Примеры решения типовых задач на перегонку веществ с водяным паром


Задача 47.
Бромбензол и вода практически не смешиваются. Температуры их кипения при 101,3 кПа 156,2 и 100 °С соответственно. При перегонке с водяным паром бромбеизола при стандартном давлении 101,3 кПа давление пара бромбензола составляет 16 кПа. Каков состав конденсата (в мас.%), поступающего в приёмную колбу?
Дано:
М(C6H5Br) = 157 г/моль;
М(Н2О) = 18 г/моль;
Р = 101,3 кПа = 760 мм.рт.ст.;
р1 = 16 кПа = 120 мм.рт.ст.;
w%(C6H5Br) = ?
w%(H2O) = ?
Решение:

1. Рассчитаем давление пара воды при перегонке, получим:

р2 = Р - р1 = 760 - 120 = 640 мм.рт.ст.

2. Рассчитаем отношения масс бромбензола и воды в перегоняемой смеси, получим:

m1/m2 =  M1p1/M2p2, где

m1 - масса бромбензола; m2 - масса воды; М1 - молярная масса бромбензола (157 г/моль); М2 - молярная масса воды (18 г/моль); р1 - парциальное давление паров бромбензола (16 кПа = 120 мм.рт.ст.); р2 - парциальное давление паров воды (85,3 кПа = 640 мм.рт.ст.).

Тогда

m1/m2 =  (157 • 120)/(18 • 640) = 18840/11520 = 10/6,1.

Следовательно, на каждые 10 г бромбензола в дистилляте будет содержаться 6,1 г воды. Дистиллят будет иметь 10•100/16,1 = 62,1% бромбензола и 37,9% воды. 

Ответ: w%(C6H5Br) = 62,1%; w%(H2O) = 37,9%.
 


Задача 48.
При атмосферном давлении анилин кипит при 184,4° С. Известно, что смесь анилина с водой закипает при 98,5° С. При этой температуре давление паров воды равно 95,99  кПа, анилина - 5,73 кПа. Определить состав конденсата (в мас.%), поступающего в приёмник?
Решение:
Дано:

М(C6H5NH2) = 93 г/моль;
М(Н2О) = 18 г/моль;
р1 = 5,73 кПа = 43 мм.рт.ст.;
Р2 = 95,99 кПа = 720 мм.рт.ст.;
w%(C6H5NH2) = ?
w%(H2O) = ?
Решение:
Для расчёта состава конденсата используем формулу:

m1/m2 = M1p1/M2p2, где

m1 - масса анилина; m2 - масса воды; М1 - молярная масса анилина (93 г/моль); М2 - молярная масса воды (18 г/моль); р1 - парциальное давление паров анилина (5,73 кПа = 43 мм.рт.ст.); р2 - парциальное давление паров воды (95,99 кПа = 720 мм.рт.ст.).

Тогда

m1/m2 =  (93• 43)/(18 • 720) = 3,1/10.

Следовательно, на каждые 10 г воды в дистилляте будет содержаться 3,1 г анилина. Дистиллят будет иметь 3,1•100/13,1 = 23,1% анилина и 76,9% воды.

Ответ: w%(C6H5NH2) = 23,1%; w%(H2O) = 76,9%.
 


Задача 49.
Определить количество водяного пара, необходимое для перегонки 10 кг бензола. При атмосферном давлении смесь кипит при Т = 69,2 оС. При
этой температуре давление насыщенных паров воды составляет 225 мм рт. ст. 
Дано:
m(C6H6)  10 кг;
р(Н2О) = 225 мм рт. ст.;
Ратм. = 760 мм рт. ст.
m(Н2О) = ?
Решение:

1. Рассчитаем давление пара бензола при перегонке, получим:

р(C6H6) = Ратм. - р(Н2О) = 760 - 225 = 535 мм.рт.ст.

2.Рассчитаем массу воды, необходимое для перегонки 10 кг бензола, получим:

m(C6H6)/m(Н2О) =  [M(C6H6) • p(C6H6)]/[M(Н2О) * p(Н2О)], где

m(C6H6) - масса бензола; m(Н2О) - масса воды; М(C6H6) - молярная масса бензола (78 г/моль); М(Н2О) - молярная масса воды (18 г/моль); р(C6H6) - парциальное давление паров бензола (535 мм.рт.ст.); р(Н2О) - парциальное давление паров воды (225 мм.рт.ст.).

Тогда

m(Н2О) = m(C6H6)•[М(Н2О) • р(Н2О)]/[M(C6H6) • p(C6H6)] = (10 • 18 • 225)/(78 • 535) = 0,97 кг.

Таким образом, количество водяного пара, необходимое для перегонки 10 кг бензола, составляет 0,97 кг воды.

Ответ: m(Н2О) = 0,97 кг.