Задание на проектирование

2. Свойства бинарной смеси
ректификация бинарный смесь
1. Метиловый спирт - бесцветная, легкоподвижная жидкость с запахом, аналогичным запаху этилового спирта; t плавления - 93,9 °С; t кипения 64,509°С; плотность, г/см3 d420 0,7914; nD20 1,3286; η 0,584 МПа.с (20°С); давлетние паров (кПа): 11,8 (20 °С), 32,5 (40 °С), 77,3 (60 °С), 320,65 (100 °С); t крит 240,1 °С; p крит 7,977 МПа; d кpит 272 кг/м3; μ 0,57·10-30 Кл·м; ε 32,63 (25 °С); ∆H0oбр -238,9 кДж/моль (жидкость), -201,0 кДж/моль (газ); ∆H0сгор -715 кДж/моль; ∆H0исп 37,9 кДж/моль; ∆H0пл 3,17 кДж/моль; теплопроводность 202,3·10-3 Вт/(м·К) (жидкость), 150,7·10-4 Вт/(м·К) (газ); С0р=44,129Дж/(моль·К). Теплоемкость для температур 0-50 °С определяют по уравнению Ср=2,3815+0,0586·t[кДж/(кг·К)], в газообразном состоянии для температур 0-1200°С - по уравнению Ср = 25,0429 + 50,3249·10-3 T+ 59,1298·10-6 Т2-45,245·10-9 Т3 [кДж/(моль.К)].

Таблица 1 - Свойства водных растворов метилового спирта в зависимости от его концентрации

Концентрация метилового спирта, % по массе	t замерзания, °С	плотность, г/см3, d420
10	- 6,5	0,982
20	- 15,0	0,968
30	- 26,0	0,954
40	- 39,7	0,937
50	- 55,4	0,919
60	- 75,7	0,898

Метиловый спирт смешивается во всех соотношениях с водой (свойства водных растворов метилового спирта приведены в таблице), спиртами, ацетоном, бензолом; образует азеотропные смеси с ацетоном (t кипения 55,7°С; 12% метанола), бензолом (t кипения 57,5°С; 39% метанола), CS2 (t кипения 37,65°С; 14% метанола), ССl4 (t кипения 55,7°С; 20,66% метанола) и многими другими соединениями.

По химическим свойствам метиловый спирт - типичный одноатомный алифатический спирт: сочетает свойства очень слабого основания и еще более слабой кислоты. С щелочными металлами образует метилаты, например CH3ONa, с кислотами - сложные эфиры (реакция ускоряется в присутствии сильных минеральных кислот), например, с HNO2 дает метил-нитрит CH3ONO (количественно), с H2SO4 при температуре ниже 100°С - метилсульфат CH3OSO2OH, с карбоновыми кислотами - RCOOCH3. Окисляется кислородом воздуха (катализатор - Ag, Сu, оксиды Fe, Mo, V и др.) при 500-600 °С до формальдегида: СН3ОН + 0,5О2 → НСНО + Н2О; при пропускании паров метилового спирта над медьсодержащим катализатором образуется метилформиат: 2СН3ОН → НСООСН3 + 2Н2. Последний получается также при взаимодействии метилового спирта и СО в присутствии метилатов щелочных металлов, а в присутствии родиевого катализатора и СН3I они дают уксусную кислоту. При взаимодействии со смесью СО и Н2 метиловый спирт превращается в этанол и др. спирты. Он разлагается водяным паром на катализаторе: СН3ОН + Н2О → ЗН2 + + СО2. После очистки от СО2 получают Н2 98%-ной чистоты. Таким способом производят Н2 в передвижных установках небольшой мощности.
Ароматические амины метилируются метиловым спиртом в присутствии H2SO4 (200 °С; 3 МПа): C6H5NH2 + 2CH3OH → C6H5N(CH3)2+ + 2Н2О. При 3,5 МПа и 340-380 °С он реагирует с бензолом, образуя толуол. Дегидратацией метиловый спирт при повышенных температурах (катализатор - Аl2О3) получают диметиловый эфир: 2СН3ОН → СН3ОСН3 + Н2О. На высококремнистых цеолитах при 340-450 °С метиловый спирт превращается в парафины и ароматические углеводороды. С галогеноводородными кислотами, SO2Cl2 или РОСl3 образует метилгалогениды. Взаимодействие метилового спирта с иодом и фосфором в промышленности получают метилиодид: 10СН3ОН + 5I2 + 2Р → 10СН3I + 2Н3РО4 + 2Н2О. При повышенных температурах на катализаторе метиловый спирт разлагается на СО и Н2.
В промышленности метиловый спирт получают главным образом каталитической реакцией: СО2 + ЗН2 ↔ СН3ОН + Н2О + 49,53 кДж; образующаяся вода вступает в реакцию: Н2О + СО ↔ СО2 + + Н2 + 41,2 кДж.
Сырьем для производства метилового спирта служат главным образом природный газ и отходы нефтепереработки, а также коксующийся уголь, газы производства ацетилена пиролизом природного газа и др.
Применяют метиловый спирт для производства формальдегида; его используют также для получения метилметакрилата, метиламинов, диметилтерефталата, метилформиата, метилхлорида, уксусной кислоты, лекарственных веществ и др., как добавку к бензину (метиловый спирт обладает высоким октановым числом) и для получения бензина в целях экономии нефтяного сырья. Разрабатываются процессы получения из метилового спирта уксусного ангидрида, винилацетата, этанола, ацетальдегида, этиленгликоля и других многотоннажных нефтехимических продуктов.
t вспышки 15,6°С (в открытой чашке), t самовоспл 464 °С, КПВ 6,70-36,5%. Метиловый спирт - сильный, преимущественно, нервный и сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием. Отравление наступает при приеме внутрь (смертельная доза для человека 30 г, а 5-10 г могут вызвать тяжелое отравление), вдыхании паров и проникновении через кожу. ПДК 5 мг/м3 [4].
2. Вода — оксид водорода — одно из наиболее распространенных и важных веществ. Поверхность Земли, занятая водой, в 2,5 раза больше поверхности суши. Чистой воды в природе нет, — она всегда содержит примеси. Получают чистую воду методом перегонки. Перегнанная вода называется дистиллированной. Состав воды (по массе): 11,19 % водорода и 88,81 % кислорода.
Чистая вода прозрачна, не имеет запаха и вкуса. Наибольшую плотность она имеет при 0° С (1 г/см3). Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому лед всплывает на поверхность. Вода замерзает при 0° С и кипит при 100° С при давлении 101 325 Па. Она плохо проводит теплоту и очень плохо проводит электричество. Вода — хороший растворитель. Молекула воды имеет угловую форму атомы водорода по отношению к кислороду образуют угол, равный 104,5°. Поэтому молекула воды — диполь: та часть молекулы, где находится водород, заряжена положительно, а часть, где находится кислород, — отрицательно. Благодаря полярности молекул воды электролиты в ней диссоциируют на ионы.
В жидкой воде наряду с обычными молекулами Н20 содержатся ассоциированные молекулы, т. е. соединенные в более сложные агрегаты (Н2О)x благодаря образованию водородных связей. Наличием водородных связей между молекулами воды объясняются аномалии ее физических свойств: максимальная плотность при 4° С, высокая температура кипения (в ряду Н20—Н2S — Н2Sе) аномально высокая теплоемкость [4,18 кДж/(г • К)]. С повышением температуры водородные связи разрываются, и полный разрыв наступает при переходе воды в пар.
Вода — весьма реакционноспособное вещество. При обычных условиях она взаимодействует со многими основными и кислотными оксидами, а также со щелочными и щелочно-земельными металлами. Вода образует многочисленные соединения - кристаллогидраты.
Очевидно, соединения, связывающие воду, могут служить в качестве осушителей. Из других осушающих веществ можно указать Р205, СаО, ВаО, металлический Ма (они тоже химически взаимодействуют с водой), а также силикагель. К важным химическим свойствам воды относится ее способность вступать в реакции гидролитического разложения[5].