PK WIiTCh GR. 24 Zespół nr 1 |
Sprawozdanie zbiorcze z ćw. nr 3 |
Data: 23.05.2003 |
|
Destylacja Wyznaczanie krzywych równowagowych ciecz- para w układach dwuskładnikowych o całkowitej mieszalności. |
Ocena: |
1. Część teoretyczna
Destylacja jest procesem jednostkowym ma na celu wzbogacenie mieszaniny w składnik bardziej lotny.
Destylację prowadzi się do momentu gdy otrzymamy żądany produkt oraz tak aby był ten proces najkorzystniejszy z punktu widzenia ekonomicznego.
Warunkiem koniecznym który musi być spełniony aby można było przeprowadzić proces destylacji jest to aby skład cieczy był różny od składu pary otrzymanej w wyniku destylacji(destylatu)- jest to motorem napędowym tego procesu!
Para i ciecz są w stanie równowagi termodynamicznej gdy:
μc,A =μp,A (1)
Gdzie:
μc,A- potencjał chemiczny składnika A roztworu w cieczy
μp,A- potencjał chemiczny składnika A roztworu w parze
Dla roztworu doskonałego znajdującego się w stanie równowagi obowiązuje prawo Raoulta:
pA=PA·xA (2)
Gdzie:
pA- ciśnienie cząstkowe składnika A nad roztworem(np.A-B) [N/m2]
PA- prężność par nasyconych czystego składnika A [N/m2]
xA- ułamek molowy składnika A w cieczy [kmolA/kmol]
Znamy również zależność termodynamiczną:
pA= p·yA (3)
Gdzie:
p- ciśnienie całkowite wywierane na układ z zewnątrz [N/m2](u nas atmosferyczne)
yA- ułamek molowy składnika A w parze [kmolA/kmol]
Łącząc te dwa równania znajdujemy zależność między ułamkiem molowym składnika w cieczy i w parze:
yA= (PA/p)·xA (4)
Roztwory doskonałe (ich cząsteczki oddziałują na siebie takimi samymi siłami międzycząsteczkowymi są np. z jednego szeregu homologicznego BENZEN-TOLUEN) spełniają prawo Raoulta oraz dla roztworu dwuskładnikowego A-B
pB<p<pA co więcej zależność ciśnienia całkowitego nad takim roztworem w funkcji ułamka molowego składników ma charakter liniowy.
Roztwory rzeczywiste:
Zeotropy- obowiązuje warunek pB<p<pA,nie ma ekstremum, ale występują odchylenia od prawa Raoulta:
Dodatnie, jeśli : A-A i B-B>A-B całkowita prężność par nasyconych nad takim roztworem jest większa niż wynika to z prawa Raoulta.
Ujemne, jeśli : A-A i B-B<A-B całkowita prężność par nasyconych nad takim roztworem
jest mniejsza niż wynika to z prawa Raoulta
Jeśli jedne z tych oddziaływań bardzo przewyższają drugie mamy do czynienia z roztworem:
Azeotropowym- jest to roztwór o destylujący w stałej temperaturze bez zmiany składu. Występuje ekstremum czyli minimum prężności pary nasyconej nad roztworem(maksimum temperatury wrzenia) lub maksimum prężności pary nasyconej nad roztworem(minimum temperatury wrzenia).
Dla roztworu dwuskładnikowego gdzie xA>>xB dla xA, czyli rozpuszczalnika obowiązuje prawo Raoulta mimo że roztwór jest niedoskonały, natomiast dla xB, czyli substancji rozpuszczonej prawo Henry'ego:
pB= KH·xB (5)
KH- stała Henry'ego charakterystyczna dla danej substancji.
Destylacja którą przeprowadzam w laboratorium to destylacja IZOBARYCZNA.
2. Część praktyczna.
2.1 Odmierzam w cylindrze V[cm3] roztworu heksan-toluen.
2.2 Włączam obieg wody w chłodnicy następnie podłączam zestaw destylacyjny do prądu.
2.3 Napełniam zestaw do destylacji w którym ma ustalić się równowaga ciecz-para
ww. roztworem.
2.4 Doprowadzam układ do wrzenia i gdy ustali się temperatura wrzenia utrzymuje układ w
tym stanie 10-15 minut.
2.5 Odłączam dopływ prądu następnie gdy ciecz przestaje wrzeć pobieram próbkę pary i
cieczy do badania refraktometrycznego (czyli współczynnika załamania światła).
2.6 Badanie przeprowadziłam na kilku próbkach.
3. Analiza wyników uzyskanych przez poszczególne zespoły:
zespół |
Temperatura [oC] |
Ciśnienie [mmHg] |
1a |
80 |
756 |
|
83,5 |
|
|
86 |
|
1b |
77 |
754 |
|
80,5 |
|
|
94 |
|
2 |
94 |
754 |
|
79,5 |
|
3 |
88 |
754 |
|
92 |
|
4,5 |
88 |
749 |
|
90,5 |
|
6 |
87 |
758 |
|
96 |
|
|
100 |
|
7 |
85 |
758 |
|
97 |
|
8 |
82 |
749 |
|
84 |
|
Analiza wyników uzyskanych przez zespoły 1b,2,3 ze względu na takie same ciśnienie prowadzenia doświadczenia:
Temperatura [oC] |
x toluenu |
y toluenu |
68,45 |
0 |
0 |
77 |
0,502 |
0,204 |
79,5 |
0,584 |
0,196 |
80,5 |
0,552 |
0,210 |
88 |
0,750 |
0,410 |
92 |
0,850 |
0,550 |
94 |
0,830 |
0,584 |
94 |
0,908 |
0,562 |
110,32 |
1 |
1 |
Analiza wyników uzyskanych przez zespoły 6,7 ze względu na takie same ciśnienie prowadzenia doświadczenia:
Temperatura [oC] |
x toluenu |
y toluenu |
68,6 |
0 |
0 |
85 |
0,680 |
0,31 |
87 |
0,636 |
0,329 |
96 |
0,722 |
0,452 |
97 |
0,855 |
0,520 |
100 |
0,869 |
0,649 |
110,5 |
1 |
1 |
4. Wnioski
Z analizy wykresów wynika że wyniki uzyskane przez poszczególne zespoły są nie precyzyjne. Wyznaczone punkty nie pokrywają się z wykresem. Brak poprawności wykresów może wynikać z następujących faktów:
Nieszczelność aparatury
Niedokładność odczytu temperatury
Niedokładność odczytu współczynnika załamania światła ze skali refraktometru
Nieprecyzyjne odczyty z wykresu ułamek molowy-współczynnik załamania światła
Niedoskonałości oka ludzkiego
Substancją bardziej lotną w tym roztworze jest heksan. W destylacie jest go zatem więcej w stosunku do roztworu wyjściowego.
Wyszukiwarka