Газ-носитель и условия его работы

Задача 6.

Жидкостный реометр откалиброван при 298,2 K по азоту и расположен после колонки, темпе­ратура которой 373,2 K. Определить расход аргона на выходе из колонки, если показания реометра состав­ляют 30,0 см³/мин, рабочая жидкость реометра — вода. Давление на выходе из колонки равно 1,01∙10⁵ Па (757 мм рт. ст.).

Теоретическое введение. Показания реометра зави­сят от вязкости газа; пересчет показаний с одного газа на другой производится по формуле :

(16)

где V_α(p) и η — расход и динамическая вязкость газа, проходя­щего через реометр; V_α(кал) и η_кал — соответствующие величины для газа, использованного для калибровки реометра.

Значения динамической вязкости (в Па∙с∙10^-7) различных газов при 298,2 K и 1,013∙10⁵ Па (760 мм рт. ст.) приведены ниже:

Азот.......... 177,5 Двуокись углерода 148,6

Аргон....... 225,0 Кислород............. 205,9

Воздух...... 183,7 Метан................... 111,0
Гелий........ 197,0

Для расчета расхода газа при температуре Т на выходе из колонки используют уравнение (17):

Vα =

где Pp-давление газа в расходомере, Pw - давление насыщенного пара жидкости, находящейся в расходомере (обычно воды) при температуре в расходомере Тр(К), Po-давление на выходе из колонки, Т- температура колонки, Zk и Zp- коэффициенты сжимаемости газа-носителя при температурах и давлениях соответственно на выходе из колонки и в расходомере.

Расчет. Расход аргона при температуре расходо­мера:

Давление насыщенного пара воды при 298,2 K равно 3,16∙10³ Па (23,7 мм рт. ст.) (см. Приложе­ние, табл. 3). В соответствии с уравнением (17), при­нимая P_p = P₀ и не учитывая поправок на сжимае­мость, имеем:

Неподвижная жидкость

Задача 7.

Сравнить селективность двух цианэтилированных неподвижных фаз:

β,β'-дицианодиэтилового эфира (1) и 1,2,3,4,5,6-гексакис(β-цианэтокси)гексана (2) при разделении смеси нормальных парафинов и алкилциклогексанов при 363,2 К. Ниже приведены значения относительных удерживаемых объемов (стандарт—н-гексан), логарифмиче­ских индексов удерживания для неподвижных фаз 1 и 2 и температуры кипения сорбатов:

Теоретическое введение. Селективность неподвижной фазы как способность к разделению компонентов одного гомологического ряда определяется с помощью коэффициента σ_г, представляющего собой отношение приведенных (или относительных) удерживаемых объемов соседних гомологов. Если соблюдается линейная зависимость между логарифмом приведенного удерживаемого объема и числом углеродных атомов в молекуле сорбата, то величина σ_г является константой, однако в ряде случаев (в частности, для низших нафтенов и алкилбензолов) наблюдаются отклонения.

Селективность неподвижной фазы как способность к разделению компонентов двух гомологических ря­дов может оцениваться с помощью отношения удер­живаемых объемов наиболее близкокипящих предста­вителей разделяемых гомологических рядов (коэффи­циента Херингтона σ_н ) или разности соответст­вующих значений логарифмических индексов удер­живания ∆I, причем

∆I = 100 1g σ_н / lg σ_г (18)

В качестве меры селективности неподвижной фазы при разделении компонентов двух гомологических ря­дов было предложено использовать ко­эффициент σ_в, равный отношению приведенных (или относительных) удерживаемых объемов двух веществ (реальных или гипотетических), принадлежащих к этим рядам и имеющих одинаковые температуры ки­пения (точнее, одинаковое давление насыщенного пара при рабочей температуре):

σ_в= = (19)

где р° — давление насыщенного пара; у — коэффициент активно­сти сорбата в растворе неподвижной жидкости; обозначения 1 и 2 относятся к рассматриваемым гомологическим рядам.

Значение логарифма σ_в может быть определено из графика зависимости логарифма удерживаемого объ­ема от температуры кипения как расстояние между линиями, соответствующими разделяемым гомологи­ческим рядам, по ординате, отвечающей какой-либо температуре кипения.

Расчет. Ниже приведены значения σ_г, рассчитанные как отношения относительных удерживаемых объемов соседних гомологов для неподвижных фаз 1 и 2:

Таким образом, для рассматриваемых гомологов (осо­бенно для производных циклогексана) σ_г не является постоянной, что скажется на четкости разделения. В общем же по селективности в пределах каждого го­мологического ряда обе неподвижные фазы следует признать практически равноценными.

Далее приводятся результаты определения вели­чин σ_н и ∆I для неподвижных фаз 1 и 2:

Сравнение полученных данных свидетельствует о преимуществах неподвижной фазы 2.

Для определения σ_в построен график зависимости относительного удерживаемого объема (в логарифми­ческом масштабе) от температуры кипения сорбатов (рис. 2). Если из точки на графике, соответствую­щей циклогексану, опустить перпендикуляр к оси абс­цисс, то ординаты точек пересечения его с линиями 3 и 4 равны соответственно 1,27 и 1,17, Эти значения равны относительным удерживаемым объемам гипо­тетического н-парафина, имеющего такую же темпе­ратуру кипения, что и циклогексан. Аналогично, для метилциклогексана относительные удерживаемые объемы гипотетического н-парафина имеют значения 1,85 и 1,50, для этилциклогексана - 3,40 и 2,80.

Т,К

Рис.2. Зависимость между относительными удерживаемыми объемами (в логарифмическом масштабе) н-парафинов и алкилциклогексанов и их температурами кипения: 1-н-парафины на неподвижной фазе 1; 2-н-парафины на неподвижной фазе 2; 3- алкилциклогексаны на неподвижной фазе 1; 4-алкилциклогексаны на неподвижной фазе 2.

Значения σ_в равны:

Полученные результаты подтверждают достоин­ства второй неподвижной фазы, которая и должна быть рекомендована для группового анализа смеси, содержащей парафины и алкилциклогексаны (при одинаковой эффективности колонок).

Задача 8.

Определить выигрыш в эффективности разделения смеси углеводородов при переходе от колонки с β,β`-дицианодиэтиловым эфиром (молекулярная масса М=124,15, динамическая вязкость при 313,2 К η=13,4∙10^-3 Па∙с) к колонке с адиподинитрилом (М=108,15, η=4,3∙10^-3 Па∙с).

Ниже приведены значения частных коэффициентов Генри (Г) углеводородов, входящих в состав разделяемой смеси (при 313,2 К):

Длина каждой колонки 200 см, количество неподвижной жидкости 30 см³ на 100 г твердого носителя.

Теоретическое введение. При определяющей роли внутреннедиффузионной массопередачи на размытие зон отношение эффективностей двух колонок равной длины с неподвижными фазами 1 и 2 при одинаковой толщине пленки на твердом носителе может быть выражено уравнением:

(20)

где n – число теоретических тарелок; Н – высота, эквивалентная теоретической тарелке.

Если сорбционная емкость колонок различается незначительно, то

(21)

Расчет. Выигрыш в эффективности, определяемый по уравнению (21), составляет в среднем:

Результаты определения n₁/п₂ по уравнению (20), а также, для сравнения, значения n₁/n₂, рассчитанные на основании экспериментальных данных приведены ниже:

Таким образом, экспериментальные данные хо­рошо согласуются с результатами расчета.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: