wejściówka II-destylacja frakcyjna, Technologia chemiczna, Chemia organiczna, 3 semestr, mechanizmy cz1

Destylacja-przeprowadzenie substancji w stan pary, którą następnie skrapla się, a powstałą

ciecz-kondensat, zbiera się w innym naczyniu. Stosuje się ją w celu wyizolowania lub

oczyszczenia jednego lub więcej związków składowych. W procesie tym wykorzystuje

się różnice temperatur wrzenia składników. Wyróżnia się destylację prostą, frakcyjną i próżn

Aparatura-kolba okrągłodenna, kolumna frakcjonująca, termometr, chłodnica Liebiega,

przedłużacz do chłodnicy, nasadka destylacyjna

Aparatura szlifowa: trójszyjna kolba okrągłodenna, przedłużacz do chłodnicy, rozdzielacz,

nasadka destylacyjna, kolba okrągłodenna, łącznik do rurek, korek szlifowi, chłodnica Liebiega

Istota i przebieg procesu: Podczas ogrzewania cieczy prężność pary wzrasta aż do momentu,

gdy staję się równa ciśnieniu atmosferycznemu i rozpoczyna się wrzenie. Podczas destylacji

cieczy, pary z kolby podnoszą się do góry kolumny, ulegając częściowemu skraplaniu aż do

ustalenia równowagi termicznej. Odczytywana wtedy temperatura jest temperaturą wrzenia

i pozostaje stała tak długo, dopóki istnieją obie fazy-ciekła i gazowa.

Wykres fazowy dla układu ciecz-para:

Gdy równomolową mieszaninę A i B, której skład przedstawia punkt X1, ogrzeje się do temp.

wrzenia T1, powstające pary będą miały skład X2 i będą bogatsze w niżej wrzący składnik,

zawierający ok. 80%A. Jeżeli część par zostanie odprowadzona z układu, to punkt

reprezentujący na wykresie skład cieczy przesunie się na prawo, tzn. względna zawartość B

ulegnie zwiększeniu, a temp. wrzenia ulegnie podwyższeniu. W wyniku dalszej destylacji

mieszaniny otrzyma się destylat stopniowo bogatszy w składnik B, lecz wszystkie frakcje będą

zawierały oba składniki. Podczas zwykłej destylacji dwóch cieczy, których temp. wrzenia różnią

się mniej niż o 50 stopni, nie uzyska się rozdzielenia, a temp. podczas procesu będzie wzrastała.

Krzywe niezależnie od T i p, nie pokrywają się i skład pary w stanie równowagi różni się od

składu cieczy. Dolna krzywa- zależność temp.wrzenia od składu mieszaniny A i B;

górna krzywa- zależność temp. od kondensacji-skraplania od składu mieszaniny par A i B.

Mieszanina azeotropowa- roztwór dwóch lub więcej związków chemicznych, który jest

w równowadze termodynamicznej z parą nasyconą powstającą z tej mieszaniny. Ten przypadek

następuje gdy mamy mieszaninę związków o różnym charakterze, np. alkohol i węglowodór.

w cieczy następuje asocjacja jednego ze składników, a wtedy roztwór nie spełnia zależności

prawaRaoulta(p całk=pA+pB=pA0XA0+pB0XB0).Ciecz o skłXprzedestyl całkow w Tx=const

Destylacja frakcyjna jest przeprowadzana tak samo jak prosta. Ogrzewanie reguluje się tak

aby wypełnienie na całej długości kolumny było zwilżone kondensatem i aby nie tworzyły się

korki cieczy. Dłuższe kolumny ogrzewa się nawiniętym na nie drutem oporowym lub umieszcza

się w płaszczu próżniowym aby zmnieszyć straty ciepła. Korzystne jest stosowanie głowicy

destylacyjnej tak zbudowanej że większa część par dochodzących do głowicy po skropleniu

zawraca na kolumnę a tylko niewielka część jest odbierana w postaci destylatu, dzięki czemu

zmniesza się odchylenia od stanu równowagi.

Czynniki efektywności: *niezbyt szybkie prowadzenie procesu dest,a więc duża ilość cieczy

zawracanej musi znajdować się w kolumnie,*odpowiednie wypełnienie kolumny-duża powierzch.zetknięcia fazy gazowej i ciekłej; dokładne wymieszanie fazy ciekłej i gazowej

*unikanie nadmiernego chłodz kolumny przez izolację materiałem izolującym bądź stos pł próżn

ęłęóIzolowanie kolumny ma zasadnicze znaczenie wtedy, gdy którykolwiek ze składników mieszaniny wrze w temperaturze przekraczającej 100°C.*ęłęóCzas destylacji. Każdej kolumnie odpowiada zawsze pewien optymalny czas destylacji. Skrócenie tego czasu powoduje zmniejszenie się dokładności rozdestylowania mieszaniny, natomiast nadmierne przedłużenie czasu destylacji nie jest racjonalne, chociaż zapewnia nieco lepsze rozdestylowanie*ęłęóOrosienie kolumny. Ilość cieczy określana nazwą orosienia kolumny powinna być zmniejszona do minimum zapewniającego dostateczną skuteczność przemywania oparów; powinna też być dostosowana do pojemności kolumny. Stosunek ilości cieczy wprowadzonej do aparatu destylacyjnego do ilości cieczy zraszającej kolumnę powinien być możliwie największy

*ęłęóStopień deflegmacji. Stopniem deflegmacji nazywa się stosunek ilości cieczy zawracanej do

kolumny (w molach) do ilości destylatu (w molach) odbieranej w jednostce czasu. W zależności

od trudności rozdestylowania mieszaniny należy odpowiednio zmieniać stopień deflegmacji. Męłęóożna przyjąć, że jeśli zmniejsza się stopień deflegmacji, (czyli zmniejsza się ilość cieczy zawracanej do kolumny, a wzrasta ilość destylatu), to liczba półek teoretycznych wymagana do rozdestylowania mieszaniny zwiększa się. Zmianę stopnia deflegmacji osiąga się za pomocą odpowiedniej głowicy

ęłęóKolumnę Vigreux stanowi rura szklana z wgięciami wykonanymi w ten sposób, że co drugie

wgięcia na tym samym poziomie są skierowane w dół pod kątem 45°. Ma to na celu zbieranie

cieczy ze ścian i przeniesienie jej do środka kolumny.ęłęóKolumna napełniona jest odpowiednim

wypełnieniem sięgającym o 5 cm poniżej szczytu kolumny. Wypełnienie opiera się na małej

szklanej spirali o odpowiednich wymiarach. W sprzedaży znajduje się kilka rodzajów doskonałych wypełnień kolumny. Najprostszym, najtańszym i jednocześnie bardzo skutecznym wypełnieniem są szklane pierścienie o wysokości 6-9 mm i średnicy 6-9 mm, zwane pierścieniami Raschiga; podobne pierścienie porcelanowe są prawie tak samo skuteczne. Porcelanowe pierścienie Lessinga są to puste wewnątrz cylindry o jednakowej wysokości i średnicy; w środku cylindra znajduje się przegródka. W metalowym pierścieniu Lessinga boczna powierzchnia cylindra nie jest pełna, a przegródka skierowana wzdłuż średnicy jedną stroną łączy się z cylindrem, a drugą nie dotyka ścianki cylindra. Zastosowanie omawianej przegródki w cylindrach zwiększa sprawność wypełnienia, gdyż powstaje w ten sposób dodatkowa powierzchnia zetknięcia par z cieczą.

ęłęóSprawność kolumny określa się zdolnością frakcjonowania odcinka kolumny o określonej długości; oznacza się ją, porównując zdolność frakcjonowania kolumny z obliczoną zdolnością frakcjonowania teoretycznie doskonałej kolumny o jednej półce w takich samych warunkach.

Pólka teoretyczna określa sekcję kolumny destylacyjnej o takiej długości, na jakiej pary uchodzące z półki mają ten sam skład, co pary, które w tej samej temperaturze pozostają w  równowadze z cieczą według wykresu para faza ciekła.ęłęóJeśli sporządzi się wykres zależności temperatury wrzenia od objętości destylatu, to w przypadku idealnej destylacji frakcyjnej otrzyma się linie proste, kolejno poziome i pionowe, przypominające schodki. Mniej lub bardziej pochyłe załamanie linii schodkowej wskazuje na obecność frakcji pośredniej.