Kimyo fakulteti noorganik vanalitik kimyo kafedrasi

MA’RUZA 5

Ajratish va konsentrlashning fizikaviy metodlari.

Jarayonning fizik mohiyati bo‘yicha fizik metodlarining klassifikatsiyasi. Oddiy qayta haydash, rektifikatsiya, molekular distillyatsiya, sublimatsiya, kristallizatsiya moddani ajratish metodlari. Konsentrlashning fizik metodlari xarakteristikalari va ularni amaliyotda qo‘llashga misollar.

Fizikaviy ajratish va konsentrlash metodlarida kimyoviy reaksiyalar amalga oshmaydi. Bunda AKM molekulalararo o‘zaro ta’sir kuchlar,Vander-Vals kuchlari hisobiga amalga oshadi.Bu metodlarga misol qilib : haydash, bug‘latish, distillyatsiya, filtrlash, sublimatsiya, vozgonka, rektifikatsiya va hakazolarni keltirish mumkin. Distilyatsion AK uchuvchan moddalarni haydashga asoslangan.Ma’lumki moddalar turli haroratlarda haaydaladi.Suyuq moddalar gazga(bug‘ga) aylanibhaydalsa, ayrim qattiq moddalar suyuqlanmasdan birdaniga gazga aylanadi. Bunday hodisaga sublimatsiya deyiladi. Gaz holatiga o‘tgan modda sovutilib, kondensatlanadi va ajratib olinadi. Gaz holatidagi moddolarni kondensatlanishdan tashqari yuttirib ham ajratish mumkin. Ayrim hollarda, uchuvchan modda haydalib, qoldiq tekshiriladi. Agar suyuqlik aralashmasini ajratish talab etilsa, aralashmadagi har bir moddoni qaynash haroratida ketma – ket haydab ajratish mumkin.Buning uchun rektifikatsion kollonnalardan foydalaniladi.Masalan: neftni fraksiyalarga ajratish bunga misol bo‘ladi.Ayrim moddalar o‘chuvchan emas, ularni ajratish uchun uchuvchan holatga aylantirish talab etiladi. Masalan borni haydab ajratish uchun uni borat kislota efiriga aylantirib [V(OSN₃)₃] haydalsa, mishyakni AsCl₃ ga, germaniyni GeCl₄ ga , temirni FeCl₃ ga, kremniyni SiF₄ ga, simobni erkin simob (Hg) ga aylantirib haydaladi.

Distillyatsion (rektifikatsion) kolonnaning yuqori qismidagi bug‘ning tarkibi ajratish samarasini belgilaydi. Rektifikatsion kolonnada maxsus to‘siqlar bqladi. Bu to‘siqlar bug‘ni kolonnaning o‘zida kondensatlanishni ta’minlaydi. Natijada kondensat distillyatorga qaytib tushib, yuqoiroq haroratda bug‘lanadigan suyuqlik sovutgichga o‘tibketmaydi. Rektifikatsion kolonnaning eng yuqori qismidagi bug‘ sovutgichga o‘tadi va kondensatlanadi. To‘siqlar qancha ko‘p bo‘lsa, distillyatsiya shunchalik samarali bo‘ladi. Aralashma bug‘lanish va kondensatlanishining bosqichlariga nazariy tarelkalar deyiladi.Hamma nazariytarelkalar ham rektifikatsion kolonna bilan bog‘liq emas. Dasstlabki bug‘lanish va kondensatlanish suyuqlik solingan idishnng o‘zida bo‘ladi.Agar berilgan distillyatsion qurilmaning samaradorligi n ga teng bo‘lsa uning nazariy tarelkalar soni n-1 ga teng bo‘ladi.

Ko‘pchilik suyuqliklarning aralashmalarini toza holda ajratish ancha qiyin, chunki ular azeotroparalashmalar hosil qiladi.Bir xil tarkibli gaz fazvsi bilan muvozanatdagi suyuqliklar aralashmasiga azeotrop aralashma deyiladi. Masalan , tarkibida 50% (mol) suv bo‘lgan etanolni ajratish talab etilsa, 95% (massa bo‘yicha) etanol haydab ajratilishi mumkin. 100% lik etonolni haydab ajratib bo‘lmaydi. Odatda, azeotrop aralashma toza moddalardan pastroq haroratda qaynaydi.

Toza etil spirti 78,39°S da, uning azeotropi esa 78,17°S da qaynaydi.Bu haroratlar farqi toza spirt olish uchun yetarli emas. Agar shu aralashmaga benzol qo‘shilsa, 65°S da tarkibi massa bo‘yicha 74% benzol, 18,5% etanol va 7,5% suv bo‘lgan azeotrop haydaladi. Shundan so‘ng 68,3° S da tarkibida 67,6% benzol va 32,4% etonol bo‘lgan azeotrop haydaladi va haydash idishida faqat toza etonol qoladi. Qoldiqni haydab toza etonol olinadi, 78,5 °S da(toza benzolning qaynash harorati 80,1°S). Amalda azeotrop barcha hollarda ham hosil bo‘lavermaydi, ularni hisobga olmaslik ham mumkin emas.

Birinchi suyuqlikning uchuvchanligi γ₁ bo‘lgan ikki suyuqlik aralashmasi olinsa, uchuvchan bug‘ bosimining shu suyuqlikning mol ulushiga (χ₁ )nisbatiga teng: γ₁ =P_1G/ χ₁,

Raul qonuni bajarilsa, P_1G = χ₁*P₁, Bu yerda P₁ toza suyuqlikning bug‘ bosimi. Nisbiy uchuvchanlik.

Dalton qonuni asosida parsial bug‘ bosimi nisbati P_1G/ P_2G ni bug‘ning mol ulushlari nisbati γ₁/ γ₂ bilan almashtirib: = deb yozish mumkin.

Rouz Klayperon tenglamasi asosida Truton qoidasini qo‘llab, quyidagi tenglamani keltirib chiqardi.

Bu tenglama asosida qiymatni suyuqlikning qaynash haroratlari asosida aniqlash imkonini beradi. Truton qoidasi o‘xshash suyuqliklarga mos kelgani uchun ushbu formula yordamida kimyoviy o‘xshash suyuqliklarning nisbiy uchuvchanligini baholash mumkin. Misol. Xlorbenzolning qaynash harorati 132^oS va brombenzolning 156^oS. Shu aralashmaning nisbiy uchuvchanligini baholang va uni 140^oS dagi bug‘ bosimi nisbati (939,5 va 495,8 mm.sim,ust.) bilan taqqoslang.

Yechish:

Qattiq moddalarni distiyatsion ajratishda sublimatsion usuldan foydalanadilar. Ge (germaniy) ning kam miqdorini turli ob’ektlardan aniqlash uchun uni oldin HCl kislotali muhitda GeCl₄ holida distillyatsiya qilib ajratadilar, so‘ng esa aniqlaydilar. Ammoniy tuzlarini kam miqdordagi fosfat kislota ishtirokida sublimatsiyalash mumkin. Distillyatsion va sublimatsion jarayonlar geterogenli sistemalar: suyuqlik gaz-(bug‘) yoki qattiq modda-gaz(bug‘) dagi taqsimlanish koeffitsientlari farqidan foydalanishga asoslangan.

Metodning afzalligi- uning oddiyligi, bajarilishi oddiyligi va ekspressligidir. Bu metodlarni analitiklar turli ob’ektlar uchun qo‘llashadi. Distillyatsiyaga oddiy haydash (bug‘latish), rektifikatsiyani, molekular distillyatsiya(vaakumdagi distillyatsiya)ni sublimatsiya (vazgonka)ni kiritish mumkin. Bu metodlar suyuqlik-bug‘ tarkibidagi farqdan foydalanishga asoslangan. Bular oddiy haydashni, rektifikatsiyani, molekular distillyatsiyani o‘z ichiga oladi. Suyuqlik bug‘ tarkibidagi farqni ajratish koeffitsienti bilan ifodalaydilar( ): χ

= .

Bunda X va U miqrokomponentning suyuqlik va bug‘dagi molyar qismlari. ning qiymati 1 dan katta bo‘lsa, ajratish effektivligi shuncha yuqori bo‘ladi. Bu bir martalik ajratishning muhim xarakteristikasi hisoblanadi. Texnologiyada distillyatsion jarayonlarining boyitish koeffitsientidan ham foydalaniladi: . bo‘lsa bo‘ladi. ajratish va konsentrlashda ishlatiladi.

Bunda mikrokomponent qoldig‘ini Reley formulasi yordamida aniqlanadi. Ajratish koeffitsienti ajratiladigan aralashmaning tabiati, tarkibining, shuningdek haroratning funksiyasidir.

Oddiy haydash- bu bir bosqichli jarayon. Boyitish koeffitsienti katta bo‘lganda mikrokomponentlarni

yoki (3)

N-ajratiladigan komponentning umumiy mol miqdori.

Ajratiladigan komponent past temperaturada qaynaydigan bo‘lsa Reley formulasi quyidagi ko‘rinishni oladi: (4)

Rektifikatsiya- bu AKM ning quyi bosqichli distilyatsion jarayonidir. Rektifikatsiya odatda nasadkali tarelkalarda yoki plyonkali kolonkalarda amalga oshiriladi.

Bu metod yordamida xossalari bir-biriga yaqin bo‘lgan kompanentlarni ajratishda ishlatiladi.(ε=0,001-0,005)