ты постоянно и не в первый раз ошибаешься. Ошибка в том, что независимо суммировать парциальные давление паров в смеси двух жидкостей нельзя - это годится только для идеальных жидкостей. Если молекулы жидкостей имеют связи между собой - все не так. Посмотри отклонения от законов Рауля. И это "не так" до сих пор рассчитывается плоховато, приходится полагаться на экспериментальные данные.

 

Представь себе, что две молекулы воды в жидкости так "любят" молекулу спирта, что могут испарится только вместе. Тогда в паре всегда будет соотношение молекул вода/спирт 2:1. Это я сознательно вру для примера.

 

Но заметь, что если бы не было существенных (до десятка раз при малых концентрациях спирта) отклонений от закона Рауля, то не было бы и укрепления спирта при испарении. Дистилляция работает только благодаря этим отклонениям

Изменено 8 февраля, 2017 пользователем Rudy

[asmel]

Но заметь, что если бы не было существенных (до десятка раз при малых концентрациях спирта) отклонений от закона Рауля, то не было бы и укрепления спирта при испарении. Дистилляция работает только благодаря этим отклонениям

Отклонения от закона Рауля как раз мешают дистилляции (IMHO). По закону Рауля в пар уходит лучше более летучая жидкость, лучшесть пропорциональна летучести жидкости и мольному содержанию летучей жидкости в общем растворе. При отклонении от этого закона раствор будет хуже отдавать отделяемую жидкость за счет связи между компонентами.

[Rudy]

Отклонения от закона Рауля как раз мешают дистилляции (IMHO). По закону Рауля в пар уходит лучше более летучая жидкость, лучшесть пропорциональна летучести жидкости и мольному содержанию летучей жидкости в общем растворе. При отклонении от этого закона раствор будет хуже отдавать отделяемую жидкость за счет связи между компонентами.

Возможно я и не прав, поскольку в химии ни в зуб ногой, но мне кажется, что для идеальных жидкостей из закона Рауля автоматически следует равенства концентраций в растворе и паре. Посмотри уравнением Дюгема – Моргулиса, из него это тоже следует.

А закон Коновалова, который говорит о том, что концентрация более легкокипящей жидкости будет выше - это, как раз и есть учет реальных отклонений. Там же есть и доказательство равенства концентраций в жидкости и паре, причем сделанное из самых общих соображений на основе того же уравнения Дюгема-Маргулеса.

 

И если бы вода и этанол не имели бы серьезных отклонений от закона Рауля - прощай укрепление

 

Но, еще раз повторю, возможно я и не прав. Там есть одно тонкое место, которое как раз соответствует первому закону Коновалова

Таким образом, если добавление в раствор компонента B увеличивает общее давление пара (  > 0), то, поскольку производная  всегда положительна, получаем, что Y_B – X_B > 0, доказав 1-й закон Коновалова.

Но вот означает ли оно то, что это справедливо для идеальных жидкостей или это и есть учет реального взаимодействия непонятно.

 

Ага, вот, наконец нашел внятные рассуждения. Из них следует, что я таки не прав и соотношение концентраций даже идеальных компонент в жидкости и паре различны.

Зависимость состава пара от давления можно вывести следующим образом: пусть N’_A и N’_B – мольные доли компонентов в парах, NA и NB – мольные доли компонентов в жидкости.

Мольные доли компонентов в парах определяются отношением парциального давления к общему: ; .

Парциальное давление по закону Рауля: . С учетом этих уравнений найдем отношение мольных долей веществ в парах через мольные доли компонентов в жидкости. Для этого разделим N’_A на N’_B и подставим в полученное выражение уравнение Рауля:

на основе этой зависимости сформулированы законы Коновалова и Вревского.

Ух, похоже разобрались. Т.е. в паре концентрация компоненты с большим парциальным давлением будет выше в отношение парциальных давлений. Для спирта и воды это порядка двойки. А отклонение от закона Рауля дает десятку при малых концентрациях.

Изменено 8 февраля, 2017 пользователем Rudy

[asmel]

Возможно я и не прав, поскольку в химии ни в зуб ногой, но мне кажется, что для идеальных жидкостей из закона Рауля автоматически следует равенства концентраций в растворе и паре. Посмотри уравнением Дюгема – Моргулиса, из него это тоже следует.

1. По-моему закон Рауля чистая физика.

2. Как раз из  закона Рауля автоматически следует неравенство концентраций в растворе и паре для  разнолетучих жидкостей.

    Пусть в жидкости находятся в равной концентрации спирт и вода (допустим молекулы спирта не взаимодействуют с молекулами воды).

    По закону в пар пойдет

                           от воды     К_в*Р_в(Т)  

                           от спирта  К_с*Р_с(Т).

                                              К_в = К_с          т к спирт и вода в смеси по условию  находятся в одинаковых концентрациях

                                         Р_с(Т) > Р_в(Т)     т к давление паров спирта над чистым спиртом больше давления паров воды над чистой водой

 

          Т о    К_с*Р_с(Т) > К_в*Р_в(Т)  т е при при равной концентрации компонентов в жидкости, в паре будет больше концентрация более

                                               летучего компонента, что и следует из закона Рауля и из практики самогонщиков.

 

     3. А уравнение Дюгема – Моргулиса тот же самый Закон Рауля.

 

     4. Терпеть ненавижу трехэтажные формулы с дифференциалами и интегралами!

Изменено 9 февраля, 2017 пользователем asmel

[П_Андрей_В]

 

 

6. Однако на стенках трубки будет температура коденсации спирта 73.7С и вода не будет конденсироваться на такой горячей поверхности.

да почему же вода не будет конденсироваться?? Конденсат будет такой же как и пар (первая капля).  

 

Асмел, опять пил  метилкарбинол гидрата, перегнатый с применением дьявольского аппарата под давлением ниже атмосферного??

 

 

 

Если хочешь получить спирт крепостью выше азеотропной, то нужно создавать условия, чтобы (1) вода меньше парила и (2) по ходу движения пары спирта и воды разделялись и выводились.

с помощью кипения-конденсации невозможно разделить азеотроп. То есть невозможно заставить воду меньше парить и т.д.

[POLE]

 

 

Терпеть ненавижу трехэтажные формулы с дифференциалами и интегралами!

аналогично)))

Еще добавлю в вашу дискуссию свои пять копеек, как занимавшийся кинетикой гетерогенных процессов.

Все законы для идеальных условий и сред не учитывают трансформаций на границе раздела фаз. А там много интересного и противоречивого, что сводит с ума теоретиков, тк. ничем кроме полиномов шестого порядка не описывается) Одни допущения и предположения.

[POLE]

 

 

То есть невозможно заставить воду меньше парить

Ну отчего невозможно. Просто понизить давление, добавить соли и спирту будет легче улетать.

 

 

с помощью кипения-конденсации невозможно разделить азеотроп

я говорил о другом процессе - о разделении паров спирта и воды с помощью

 

 

нужны "препятствия", конденсирующие воду и выводящие устройства.

Безводный спирт получают. Но зачем это самогонщикам?!

[П_Андрей_В]

[b][member=POLE][/b], соль связывает воду - это есть такой  эффект. Но как сконденсировать только воду из бинарного пара?? Конденсация - процесс, обратный кипению. Кипение под пониженным давлением снизит температуру кипения, но врятли снизится количество воды в паре. 

[Asus]

Не могу разобраться, где у меня ошибка

Анатолий, ошибка в оперировании вторичным понятием "парциальное давление" без рассмотрения корневого - "термодинамическое" действие.

Масса молекулы вода в 2,5 раза легче молекулы спирта. Это означает что при равенстве температур, читай напряжений, молекула воды имеет большую линейную скорость, а значит и большее число соударений с охлаждающей поверхностью трубы, с учётом концентраций естественно. Значит вода конденсируется в первую очередь, а пар укрепляется спиртом.  Классическая дистилляция.

Если трубы нет, то пар, восходя, обменивается энергией с молекулами воздуха, теряет энергию и свою температуру до точки росы.

Вот и вся разница между трубой и воздухом.

Сама слово дистилляция означает пере/гоняющее движение.

Изменено 9 февраля, 2017 пользователем Asus

[asmel]

Конденсация - процесс, обратный кипению. Кипение под пониженным давлением снизит температуру кипения, но врятли снизится количество воды в паре. 

"врятли" человеку с Вашим уровнем грамотности и кругозора следует заниматься таким сложным вопросом, как вакуумная ректификация

Изменено 9 февраля, 2017 пользователем asmel

[ванечка]

[b][member=asmel][/b], ты сам то понял, что сказал? да еще с таким пафосом...

посмотри внимательно на то, что написано в приведенных тобой же сканах.

вакуумная ректификация, ты делаешь простую дистилляцию браги (прямоток или еще что, не суть важно)

потом сырец на вакуумную дистилляцию в банках, потом на обычной колонне рект.

это судя по твоим же постам. разницу понимаешь?

вакуумной ректификационной колонны у тебя нет. на банках разделения ты не получишь.

[asmel]

Масса молекулы вода в 2,5 раза легче молекулы спирта. Это означает что при равенстве температур, читай напряжений, молекула воды имеет большую линейную скорость, а значит и большее число соударений с охлаждающей поверхностью трубы, с учётом концентраций естественно.

Дело в том, что независимо от числа столкновений, при низком парциальном давлении воды, она не будет конденсироваться на поверхности разогретой конденсацией избыточного спирта.

[member=asmel], ты сам то понял, что сказал? да еще с таким пафосом...

вакуумная ректификация, ты делаешь простую дистилляцию браги (прямоток или еще что, не суть важно)

потом сырец на вакуумную дистилляцию в банках, потом на обычной колонне рект.

вакуумной ректификационной колонны у тебя нет. на банках разделения ты не получишь.

 

   как я должен реагировать на эту ахинею -   http://forum.grainwine.info/index.php/topic/1281-neponjaten-mehanizm-razdelenija-binarnoi-smesi/#entry212065

   где это я писал, что у меня нет вакуумной ректификационной колонны

Изменено 9 февраля, 2017 пользователем asmel

[ванечка]

 

 

эту ахинею

по сути Андрей тебе все верно сказал.

 

 

 

вакуумной ректификационной колонны

ты это так называешь?

http://forum.grainwine.info/index.php/topic/616-vakuumnaja-distilljacija/?p=210135

 

зы. кстати, редактировать свои посты после ответа собеседника, как минимум, некорректно.

высказал мысль, будь любезен ответить на все вопросы. или думай перед тем, что постить.