Необычная проблема в термодинамике.

Модератор: mike@in-russia

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#1   asmel » Пн ноя 09, 2015 14:00

Вопрос касается разделения бинарной смеси двух жидкостей с близкими температурами кипения. На эту тему можно много шутить, но проблема, на мой взгляд непростая и довольно занятная.
Итак:
1. Разделение будем проводить в тонкостенном дефлегматоре – кто не знаком с терминами, уточняю – бинарная смесь нагревается до кипения и пары компонентов направляются в вертикальную высокую медную (медная для хорошего теплообмена с окружающей средой) трубку.
2. Разделяем спирт и воду.
3. Содержание спирта приближается к азеотропу. Допустим концентрация спирта 95 объемных процента или 83 молярных процента. Соответственно 17 молярных процента воды.
4. В таких условиях на стенках трубки начнет конденсироваться спирт и установится температура 73.7С.
5. Парциальное давление паров воды будет 17%*760 мм рт ст = 129 мм рт ст.
6. При таком давлении вода начнет конденсацию при температуре 57С.
7. Однако на стенках трубки будет температура коденсации спирта 73.7С и вода сконденсироваться в этот спирт не сможет.
Таким образом, отбирая со стенок трубки скондесировавшийся на них спирт, можно получать чистейший азеотроп этилового спирта. В промышленности для этого строят высоченные ректификационные колонны.
Не могу разобраться, где у меня ошибка.

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#2   individ » Пн ноя 09, 2015 15:38

Вся проблема в том, что вода довольно забавное вещество.
Этанол имеет гидроксильную группу как у воды.
И ведёт себя похоже как вода.
Он как бы связывается с молекулами воды. Их оторвать от него нельзя.

Причём таким свойством обладают много соединений.
При перегонки - даже находясь в газообразном состоянии он может меняться своей группой с другими молекулами спирта так и воды.
Если же начинает конденсироваться, то конденсируется вместе с водой только. Если она в атмосфере есть.
И перегонкой - как бы не старались отделить её и получить 100% спирт нельзя.

Обычно если надо для химического производства получить абсолютный спирт смешивают или перегоняют с реагентами реагирующие с водой.

Сложности там никаких абсолютно.
На заводе производят спирт очень высокого качества. Потребитель доводит до ума по своим потребностям.
Химическая или пищевая промышленность может вообще не очищать.
Фармацевты - чистят по свои стандартам.

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#3   asmel » Пн ноя 09, 2015 20:49

individ писал(а):Если же начинает конденсироваться, то конденсируется вместе с водой только.
Вопрос не в получении абсолютного спирта. Вопрос в том, почему моим способом не получить чистый азеотроп.

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#4   individ » Вт ноя 10, 2015 8:53

asmel писал(а):
individ писал(а):Если же начинает конденсироваться, то конденсируется вместе с водой только.
Вопрос не в получении абсолютного спирта. Вопрос в том, почему моим способом не получить чистый азеотроп.
Нормально сформулируйте вопрос. Сами себе противоречите.
Туда же собираетесь заливать 95%.
А повысить концентрацию уже нельзя.

Не надо словами разбрасывать - фрики любят это дело.
Конкретно говорите и называйте цифры.

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#5   asmel » Вт ноя 10, 2015 18:58

individ писал(а): Не надо словами разбрасывать - фрики любят это дело.
Конкретно говорите и называйте цифры.
Все цифры приведены в первом топике, если Вы не фрик,пожалуйста опровергайте.

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#6   individ » Вт ноя 10, 2015 20:13

asmel писал(а):
individ писал(а): Не надо словами разбрасывать - фрики любят это дело.
Конкретно говорите и называйте цифры.
Все цифры приведены в первом топике, если Вы не фрик,пожалуйста опровергайте.
Что - так страшно циферку назвать?
95% не имеет такой явно выраженной ужасности!

Люди провели миллионы опытов и экспериментов. Производство даже каждый день работает.
Нельзя дальше повысить концентрацию спирта.

У Вас же просто умозаключение ни на чём не основанное. Так кому верить?

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#7   asmel » Вт ноя 10, 2015 21:13

individ писал(а):Что - так страшно циферку назвать?
95% не имеет такой явно выраженной ужасности!
Какую циферку надо назвать?!

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#8   individ » Ср ноя 11, 2015 7:46

asmel писал(а):
individ писал(а):Что - так страшно циферку назвать?
95% не имеет такой явно выраженной ужасности!
Какую циферку надо назвать?!
Давай сейчас сяду и буду гадать, что ты такое там удумал и не хочешь говорить!
Идиотизм какой то!

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#9   asmel » Ср ноя 11, 2015 10:33

Уважаемый individ у Вас неадекват от головы или от злоупотребления обсуждаемым продуктом?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29753
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#10   morozov » Пт ноя 20, 2015 4:58

Видимо устанавливается равновесие смеси.
Я не спец, и даже не пьющий (практически), какой предел концентрации спирта на колоннах?
Насколько знаю абсолютный спирт отгоняют с со всякой дрянью, типа бензола.
я когда-то видел лабораторные колонки (стекло) с оттянутыми конусами внутрь и вниз?

А Вы проводили сравнение медной трубки с стеклянной или пластмассой? Может тут теплопроводность и не нужна?

Видимо предельная концентрация зависит от температуры, наверно стоит понизить температуру, понизив давление и постараться его держать поточнее.

На киску не обращайте внимания, на форумах полно трепачей, попадаются и совсем невменяемые...
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#11   individ » Пт ноя 20, 2015 8:08

morozov писал(а):Видимо устанавливается равновесие смеси.
Я не спец, и даже не пьющий (практически), какой предел концентрации спирта на колоннах?
Насколько знаю абсолютный спирт отгоняют с со всякой дрянью, типа бензола.
я когда-то видел лабораторные колонки (стекло) с оттянутыми конусами внутрь и вниз?

А Вы проводили сравнение медной трубки с стеклянной или пластмассой? Может тут теплопроводность и не нужна?

Видимо предельная концентрация зависит от температуры, наверно стоит понизить температуру, понизив давление и постараться его держать поточнее.

На киску не обращайте внимания, на форумах полно трепачей, попадаются и совсем невменяемые...
Это вообще говоря в школе - на уроке химии проходят.
Обычно говорится в учебнике так.
Фракционная перегонка позволяет получить этанол с концентрацией около 95,6 % (мас.); эта неразделимая перегонкой азеотропная смесь содержит 4,4 % воды (мас.) и имеет температуру кипения 78,15 °C.
Какая разница, что будешь там использовать. Медные трубочки или стеклянные.
Тут дело в химический свойствах этилового спирта.
Температура и давление тут вообще не причём.
Для обычного народа один из самых простых способов это применить хлористый кальций. Его на дороги сыпят. Чтоб лёд растопить. Побочный продукт при производстве соды. Дешёвый.
Только перед применением надо прокалить.

Морозов прекращайте ругать всех подряд без корочки доцента.
У Версаче как то спросили, что такое профессионал?
Он сказал, что это хорошо подготовленный любитель.
К тому же среди фриков больше половины именно доценты.

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29753
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#12   morozov » Пт ноя 20, 2015 16:51

Ну с химией у Вас более-менее.
Но вопрос не о том как сделать абсолютный спирт.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

asmel
Сообщения: 16
Зарегистрирован: Пт ноя 06, 2015 10:20

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#13   asmel » Сб ноя 21, 2015 5:51

morozov писал(а): Видимо предельная концентрация зависит от температуры, наверно стоит понизить температуру, понизив давление и постараться его держать поточнее.
Как Вы правильно отметили, вопрос не в получении абсолютного спирта. Вопрос в понимании физики явления. Закон Дальтона утверждает (в определенных пределах), что каждый газ, находящийся в смеси в одном объеме с другими газами, ведет себя так, как если бы других газов не было. Т е конденсация каждого газа из смеси должна начаться при определенных для каждого газа давлении и температуре. Если смесь состоит из паров спирта и воды, классически ее разделяют в ректификационных колоннах, используя разные температуры кипения, а значит и разные температуры конденсации воды и спирта (давление одинаковое - атмосферное). Попросту спирт проходит через колонну и идет в отбор, вода с остатками спирта стекает в нагреватель, пары опять поступают в колонну, до практически полного разделения. С этим все понятно - чистый спирт выходит из колонны, вода возвращается в нагреватель. Это для спирта с большим содержанием воды.
Совсем другое дело, если в процесс запустить почти азеотропный спирт. Когда воды мало, парциальное давление ее паров мало, а температура на поверхностях конденсации равна температуре конденсации спирта и эта температура не даст парам воды сконденсироваться. Таким образом, при очистке предазеотропного спирта, вода будет идти в отбор, а возвращаться в нагреватель будет азеотропный спирт. В этом и состоит парадокс, который я не могу объяснить. Парадокс в том, что так почему-то не делают - не отбирают чистейший спирт, возвращающийся в нагреватель.
Кстати, получение чистого спирта, очень сложная проблема.

Аватара пользователя
individ
Сообщения: 1734
Зарегистрирован: Вс июн 08, 2014 19:15

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#14   individ » Сб ноя 21, 2015 13:03

asmel писал(а): Как Вы правильно отметили, вопрос не в получении абсолютного спирта. Вопрос в понимании физики явления. Закон Дальтона утверждает (в определенных пределах), что каждый газ, находящийся в смеси в одном объеме с другими газами, ведет себя так, как если бы других газов не было. Т е конденсация каждого газа из смеси должна начаться при определенных для каждого газа давлении и температуре.


Совсем другое дело, если в процесс запустить почти азеотропный спирт. Когда воды мало, парциальное давление ее паров мало, а температура на поверхностях конденсации равна температуре конденсации спирта и эта температура не даст парам воды сконденсироваться. Таким образом, при очистке предазеотропного спирта, вода будет идти в отбор, а возвращаться в нагреватель будет азеотропный спирт. В этом и состоит парадокс, который я не могу объяснить. Парадокс в том, что так почему-то не делают - не отбирают чистейший спирт, возвращающийся в нагреватель.
Вроде раз 100 уже говорилось, что такое будет если молекулы газа между собой не взаимодействуют.
Что в данном случае нет.
Эти молекулы не просто в атмосфере сталкиваются друг с другом упруго.
У воды и у спирта гидроксильная группа. Они могут меняться ею. Что было доказано когда к чистому спирту приливали тяжёлую воду.
Потом у спирта дейтерий оказывался.
Кстати, получение чистого спирта, очень сложная проблема.
Чё за бред?
Что за сложность в перегоне паров спирта через трубочку наполненной хлористым кальцием?

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 29753
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Необычная проблема в термодинамике.

Номер сообщения:#15   morozov » Сб ноя 21, 2015 17:10

В этом и состоит парадокс, который я не могу объяснить. Парадокс в том, что так почему-то не делают - не отбирают чистейший спирт, возвращающийся в нагреватель.
Тут напрашивается аналогия с дробной дистилляцией. Там ситуация еще хуже, в результате каждого цикла концентрация увеличивается по чуть-чуть. Причем каждый раз процесс немного не достает до идеального. Ведь для того, что бы установилось равновесие нужно время, в идеале бесконечное.
individ писал(а):Что за сложность в перегоне паров спирта через трубочку наполненной хлористым кальцием?

Если надо налить стакан, то это подойдет. Речь совсем о другом. Кстати абсолютизированный спирт стараются не пить.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Общая физика, химфизика, биофизика / General Physics, Chemical Physics, Biological Physics»