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.;
Р_атм. = 760 мм рт. ст.
m(Н₂О) = ?
Решение:

1. Рассчитаем давление пара бензола при перегонке, получим:

р(C₆H₆) = Р_атм. — 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.