1: Огляд
- Page ID
- 29370
Це частина I, Огляд десяти частин серії технічних статей з дистиляції науки, як в даний час практикується на промисловому рівні. Він організований так, як він використовувався б для промислового процесу проектування ректифікаційних колон, який може відрізнятися від способу його введення студентам академічно. У складі конструкції ректифікаційної колони ці вироби також передбачають рівноваги пари та рідини (VLE) бінарних систем з потенційним розширенням до багатокомпонентних систем.
Передбачається, що читач має базове розуміння дистиляції, як засобу поділу двох або більше летких рідин за різницею між їх температурами кипіння; а також призначення різних компонентів ректифікаційної колони. Існують різноманітні тексти, які пояснюють ці поняття на базовому рівні. З таких передумов метою цієї серії статей є розширення цих основ до ступеня, необхідного для комерційних застосувань з реальними рідинами - які, як правило, не дотримуються ідеальної поведінки. Також передбачається, що читач знайомий з поняттями молярних одиниць, молярних фракцій, зв'язку хімічних елементів, тиску пари, прихованої теплоти випаровування і критичної точки з'єднання - все це зустрічається в підручниках першокурсників коледжу. При обговоренні математичних зв'язків передбачається, що поняття диференціації та інтеграції відомі читачеві.
Хоча хлоросилани та їх електронні домішки використовуються як повторювані приклади, технологія, розроблена тут, має велике застосування в інших м'яко полярних та гідрогенізованих сполуках, які зазвичай виключаються з теоретичної обробки в багатьох текстах. Хлоросилановий гомолог починається з силану (SiH 4) і завершується тетрахлоридом кремнію (SiCl 4), оскільки зв'язки Si-H поступово замінюються на зв'язки Si-Cl.
Хлоросилани (і багато електронних домішок) є неприродними сполуками, але є ключовими для виробництва кремнію високої чистоти (сонячна фотоелектрика та сучасні електронні інтегральні схеми, відомі як «комп'ютерні чіпи»); а також хімічні речовини на основі кремнію, такі як силікони та органічні/неорганічні сполучні агенти. Застосування для дистиляції науки знаходяться як в об'ємному відділенні цих рідин, так і в очищенні шляхом обробки з високим рефлюксом, до частин на мільярд рівнів.
Крім того, ця технологія застосовується до широкого спектру інших неорганічних рідин, таких як холодоагенти, біологічні попередні курсори та фармацевтичні прекурсори (тобто не кінцевий біологічний або фармацевтичний продукт, а скоріше сполуки, що використовуються в якості каталізаторів та будівельних блоків агентів для їх складання спеціалізовані хімічні продукти).
Щоб зробити обговорення дистиляції науки більш загальним, температура, тиск і молярний об'єм (T, P і V) часто виражаються в безрозмірних зменшених одиницях, позначені відповідно як T r, P r і V r. Т р = Т/Т с; П р = П/П с; V р = В/В с. За визначенням, T r =1, P r =1, а V r =1 одночасно в критичній точці. Коли температура і тиск задаються як T і P, вони знаходяться в абсолютних одиницях Кельвінів і атмосфер. Для тих, хто більш знайомий з тиском в інших абсолютних одиницях, таких як PSIA, абсолютний бар і абсолютний Паскаль, перетворення цих одиниць в абсолютні атмосфери легко здійснюється за допомогою доступних в Інтернеті таблиць перетворення та калькуляторів.
- Частина II, Існуючі рівняння тиску пари стосується чистих компонентів VP взаємозв'язків, які зазвичай зустрічаються в підручниках, а також їх обмеженнями. Ця стаття закладає основу для наступних статей.
- Частина III, Критичні властивості та ацентричний фактор стосується табуляції цих властивостей для обраних рідин на основі глобально зібраних даних. Обговорюються аналіз даних та валідація, а також методи оцінки тих рідин, для яких дані або погані, або відсутні. Критичні властивості використовуються для перетворення температури, тиску та питомого обсягу від звичайних одиниць, що використовуються як в хімії, так і в хімічній інженерії, в зменшену форму частини IV. У частках V і VII значення ацентричного фактора має важливе значення.
- Частина IV, Нове рівняння тиску пари розширює основи частини II та результати частини III, щоб показати, як нове рівняння тиску пари дозволяє практикувати застосування дистиляції при підвищених тисках, більш характерних для промисловість. Кульмінацією цієї статті є термодинамічно узгоджене рівняння, яке діє між температурою кипіння атмосфери та критичною точкою, і яке дозволяє оцінити інші необхідні дистиляційні властивості, такі як щільність насиченої фази та прихована теплота випаровування.
- Частина V, Рівняння стану, присвячена рекомендаціям щодо найкращої ЕОС, а також математичним методам розв'язання таких невластивих форм рівнянь ЕОС.
- Частина VI, Fugacity стосується відходу видимого тиску пари чистих компонентів у бінарних сумішах, як це зазвичай зустрічається в практичному застосуванні науки дистиляції. Наведено рівняння для оцінки коефіцієнтів неміцності.
- Частина VII, Коефіцієнт активності рідини s стосується застосування та оцінки коефіцієнтів активності рідини, як це зазвичай зустрічається у практичному застосуванні науки про дистиляцію. Різні моделі коефіцієнтів активності рідини розглядаються разом з деякими обмеженими даними та рекомендованою методикою оцінки, наданою там, де бракує даних.
- Частина VIII, Методи аналізу VLE обговорює рекомендовану методологію, яка використовується при зборі даних двійкових систем, щоб гарантувати, що системні помилки зведені до мінімуму. Ця тема також стосується перевірки кожного разу, коли збір даних здійснюється на реактивних рідинях, які можуть непропорційно або димеризуватися під час дослідження.
- Частина IX, Склавши все разом, показує, як поєднувати компоненти вищевказаних наукових статей про дистиляцію в практичному застосуванні.
- Частина X, Стратегія збіжності ілюструє, як найкраще отримати рішення для додаткових рідин, використовуючи невнутрішні або вкладені методи рівняння, такі як рекомендовані рівняння тиску пари. Хоча ця тема більш математична або комп'ютерна наука орієнтована, ніж хімія, це необхідна техніка, щоб зрозуміти, маючи справу з сучасними технологіями. Ніякої складної математики не потрібно.
| Позначення | Використання | Одиниці | Позначення | Використання | Одиниці |
|---|---|---|---|---|---|
| НБП | Нормальна температура кипіння | °К | q | показник Ватсона | - |
| Р, ВП | Тиск, тиск пари | атмосфер | ΔH вап | Прихована теплота випаровування | Кал/г-моль |
|
П с |
Критичний тиск | атмосфер | ΔH вб | Приховане тепло @ T b | Кал/г-моль |
|
П р |
Знижений тиск | - | Т-С ΔH вб | Параметр рівняння В.П. Тек-Стіля | Кал/г-моль |
|
Р |
газова постійна | Кал/г-моль° К | Z | стисливість | - |
| Т | Температура | °К | Z v & Z Л | стисливість насиченої пари та рідини | - |
|
Т б |
Температура @ Нормальна температура кипіння | °К | ΔZ вап | (Z v -Z L) @ випаровування | - |
|
Т с |
Критична температура | °К | α | Похідне Ріделя | - |
|
Т р |
Знижена температура | - | α c | α @ критичний | - |
|
Т бр |
Знижений T b | - | \(\psi \nonumber\) | Похідне тиску пари | - |
|
В с |
Критичний обсяг | куб/г-моль | ø | коефіцієнт невибагливості | - |
|
к |
H параметр склеювання | - | \(\gamma \nonumber\) | коефіцієнт активності рідини | - |
| м іж | Коефіцієнт бінарної взаємодії | - | ω | акцентричний фактор | - |
Одиниці
Одиницями, що використовуються в цих виробах, є температури в° К, тиск в атмосферах (абсолютні) та молярні обсяги в куб/граммоль. Молекулярна маса (МВт) і стисливість (Z) безрозмірні. Для перерахованих вище одиниць значення газової константи (R) становить 82.057 атм-CC/моль-° К.