Nr grupy : 23 Nr zespołu :8	Ćwiczenie nr 7	Data : 22-05-2000
Radosław Kmieć Michał Prokurat Krystyna Orzeł Agnieszka Trelińska	Destylacja. Wyznaczanie krzywych równowagowych ciecz - para.	Ocena :

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Poszczególne składniki układu ciecz-para znajdujące się w równowadze muszą spełniać warunek :

m_A^roztw = m_A^gaz

Wychodząc z takiego założenia można wyprowadzić prawo, które podał Raoult:

p_A = p_A^o * x_A

Można stwierdzić doświadczalnie, że w układzie złożonym z roztworu idealnie rozcieńczonego i pary nad nim prawo Raoulta najlepiej stosuje się do rozpuszczalnika, a do substancji rozpuszczonej najodpowiedniejsze jest prawo Henry˘ego:

x_i = K_i * p_i

Z prawa Raoulta możemy policzyć ciśnienia cząstkowe składników w fazie gazowej, pozostających w równowadze w określonej temperaturze z roztworem o znanym składzie. Istnieją trzy możliwe wykresy w układzie p-x :

• spełniający prawo Raoulta- jest to linia prosta

• dodatnie lub ujemne odchylenie od prawa Raoulta lecz bez ekstremum - krzywa

• dodatnie lub ujemne odchylenie od prawa Raoulta z wyraźnie zaznaczonym ekstremum - krzywa

Odchylenia te spowodowane są różnymi oddziaływaniami pomiędzy cząsteczkami A-A, B-B, a A-B.

Destylacja jest procesem fizykochemicznym polegającym na ogrzewaniu roztworu wieloskładnikowego do temperatury wrzenia pod stałym lub programowanym ciśnieniem zewnętrznym, a następnie skraplaniu par pozostających w równowadze z roztworem w chłodnicy i odbieralniku otrzymanego w ten sposób destylatu. Proces ten służy do rozdzielania składników, a podstawowym warunkiem stosowania tej metody jest, by skład pary różnił się od składu cieczy

.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

1.Napełnić aparat około 40 cm³ roztworu

2.Doprowadzić układ do wrzenia.

3.Odczekać aż temperatura się ustabilizuje.

4.Pobór próbek :

-pobrać próbkę destylatu

-pobrać próbkę cieczy wrzącej

5.W ten sam sposób wykonać pomiary dalszych próbek.

6.Pomiary stężeń wykonać metodą refraktometryczną.

WYNIKI I OBLICZENIA

Ciśnienie atmosferyczne: p_atm=753,5 mmHg (1004,58 hPa)

Temperatura otoczenia: T_otocz=20 ^oC (293 K)

Temperatura wrzenia n-heksanu: T_w=68,7 ^oC (341,9 K)

Temperatura wrzenia toluenu: T_w=110,6 ^oC (383,6 K)

Korzystając z wykonanego wykresu zależności współczynnika załamania światła od stężenia będziemy mogli wyznaczyć stężenia otrzymanego destylatu i wrzącej cieczy.:

Otrzymane wyniki poddajemy weryfikacji obliczając teoretyczny skład pary będącej w równowadze z cieczą.

Z prawa Raulta mamy:

p = p_a + p_b

p_a = p_a^o * X_a

Gdzie:

p-ciśnienie całkowite

p_a-ciśnienie cząstkowe toluenu

p_a^o-prężność par toluenu w stanie czystym

X_a-ułamek molowy toluenu w roztworze ciekłym.

Z prawa Daltona mamy natomiast:

p = p_a*Y_a+ p_b*Y_b

Stąd:

Y _a= p/p_a^o * X_a

Gdzie: Y_a-ułamek molowy toluenu w parze.

Obliczamy poprawkę na zminę ciśnienia dla temperatury wrzenia.

T_w = T_w⁷⁶⁰ + ∆T/∆p *∆p

Stąd:

Temperatura wrzenia heksanu T_h=68,7 + 0,042(-6,5) = 68,4 ^oC (341,5 K)

Temperatura wrzenia toluenu T_t=110,6 + 0,046(-6,5) = 110,3 ^oC (383,5 K)

Mieszanina n-heksanu-toluen o temperaturze wrzenia 75,1 ^oC (348,3 K)

c	N^20D dla cieczy	N^20D dla pary	X0 toluenu w cieczy	X0 toluenu w parze
1	1,4299	1,3929	0,475	0,205
2	1,4296	1,3935
N^20D(śred.)	1,4297	1,3933

Mieszanina n-heksan-toluen o temperaturze wrzenia 80,3 ^oC (353,5 K)

LP	N^20D dla cieczy	N^20D dla pary	X0 toluenu w cieczy	X0 toluenu w parze
1	1,4496	1,4045	0,625	0,295
2	1,4499	1,4046
N^20D(śred.)	1,4495	1,4044

Mieszanina n-heksan-toluen o temperaturze wrzenia 83,8 ^oC (356,9 K)

LP	N^20D dla cieczy	N^20D dla pary	X0 toluenu w cieczy	X0 toluenu w parze
1	1,4598	1,4150	0,685	0,370
2	1,4595	1,4155
N^20D(śred.)	1,4597	1,4153

WNIOSKI

Wraz z obniżeniem ciśnienia zewnętrznego maleje temperauta wrzenia substancji ciekłej.

Zjawisko to związane jest z tym, że układ osiąga temperaturę wrzenia w momencie gdy prężność jego par jest równa ciśnieniu zewnętrznemu.

Prężność par nad cieczą oczywiście rośnie wraz ze wzrostem temperatury, wzrost wartości prężności par jest bardzo gwałtowny - postęp geometryczny.

Znając skład roztworu poddawanego wrzeniu można obliczyć, wykorzystując prawa Raulta i Daltona, skład równowagowej pary.

Periodyczna destylacja prosta może być użyta jako metoda rozdzielania dwóch substancji, które tworzą ze sobą układ zeotropowy.

WYKRES RÓWNOWAGI CIECZ- PARA

---