Damıtma Ders Notları
Transkript
Damıtma Ders Notları
2013/9/21 1 Gaz-sıvı Dengesi Diferansiyel Damıtma Damıtma Flash Damıtma Geri akmalı sürekli damıtma Çok Kademeli Damıtma 1 2013/9/21 Giriş 1 Damıtma nedir? Damıtma, iki veya daha fazla bileşen içeren bir karışımın ısıtılıp, buhar ve sıvı faz oluşturmak suretiyle daha uçucu bileşence zengin karışımların elde edilmesini sağlayan ayırma işlemidir. Distilasyon işlemi sırasında, buhar faz daha uçucu olan A bileşeni tarafından zenginleşirken, sıvı faz ise kaynama sıcaklığı daha yüksek olan B bileşenince zenginleşir. Fakat yüzde 100 A içeren bir buhar faz elde edilemez. 3 Damıtma; Maddelerin kaynama noktalarındaki farka, Bileşenlerin derişimlerine (farklı kaynama karakteristiği) Özetle sıvı karışımın buhar basıncı karakteristiğine bağlıdır. 4 2 2013/9/21 AŞIRI ISITILMIŞ BUHARBUH Sıcaklık, oC ÇİĞLENME NOKTASI EĞRİSİ KABARCIKLAN MA NOKTASI EĞRİSİ SOĞUK SIVI P= sabit Derişim, mol AUH 5 Örneğin, mol kesri A=0.4 ( A noktası)olan sıvı kaynama noktasına ulaşana kadar ısıtılırsa (B noktası), bu noktada kaynamaya başlar. C noktasına kadar denge halindedir ve bu noktada derişimi A=0.8 olur. Orijinal sıvıya göre %50 zenginleşmiştir. Bu fark Damıtmanın temel prensibini oluşturur. 6 3 2013/9/21 2 Kısmi buharlaşma ve kısmi yoğunlaşma x ekseni sıvıdaki uçucu bileşenin mol kesrini tanımlar y ekseni kaynayan karışımda sıcaklığı ifade eder; Kaynama eğrisi ABCJ Yoğuşma eğrisi ADEJ t3 sıcaklığında başlangıç derişimi x2 olan bir karışım G noktası ile gösterilir. A t1 t’ K t2 t3 D M N L E B G C J 0 x 1 x2 y1 x3 x4 1.0 x veya y benzen - toluen 7 Sabit basınçta ısıtıldığı zaman diyagramda aşağıdaki değişimler görülür: a) T ,T2 sıcaklığına ulaşırsa (B noktası), sıvı kaynayacak ve E noktasında gösterildiği gibi y1 derişimli buhar elde edilecektir. b) Biraz daha ısıtmayla , sıvının bileşimi uçucu bileşeni buhar fazına kaptırmasından dolayı biraz değişecek ve kaynama noktası t’ sıcaklığına artacaktır. Bu sıcaklıkta sıvı L ile simgelenen bir derişime sahip olacak ve buhar derişimi N ile açıklanacaktır.Geriye kalan sıvı ile oluşan buhar kütlesel oranı aşağıdaki gibi olacaktır. (Kaldıraç Kuralı)) sııv kütlesi MN buhar ML kütlesi 8 4 2013/9/21 c) Biraz daha t1’e ısıtılırsa tüm sıvı D buharı verecek şekilde buharlaşır, orijinal sıvının aynı derişiminde buharı elde edilir. H noktasını gösteren ve aşırı ısıtılmış buhar (kızgın buhar) D noktasına kadar soğutulduğunda K bileşimine sahip ilk sıvı damlacığı düşecektir. t’ sıcaklığına biraz daha soğutulursa L sıvısı ve N buharını verecektir. 9 3 Raoult ve Henry Yasaları 1. Dalton’un kısmi basınç yasası; toplam basınç kısmi basınçların toplamıdır P pi İdeal bir gaz veya buharın kısmi basıncı maddenin mol kesri ile orantılıdır. p A P. y A 2.İdeal bir karışım için, kısmi basınç sıvı fazdaki derişime bağlıdır ve Raoult’s yasası olarak yazılır. p A p A0 x A Burada PAo saf A’nın buhar basıncıdır. Bu bağıntı xA ’nın yüksek derişimleri için daha gerçekçidir. 1 0 5 Eğer karışım Raoult yasasına uyarsa , karışımın buhar basıncı grafiksel olarak iki bileşenin buhar basıncından bulunabilir. Yandaki şekilde verilen bir karışımda, OA doğrusu A’nın kısmi basıncı pA ve CB doğrusu B nin kısmi basıncı pB dir. Buhar basıncı 2013/9/21 G B E O0 F D C x sıvı mol kesri Böylece D bileşimli bir karışımda , pA kısmi basıncı DE ile verilir, pB kısmi basıncı DF ile, ve toplam basınç DG ile verilir. A 11 3. xA, ‘nın düşük değerleri için pA ve xA arasındaki bağıntı Henry kanunu ile belirtilir. p A HxA Burada H Henry sabitidir ve saf A maddesinin buhar basıncı değildir. 1 2 6 2013/9/21 2. Kaynama Eşitliği Eğer karışım Rault yasasına uyuyorsa, değişik sıcaklıklarda iki bileşenin buhar basınçları bilgisinden değişik xA ’lar için yA ’lar hesaplanabilir. Böylece pB pB0 xB 0 pA pA xA p A pB p A0 p y A y B x A xB 1 P P P P Bu durumda P pB0 xA 0 p A pBo 13 3 Bağıl Uçuculuk Biliyoruz ki, distilasyon bir sıvı karışımın uçuculuk farklarından yararlanılarak bileşenlerine ayrılmasıdır. O halde bileşenin uçuculuğu nasıl hesaplanır? 1. Uçuculuk Uçuculuk kısmi basıncın sıvı mol kesrine oranıdır. Yani; vA pA xA vB pB xB 14 7 2013/9/21 2. Bağıl Uçuculuk iki bileşenin bağıl uçuculuklarının oranı olarak tanımlanabilir. Yani; vA p x A B vB pB x A pA için P.yA ve pB için P.yB yazılırsa; y A xB yB x A veya A ve B nin sıvı ve buhar fazdaki oranları arasında bir bağıl değer verir. Böylece 15 ve ve xB 1 xA y A 1 xA 1 yA xA yA A xA 1 ( 1) x A xA yA ( 1) y A veya y A / xA y B / xB İkili bir karışım için, yB 1 y A yA x A yB xB Bu eşitlik bilinen xA’nın herhangi bir değeri için yA’nın bulunmasını sağlar. 16 8 2013/9/21 p A0 0 pB olduğunu gösteriniz! 17 BUHAR (y) DENGE EĞRİSİ SIVI (x) 18 9 BUHAR (y) BUHAR (y) 2013/9/21 SIVI (x) SIVI (x) BUHAR (y) BUHAR (y) 19 SIVI (x) SIVI (x) 20 10