Destylacja z parą wodną

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest przeprowadzenie destylacji toluenu w obecności pary wodnej. Wyznaczenie stopnia nasycenia pary wodnej substancją destylowaną przy różnych natężeniach przepływu pary wodnej.

1. Aparatura.

1 – zbiornik wody

2 – układ wyrównujący ciśnienie

3 – kolba z substancją destylowaną

4 – łącznik

5 – chłodnica

6 – rurka odprowadzająca parę wodną do cieczy

7 – odbieralnik

A₁ – podgrzewacz cieczy destylowanej (nie był wykorzystywany)

A₂ – podgrzewacz wody

T₁, T₃ – czujniki temperatury

1. Pomiary.

Pomiar	U [V]	t [s]	Vwody [cm^3]
1	150	1039,15	17,0
2	170	566,60	18,0
3	190	376,30	18,0

1. Przebieg doświadczenia.

Początkowo grzanie było ustawione na autotransformatorze w okolicach
200 V. Gdy woda zaczęła wrzeć, ustawiłem napięcie dla 1-go pomiaru. Toluen był podgrzewany parą wodną, a nie koszem, aby uniknąć przegrzania cieczy i rozpadu cząsteczek. Temperatura par utrzymywała się w granicach 85 °C. podczas każdego pomiaru pobierałem 100 cm³ destylatu, aby łatwiej można było określić udział procentowy wody i toluenu. Po skończonym pomiarze zawartość odbieralnika wlewałem do rozdzielacza.

1. Obliczenia.

$$E = \frac{p_{A}}{P_{A}}$$

$$p_{A} = P \bullet \frac{18 \bullet m_{A}}{M_{A} \bullet m_{W} + 18 \bullet m_{A}}$$

$$\text{logP}_{A} = 6,95334 - \frac{1343,943}{(t + 219,377)}$$

E – stopień nasycenia pary wodnej toluenem, wartość doświadczalna

p_A – prężność par w mm słupa Hg, z powyżej zależności

P_A – prężność par w mm słupa Hg, ze wzoru Antonie’a

m_A – masa substancji w destylacie

m_W – masa wody w destylacie

M_A – masa cząsteczkowa substancji

t – temperatura par w °C

P – ciśnienie atmosferyczne w Pa

M_A = 92,13kg/kmol

Przykładowe obliczenia:

m_W =17cm³ * 0,9998g/cm³ = 16,9966g

m_A = 83cm³ * 0,873g/cm³ = 72,459g

p_A = 101325*18*72,459*10^-3/(92,13 * 16,9966*10^-3+18*72,459*10^-3)

p_A = 46 044,25997 [mm Hg]

logP_A = 6,95334 – 1343,943/(85 + 219,377)

logP_A = 2,5380

P_A = 344,9848 [mm Hg]

E = 46 044,25997/344,9848 = 133,4675

1. Wyniki

Pomiar	α (teoretyczne)	α (doświadczalne)
1	57.49389	36476.62
2	36.0215	54882.63
3	70.41563	44966.86
4	57.49389	62052.18
5	46.04439	83200.23
6	46.04439	95191.39

Dla α teoretycznego

1. Wnioski

Wraz ze wzrostem napięcia, skracał się czas odbioru destylatu. Zatem współczynnik przenikania ciepła także rósł. ogromne różnice pomiędzy wartościami doświadczalnymi i teoretycznymi mogły być spowodowane brakiem dokładności aparatury, jej nieszczelnością (korek mógł być nie szczelnie włożony), bądź złym odczytaniem poszczególnych wartości.