Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

ОТЧЕТ

По лабораторной работе

Определение режимов и планирование экспериментов выделения висмута (99 %) вакуумной дистилляцией для сплава Pb-Bi с содержанием висмута 60?95 %

Предсказать степень разделения металлов и состав продуктов вакуумной перегонки, сравнивая давления насыщенных паров компонентов сплавов, невозможно. Для прогнозирования термодинамических свойств сплавов, расчета диаграммы состава бинарных сплавов (i-j) при вакуумной перегонке использовалась модель MIVM [1, 2], практическое применение которой было затруднено из-за сложного процесса расчета координационных чисел (Z) и отсутствия молярных объемов в жидком состоянии () некоторых компонентов. Упрощение MIVM (SMIVM) достигнуто путем придания обоим Z_i и Z_j значений, равных 10, и заменой молярного объема i-компонента в жидком состоянии на его молярный объем в твердом состоянии (V_i) [3, 4]. Использование метода SMIVM обеспечит удобный способ прогнозирования процесса вакуумной переработки сплавов, включая многоступенчатые перегонки [5?7].

Исходные значения параметров сплава Pb-Bi, использованные при расчетах по модели SMIVM, приведены в табл.1.

Таблица 1. Значения , , , , , V_i,,j сплаваPb-Bi

Установлено, что для сплавов состава 1?99 мол.% каждого из компонентов с понижением давления (Р, Па): 1330/133/13,3, уменьшаются температуры плавления и кипения металлических систем в диапазонах (Т, К): 1410?1438/1231?1250/1093?1106, а также максимальная разница между температурами плавления и кипения (Т_liq?Т_gas, К): 4,2/3,1/2,5,соответственно. В результате даже при небольшом исходном содержании свинца (1?10 мол.% Pb) в составе Pb-Bi сплава в Bi-конденсат переходит 0,37?5,1 % свинца при давлении 13,3?1330 Па и температуре 1093?1418 К(табл. 3). При содержании свинца в исходном сплаве от 80 мол.% и более он полностью переходит в состав возгонов вместе с висмутом при исследованном давлении и температуре 1106?1440 К.

Таблица 2. Рассчитанные значения T_liq, T_gas, г_Pb, г_Bi, y_Pb Pb-Bi сплавa для «Т-х» диаграмм

Таким образом, кривые паровой и жидкой фаз расположены достаточно близко друг к другу (рис.), потому что разница между температурами кипения Bi (1837 К) и Pb (2022 К) составляет всего 185 K. Следовательно, не представляется возможным качественно разделить сплав Pb-Bi обычной дистилляцией в одну ступень [8], поскольку Pb и Bi испаряются практически одновременно в газовую фазу при нагревании сплава в вакууме.

Для эффективного разделения Pb-Bi сплава должен использоваться процесс подобный ректификации, осуществляемый в вакуумных аппаратах с вертикальной насадкой, состоящей из большого числа испарительных тарелей, и градиентом температур по высоте. Жидкая фаза сплава, подаваемая на верхнюю тарель с минимально заданной предварительно обоснованной температурой, по мере продвижения вниз и увеличения температуры расплава будет обогащаться относительно трудно возгоняемым компонентом сплава (Pb), а движущаяся ей навстречу газовая фаза - более легко возгоняемым металлом (Bi), который конденсируется в составе возгона в верхнем сегменте насадки.

Например, для отделения свинца и висмута от олова из сплава состава, мас.%: 50.9 Sn; 45.3 Pb; 3.8 Bi, предложен вакуумный аппарат с 10 испарительными тарелями [9]. В результате содержание олова в кубовом остатке возросло до 99.5 мас.%, свинца и висмута в конденсате ? 91.5 и 6.8 мас.%, соответственно. Очевидно, что для улучшения разделения близких по свойствам свинца и висмута необходимо увеличить число испарительных тарелей и предварительно обосновать расчетным путем выбор температуры в зонах испарения сплава и конденсации возгонов, для минимизации количества установочных опытов.

вакуумная перегонка сплав испарение свинец

ЛИТЕРАТУРА

1. Kong L. Application of MIVM for Sn-Ag and Sn-In Alloys in Vacuum Distillation / L. Kong, J. Xu, B. Xu, S. Xu, B. Yang, Y. Li, D. Liu, R. Hu. - TMS 2016: 145th Annual Meeting & Exhibition: Supplemental Proceedings. - P. 367-374. DOI: 10.1002 / 9781119274896.ch44

2. Yang B. Recycling of metals from waste Sn-based alloys by vacuum separation /B. Yang, L. Kong, B. Xu, D. Liu, Y. Dai // Transactions of Nonfer. Metals Society of China. - 2015. Vol. 25. Is. 4. - P. 1315-1324. DOI: 10.1016/S1003-6326(15)63730-X

3. Tao D-Р. Correct Expressions of Enthalpy of Mixing and Excess Entropy from MIVM and Their Simplified Forms / D-Р. Tao // Metallurgical and Materials Transactions B. - 2016Vol. 47. Is. 1. - Р. 1-9. DOI:10.1007/s11663-015-0460-5

4. Мао Z. Prediction of melt activity of Mn-based ferroalloys / Z. Mao, D. Tao. // Journal of Kunming University of Science and Technology (NATURAL SCIENCE). -2015. Is. 3. - Р. 9-20. (in Chinese).

5. Grenner A. Ternary Liquid?Liquid (?Liquid) Equilibria of Aniline + Cyclohexylamine + Water, Aniline + Cyclohexylamine + Octane, Aniline + Water + Toluene, and Aniline + Water + Octane / А. Grenner, M. Klauck, R. Meinhardt, R. Schumann, J. Schmelzer. // J. Chem. Eng. Data. ? 2006. Vol. 51 (3). ? Р. 1009?1014. DOI:10.1021/je0505366

6. Diaf А. Effect of temperature on the performance of multi-stage distillation / A. Diaf , H. Aburideh, Z. Tigrine, D. Tassalit, F. Alaoui // World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Environmental and Ecological Engineering. - 2012. Vol. 6. No 6. - Р. 348-351.

7. Baig H. Performance characteristics of a once-through multi-stage flash distillation process/ H. Baig, M.A. Antar, S.M. Zubair // Desalination and water treatment. - 2010. Vol. 13. - P. 174-185. DOI: 10.5004/dwt.2010.988

8. KongL.-x. Application of molecular interaction volume model in separation of Sn-Zn alloy by vacuum distillation / L.-x. Kong, B. Yang, Y.-f. Li, B.-q. Xu, L. Han, D.-c. Liu, Y.-n. Dai // J. Cent. South Univ. - 2013. Vol. 20. - Р. 3372?3378. DOI: 10.1007/s11771-013-1861-8

9. Дьяков В.Е. Вакуумный аппарата для очистки отходов свинцово-оловянных сплавов от висмута / В.Е. Дьяков // Научный альманах. - 2016. № 3-3(17). - С. 61-66.

Размещено на Allbest.ru