destylacja(1).pdf

Ę wiczenie nr 23

ROZDZIAĀ MIESZANIN METODč

DESTYLACJI

I. Cel ę wiczenia

Celem ę wiczenia jest wyznaczenie przy pomocy metody destylacji

diagramu składu ciecz – para dla układu kwas octowy – woda.

II. Zagadnienia wprowadzaj Ģ ce

1. Prawo Daltona.

2. Prawo Raoulta.

3. Odchylenia od prawa Raoulta – azeotropy dodatnie i ujemne.

4. Destylacja frakcyjna.

Literatura obowi Ģ zuj Ģ ca:

1. J. Minczewski, Z. Marczenko, „ Chemia analityczna”, PWN, 1987.

2. Praca zbiorowa, „Chemia fizyczna” , PWN, 1980.

3. G.M. Barrow, „Chemia fizyczna” , PWN, 1978.

4. L. Sobczyk, A. Kisza, „Chemia fizyczna dla przyrodników” , PWN, 1975.

Równowagi fazowe

III. Cze Ļę teoretyczna

Destylacja jest metod Ģ rozdziału mieszanin cieczy, wykorzystuj Ģ c Ģ ró Ň nice

lotno Ļ ci (temperatury wrzenia) poszczególnych składników mieszaniny.

W przypadku ka Ň dej cieczy, w okre Ļ lonej temperaturze powstaje pewien stan

równowagi ciecz-para, który mo Ň emy opisa ę wielko Ļ ci Ģ pr ħŇ no Ļ ci pary nasyconej.

Oczywi Ļ cie, im wy Ň sza temperatura tym wy Ň sza pr ħŇ no Ļę pary. Kiedy pr ħŇ no Ļę pary

osi Ģ ga warto Ļę równ Ģ ci Ļ nieniu otoczenia ciecz zaczyna wrze ę . Dla mieszaniny kilku

cieczy, zgodnie z prawem Daltona, sumaryczna pr ħŇ no Ļę pary nad ciecz Ģ b ħ dzie

sum Ģ pr ħŇ no Ļ ci par poszczególnych składników. Je Ň eli cz Ģ steczki tych cieczy maj Ģ

zbli Ň one wymiary, podobny rodzaj oddziaływa ı mi ħ dzycz Ģ steczkowych, je Ň eli nie

wyst ħ puj Ģ efekty cieplne mieszania ani zmiany obj ħ to Ļ ci (kontrakcja), roztwór taki

mo Ň emy okre Ļ li ę jako idealny (doskonały). W tym przypadku, pr ħŇ no Ļę pary

składnika i ( i

(1)

p jest pr ħŇ no Ļ ci Ģ pary

nasyconej nad czyst Ģ ciecz Ģ . Równanie (1) przedstawia tre Ļę prawa Raoulta, które

mo Ň na zilustrowa ę na przykładzie układu benzen-toluen, tworz Ģ cych roztwór

praktycznie doskonały (Rys. 1).

Rys. 1. PrħŇnoĻę pary składników i sumaryczna prħŇnoĻę pary dla

prawie doskonałego układu benzen – toluen w temp. 20°C.

p ) w mieszaninie gazowej zale Ň y od jego ułamka molowego w cieczy

oraz ci Ļ nienia jego pary nasyconej, zgodnie z równaniem:

gdzie x i oznacza ułamek molowy cieczy w mieszaninie, a

Ę wiczenie nr 23 – Rozdział mieszanin metod Ģ destylacji

Jak wida ę , pr ħŇ no Ļę pary ka Ň dego składnika zale Ň y w sposób liniowy od jego

ułamka molowego w cieczy, a całkowite ci Ļ nienia nad roztworem jest sum Ģ obu

ci Ļ nie ı cz Ģ stkowych. Prawo Raoulta jest zazwyczaj spełniane w przypadku

roztworów bardzo rozcie ı czonych. Je Ň eli upro Ļ cimy nasze zało Ň enia do roztworu

dwuskładnikowego, mo Ň emy okre Ļ li ę stosunek ułamków molowych obu składników

w parze pozostaj Ģ cej w równowadze z roztworem o składzie wyra Ň onym przez

ułamki molowe x i 2

x para

para

(2)

z którego wynika, Ň e para staje si ħ bogatsza w składnik bardziej lotny (tj. o ni Ň szej

temperaturze wrzenia).

Z praktycznego punktu widzenia wygodniejsze jest przedstawianie stanu

równowagi ciecz-para w układzie współrz ħ dnych temperatura-skład roztworu.

Dla wspomnianego ju Ň , prawie idealnego układu benzen-toluen, wykres taki

przedstawiono na Rys.2. Wykres ten przedstawia zale Ň no Ļę składu pary nad

roztworem w zale Ň no Ļ ci od składu cieczy w okre Ļ lonej temperaturze. Skład pary nad

ciecz Ģ wyznaczaj Ģ poziome linie przerywane.

Rys. 2. Wykres temperatury wrzenia dla prawie doskonałego

układu benzen – toluen pod ciĻnieniem 1 atm.

Jednak niewiele roztworów spełnia takie warunki, dlatego bardzo cz ħ sto

wyst ħ puj Ģ odchylenia od prawa Raoulta, dodatnie lub ujemne. Oznacza to, Ň e

sumaryczna pr ħŇ no Ļę pary nad roztworem jest albo ni Ň sza albo wy Ň sza ni Ň w

przypadku roztworu doskonałego. Szczególnym przypadkiem takich odchyle ı jest

wyst ħ powanie maksimum lub minimum na krzywych pr ħŇ no Ļ ci pary nad roztworem.

x w fazie ciekłej równaniem:

Równowagi fazowe

Jako reprezentatywne przykłady mo Ň na tu poda ę układy aceton-chloroform

oraz metanol-tetrachlorek w ħ gla (Rys. 3 i 4).

Rys. 3. Wykres prħŇnoĻci pary dla układu chloroform – aceton

w temperaturze 35°C.

W pierwszym przypadku wyst ħ puje minimum na krzywej całkowitej pr ħŇ -

no Ļ ci pary, w drugim za Ļ maksimum. Linie przerywane, zaznaczone na obu rysun-

kach ilustruj Ģ potencjalne zachowanie si ħ roztworów doskonałych. Oczywi Ļ cie, w

układzie współrz ħ dnych temperatura-skład roztworu przebieg krzywych jest odwrot-

ny, co wida ę na Rys. 5 i 6. Układy takie nazywamy azeotropowymi, przy czym, je Ň e-

li wyst ħ puje minimum pr ħŇ no Ļ ci pary (maksimum temperatury wrzenia) mówimy o

azeotropach ujemnych, za Ļ w przeciwnym przypadku o azeotropach dodatnich.

Rys. 4. Wykres prħŇnoĻci pary dla układu tetrachlorek wħgla – metanol

w temperaturze 35°C.

Ę wiczenie nr 23 – Rozdział mieszanin metod Ģ destylacji

Z rozwa Ň a ı przedstawionych do tego momentu wynika, Ň e nad ka Ň dym

roztworem wieloskładnikowym wytwarza si ħ pewien stan równowagi ciecz-para,

daj Ģ cy si ħ opisa ę albo całkowit Ģ wielko Ļ ci Ģ pr ħŇ no Ļ ci pary nad roztworem albo

sum Ģ pr ħŇ no Ļ ci par poszczególnych składników roztworu (oczywi Ļ cie w okre Ļ lonej

temperaturze). Jednak, z praktycznego punktu widzenia, stan taki nie prowadzi do

zadawalaj Ģ cego rozdzielenia mieszaniny na okre Ļ lone składniki, nawet je Ň eli

uwzgl ħ dni si ħ istnienie zjawiska azeotropii. Efektywno Ļę procesu destylacji mo Ň na

jednak podwy Ň szy ę stosuj Ģ c destylacj ħ frakcyjn Ģ (kolumnow Ģ ). Polega ona na tym,

Ň e destylat (faza gazowa) ulega kolejnym cyklom kondensacji i parowania w

kolumnie wypełnionej elementami zwi ħ kszaj Ģ cymi powierzchni ħ kontaktu obu faz

(kulki, rurki, pier Ļ cienie, itp.).

Rys. 5. Wykres temperatury wrzenia dla układu chloroform – aceton

pod ciĻnieniem 1 atmosfery.

Przebieg tego procesu ilustruje Rys. 2. Je Ň eli ustala si ħ równowaga pomi ħ dzy

ciecz Ģ o składzie „a” (dolna krzywa) to para ma skład wyznaczony przez poziom Ģ

lini ħ przerywan Ģ (górna krzywa). Para o takim składzie kondensuje (pionowa linia

przerywana), nast ħ pnie za Ļ paruje wzbogacona o składnik bardziej lotny (kolejna

pozioma linia przerywana). Cykl taki powtarza si ħ wielokrotnie. O ka Ň dym takim

cyklu mo Ň emy powiedzie ę , Ň e zachodzi on na „półce teoretycznej”, która prowadzi

do okre Ļ lonego rozdziału substancji pomi ħ dzy faz ħ ciekł Ģ i gazow Ģ . Im wi ħ ksza

liczba półek teoretycznych, tym wi ħ ksza efektywno Ļę rozdziału. Z Rys. 2 wynika, Ň e

kolumna destylacyjna pracuj Ģ ca w takich warunkach posiada cztery półki

teoretyczne dla otrzymania destylatu o składzie „b”. Ilo Ļę półek teoretycznych zale Ň y

oczywi Ļ cie od rodzaju rozdzielanej mieszaniny.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: