Лучшие Растворимость теория процесса улучшения
Для твердых веществ, которые растворяются в растворителях, но не ионизируют, термодинамика растворимости может дать ценную прогнозов и выводов.
Многие химические процессы зависят от растворимости твердых веществ в жидких растворителях, чтобы определить основные этапы процесса. Некоторые общие примеры кристаллизации выделить продукт на хороший урожай, рекристаллизации для удаления примесей, реакции, где твердых реагентов должен быть распущен, чтобы принять участие в химических превращений и фильтрации, где растворенного продукта раствор фильтруют от твердого катализатора. Растворимость часто основным фактором экономической эффективности того или иного этапа.
Как правило, растворимость данные предоставляются в качестве экспериментальных данных, которые обобщены в табличной или графическом виде, и они зачастую крайне ограниченным. Растворимость теория может быть легко применим и ко многим соединений, которые не ионизации или диссоциации, чтобы обеспечить и прогнозирования растворимости в широком диапазоне условий. В этой статье рассматриваются основы теории растворимости и обсуждает, как применить теорию разрешимости совершенствование процессов.
Растворимость теории неэлектролитов
Уравнение 5 применяется к соединениям, которые не ионизации или диссоциации в растворе, где в твердой фазе является чистым. Она не может быть использована для электролитов, как солей, органических кислот и аминов. Дифференцирования имеются случаи, когда теплота плавления не считается постоянной (3). Системы, где твердой фазы не является чистым те, где есть платежеспособный истинной растворимости в твердой фазе - в отличие от, где растворитель просто ловушку или иным неудаленных как свободные растворителя, который загрязняет тел. По крайней изменения давления (более 100 атм), изменение растворимости и температуры плавления с давлением не может быть проигнорировано. Дифференцирования доступны для изменения растворимости с давлением (3).
Для твердого компонента, молярный объем чистого жидкого расплава надлежащего объема для оценки - то есть, не удельный вес твердой или насыпной плотности твердого тела. 1 параметра упрощения работы лучших для неполярных растворителей и растворенных веществ (1). Это не является надежным для полярных компонентов.
Примеры
Следующие примеры иллюстрируют общее использование этих уравнений.
Пример 1 - идеальный оценка растворимости. Что такое идеальный растворимости при 25 ° С, состав, который плавится при температуре 58 ° C с теплота плавления 8,1 ккал / gmol? Решение: T ^ югу м = 273 +58 = 331 K и [Delta] S ^ SUP F = (8.1/331) (1.000) = 24,5 кал / gmol / K. Решить уравнение. 8 х: х = ехр [(-24.5/1.987) 1331 / (25 273) -1]) = 0,255 моль фракции. Комментарий: Идеальная растворимость зависит от растворителя. Растворителя в молекулярный вес будет меняться растворимости на основе веса процентов, но не мольной доли.
Пример 2 - коэффициент активности оценки. Для соединения в первом, например, наблюдается растворимость при 25 ° С составляет 0,05 моль фракции. Что такое коэффициент активности? Решение: - 0,255 и х = 0,05. Решить уравнение. 1 для [Г]: [] = 0.255/0.05 гамма = 5,1. Комментарий: коэффициенты активности зависят от реальных данных. Растворителя, не указанные в данном примере, но рассчитывается коэффициент активности является уникальным для платежеспособным в сочетании с твердой соединения.
Пример 3 - 1 параметров ван Лаар корреляции. Для соединения в предыдущих примерах, растворителя CCl ^ ^ 4 подпункта (М = 154 г / gmol, [ро] = 1,58 г / см ^ SUP 3 ^). Твердого тела неполярных (М = 218 г / gmol). Плотность жидкости с твердой при плавлении составляет 0,90 г / к. ^ ^ SUP 3. Какие ван Лаар параметров растворителей и твердых? Решение: 1 Назначение компонента будет прочной и компонент 2 будет растворителя. V ^ к югу 1 ^ = 218/0.90 = 242,2 см ^ ^ SUP 3 / gmol и V ^ подпункта 2 ^ = 154/1.58 = 97,5 см ^ ^ SUP 3 / gmol. За формуле. 15, AIB = = 2,484 242.2/97.5. RTln [Г] ^ подпункта 1 ^ = (1,987) (25 273) [Ln 5,1] = 964,7 кал / gmol. х ^ SUP 1 = 0,05 и X ^ SUP 2 = 1 - 0,05 = 0,95. Решить уравнение. 9 для: A = (964,7) (1 +2,484 [0.05/0.95]) 2 = 1,233.4. B = AI (AIB) = 1,233.4 / 2,484 = 496,5. Таким образом, - 1,233.4 кал / gmol и B = 496,5 кал / gmol. Комментарий: те же параметры используются как для твердых и растворителя. В этом примере уравнения. 9 используется для твердых и уравнения. 10 для растворителя. Назначение компонентов 1 и 2, является произволом. Если более чем одна точка данных не используется, получить ван Лаар параметров прокладки 1 / (RTln [Г] ^ 1 ^ к югу) против 0,5
Пример 4-парциальное давление оценки. При температуре 25 ° C, давление паров CCl югу ^ ^ 4 составляет 114 мм рт. Что такое давление паров CCl югу ^ 4 ^ раствора при 25 ° C (298 K), насыщенной твердой и в предыдущих примерах? Решение: Во-первых, найти [гамма] ^ 2 ^ к югу по формуле. 10: [гамма] ^ югу 2 = ехр (| 496,57 (1,987 2 ^ = (1,011) (0,95) (114) = 109,5 мм рт. Комментарий: Обратите внимание, что растворимость данные были использованы для оценки пар-жидкость равновесное количество. коэффициентов активности по данным растворимости могут быть использованы для оценки любого имущества на основании решения теории, такие как температура кипения или осмотического давления (3).
Пример 5 - растворимость оценки. Что такое растворимость соединения в предыдущих примерах, при температуре 40 ° C (313 K) в CCl югу ^ 4 ^? Решение: В следующей процедуре проб и ошибок используется: думаю, X ^ ^ 1 к югу, расчет [гамма] ^ 1 ^ к югу формулой. 9, вычислить х ^ к югу 1 ^ [гамма] ^ 1 ^ к югу, и сравнить его со значением х ^ к югу 1 ^ [гамма] ^ 1 ^ к югу, рассчитанная по формуле. 7. Если х ^ к югу 1 = 0,33, то к югу X ^ 2 = I-0,33 = 0,67, а [гамма] ^ югу 1 = ехр ([1,233.47 (1,987 ) ^ SUP -2) = 1,49, х ^ 1 ^ к югу [Г] ^ подпункта 1 ^ = (0,33) 1,49) = 0,49; формулой. 7x ^ подпункта 1 ^ [гамма] ^ 1 к югу = ехр [| -24.5/1.987 | | 331/313 -1]) = 0,49. Комментарий: общие пути решения методом проб и ошибок, расчеты включают в себя использование цели "искать" фигурировать в таблице или записи пользовательской функции. Обратите внимание, как растворимость резко возросло для этого соединения (от 0,05 мольных долей в 25 ° С до 0,33 мольных долей при температуре 40 ° C), когда он приближался его температура плавления 58 ° C.
Физические свойства
Только два физических свойств, необходимых для работы растворимости теории, теплота плавления и температуры плавления. Термического анализа, которые выполняют дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) и термического анализа (TGA) легко измерить эти свойства, если они еще не доступные в стандартных ссылок.
ДСК / TGA тестирования довольно часто встречаются в процессе научных исследований и развития в рамках первоначального отбора испытания безопасности новых соединений. Как правило, в центре внимания этих исследований заключается в оценке рисков тепловой стабильности для соединения по количественной температур разложения, изменения массы при разложении, теплота реакций разложения и кинетики реакции разложения.
При фокусировании на сборе данных о безопасности, теплота плавления и температуры плавления можно наблюдать, но не сообщили. Если они, как сообщается, их значение для прогнозирования растворимости и руководства процессом развития часто упускается из виду.
Некоторые полезные советы - спросите специально для этих свойств. связей, когда ДСК / TGA выполнения работы.
Применение теории
Как видно из примеров, минимальный объем данных (температура плавления, теплота плавления и одним данным растворимости точки) могут быстро быть использованы для прогнозирования всей кривой растворимости. При наличии дополнительных точек данные, показывающие зависимость повысит доверие к оценкам кривой растворимости.
Кривой растворимости могут быть использованы для оценки потерь урожая на материальный баланс процесса кристаллизации / фильтрации шаг. Коэффициент растворимости примеси растворимость продукт может быть использован для определения лучших температуры кристаллизации и растворителя суммы. Кривой растворимости также может быть использован для определения минимальной суммы чистки загрязнений, необходимых в процессе переработки.
При оптимизации расходов и растворителя температуры кристаллизации для процесса, свежие растворителей не могут быть произвольно добавляются в процесс предотвращения концентрации раствора стать "слишком толстой". Количество растворителей добавили в процессе должно быть основано на том, что необходимо для контроля примесей на основе растворимости. ликеры процесса мать может быть переработана в качестве растворителей (в отличие от свежих растворители) для контроля концентрации раствора.
Растворимость теории могут быть использованы для оценки условий работы для улучшения процесса потенциал, который не так легко изучить на скамейке химик (например, при повышенных давлениях и температурах), до совершения на дорогие программы исследований. Высшее растворимости при повышенных температурах может быть использована, по ряду причин, в том числе:
* Высшее полезной нагрузки для реакции, где продукт хранится в растворе и фильтруют от других твердых веществ, таких как гетерогенных катализаторов, твердые абсорбенты, или побочным солей
* Быстрее кинетики реакции, особенно для реакций твердых тел, где в основном из раствора
* Сокращение расходов на электроэнергию, растворитель расходы и расходы на утилизацию отходов, которое может быть достигнуто путем обработки с уменьшенным количеством растворителя настоящее, это особенно верно, если растворитель должен быть впоследствии испарилась или дистиллированной или побочный продукт реакции должен быть лишен для завершения реакции
* Ликвидации растворитель путем проведения реакции без каких-либо твердых растворителя в небольшой избыток жидкой вещества.
Растворимость также может быть использована для оценки пар / жидкость равновесия или других свойств предсказывается из теории растворов, таких как осмотическое давление.
Процесс улучшения пример: Температура кристаллизации
Процесс кристаллизации продукта от растворителя. Конечная температура кристаллизации меньше, чем 10 ° C для сведения к минимуму потери урожая от растворимости. Процесс запускается очень разбавленных держать примеси от совместного кристаллизации. Физической информацию о свойствах системы представлены в таблице 1. Согласны ли вы холодных температур и дополнительных растворителя правильный подход?
Ответ: растворимости примеси будет расти быстрее, чем при температуре растворимость продукта, о чем свидетельствует идеальной растворимости показано в Таблице 2.
Повышение температуры кристаллизации от 10 ° С до 25 ° C и сокращение количества растворителя в процессе, от половины до двух третей направленно правильный подход к совершенствованию этого процесса. Комбинированные изменения повышение температуры кристаллизации и половину растворителя приведет не увеличением потерь продукции и улучшение его способности держать примесей в растворе. Оценка коэффициентов активности могли бы еще уточнить эти оценки.
Prosecc улучшение например: устранение реакции
Процесс растворения твердых "S" в растворителе, а затем он реагирует с жидким "L", чтобы создать продукт "P" в соответствии со следующими стехиометрии: S 8L [стрелка вправо] P. P имеет температуру плавления 180 ° С и теплота плавления 4 кал / gmol. L имеет нормальной точки кипения I 10 ° C. Что является самым случае использования L, если реакция проводится только в L в атмосферных условиях отлива и реакция должна закончить в качестве единого решения P в L? Для простоты игнорировать любые точки кипения высот.
Ответ: идеальная растворимость мольной доли P при 110 ° С 0,445. Количество L потребности на стехиометрические требования (1 - 0,445) 70,445 - 1,25 моль л / моль П. наиболее случае использования затем 8 1,25 = 9,25 моль L / моль P, или 15% по сравнению с теорией. Такое использование может быть по сравнению с текущим процессом, сырой материал расходов за использование оригинального процесса растворителя, а эксплуатационные затраты на любом растворителе шаги для возвращения к первоначальному растворителя.
Заключительный thooughts
Процесс моделирования программного обеспечения сделал масштабные инвестиции в решение теории, особенно для неэлектролитов, для прогнозирования пар / жидкость равновесия. Коэффициент активности прогнозирования на основе структуры (UNIFAC) является общей особенностью такого программного обеспечения. Тем не менее, расширение деятельности коэффициент растворимости неэлектролитов часто игнорируется в процессе моделирования программного обеспечения.
ЛИТЕРАТУРА
1.Reid, RC, Этал ", Свойства газов и жидкостей", 4 изд., McGraw-Hill, Нью-Йорк, NY (1987).
2. Кастелян, GW, "Физическая химия", второе издание, AddisonWesley Ко издательство, чтение, М. (1971).
3. Хильдебранд, И. Н. и Р. Скотт ", растворимость неэлектролитов", третье издание, Р. издательство "Publishing Co, New York, NY (1950).
Сайт интересов
<a target="_blank" href="http://www.chemstations.net/documents/exaniples.htm" rel="nofollow"> www.chemstations.net / документы / <exaniples.htm /> - Читатели, которые использовать ChemCAD могут найти информацию по ссылке Интеллектуальный Кристаллизатор на этом сайте, полезно.
Майкл Дж. GENTILCORE
Tyco Healthcare
Майкл Дж. GENTILCORE является инженера-консультанта в Tyco Healthcare - Mallinckrodt (675 Макдоннелл бул. Хазелвуд, MO 63042, телефон: (314) 654-4031, факс: (314) 654-7174, электронная почта: <A HREF = "mailto: mike.gentilcore @ tycohealthcare.com"> mike.gentilcore @ <tycohealthcare.com />). Он имеет более чем 25 лет опыта химического машиностроения в проектирование, научные исследования и разработки и производства, и он имеет несколько патентов. Он получил степень бакалавра наук в области химического машиностроения Clarkson Univ. и MS в технике управления из Univ. Миссури-Ролла. он является членом Аиш и возможная ошибка лицензии в Миссури.