lepÁrlÁs (desztillÁciÓ) alapfogalmak

LEPÁRLÁS (DESZTILLÁCIÓ)

AlapfogalmakKészítette: Varga István

VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA

varga.i@neobee.net

Definíció:Lepárlásnak nevezzük azt a műveletet, amely során az illékony folyadékelegy

részleges elpárologtatásával kapott gőzt kondenzáljuk.

A kondenzálás eredményeképpen keletkezett folyadékfázis összetétle

különbözik az eredeti kiindulási elegyétől.

A lepárlás (desztillálás) tehát szétválasztási művelet, amelyben a két vagy több illékony alkotót (komponenst)

tartalmazó homogén folyadékelegyet alkotóira lehet bontani.

ILLÉKONYSÁG alatt a komponensek meghatározott, de egymástól eltérő gőznyomását értjük a gőzfázisban.

A szétválasztás alapja az elegy komponenseinek azonos hőmérsékleten

eltérő gőznyomása, aminek következtében a lepárlás során mindegyik komponens illékonyságával (fugacitásával) arányos

mennyiségben kerül gőzállapotba.Legegyszerűbb esetben a kiindulási elegy

biner, azaz csak két alkotót tartalmaz. Ennek lepárlása során a gőz nagyobb mennyiségben tartalmazza a nagyobb illékonyságú , alacsonyabb forráspontú

alkotót, mint a kiindulási elegy.

• A lepárlás után visszamaradt folyadékot maradéknak nevezzük, míg a gőzők kondenzálásával kapott folyadékot párlatnak, vagy desztillátumnak

nevezzük.

A lepárlás módjai

Két, elvileg különböző lepárlási mód ismeretes:

Egyszerű lepárlás; Rektifikálás.

Egyszerű lepárlásA folyadékelegyet csupán egyszer, részlegesen párologtatják el, és az így

kapott gőzöket kondenzálják. Csak olyan elegyek szétválasztására alkalmas,

amelyek alkotóinak illékonysága nagymértékben különbözik.

A művelet lehet:Folyamatos és Szakaszos üzemű.

Rektifikálás

A rektifikálást akkor alkalmazzák, amikor az elegy alkotóinak forráspontja

kismértékben tér el egymástól, és egyszerű lepárlással az alkotókat nem

lehet egymástól különválasztani. A művelet lehet:

Folyamatos és Szakaszos üzemű.

A kétfázisú FOLYADÉK-GŐZ rendszer jellemzői

Biner elegyek fázisegyensúlya:

Ha az elegy két komponenst (K= 2) tartalmaz, és ezek között nem megy végbe kémiai kölcsönhatás, akkor

folyadék és gőzfázis jelenléte esetén a fázisok száma (F= 2). A fázisszabálynak

megfelelően az ilyen rendszerek szabadsági foka:

Sz = K + 2- F = 2 + 2 – 2 = 2

A rendszer állapotát három független paraméter határozza meg egyértelműen,

ezek a : Hőmérséklet (t), Nyomás (p) és az Egyik fázis koncentrációja (c).

A három paraméter közül kettő tetszőlegesen megválasztható, ezek

ismeretében a harmadik paraméter értéke meghatározható.

A biner elegyek felosztása

A kölcsönös oldhatóságtól függően megkülönböztetünk:

Egymásban korlátlanul elegyedő, Nem elegyedő és Korlátozottan elegyedő folyadékelegyeket.

A korlátlanul elegyíthető alkotók elegyei még feloszthatók:

Ideális elegyekre, mint amilyenek pl. a benzol – toluol, benzol – xilol, ciklohexán – toluol, klórbenzol – anilin, nitrogen – oxigen stb.

Reális (valóságos) elegyekre

Ideális elegyek

Az olyan elegyeket, amelyeknek alkotói minden arányban oldják egymást, az

elegyedési hő értéke nulla, továbbá az elegy térfogata gyakorlatilag állandó, és

viselkedésükben követik Raoult- és Dalton törvényét, ideális elegyeknek

nevezzük.

Raoult- törvénye:

Minden komponens parciális nyomása, pl. az alacsonyabb forráspontú A komponens

pA parciális nyomása a gőzfázisban arányos e komponens xA folyadékfázisbeli

móltörtjével.

Az arányossági tényező a komponensnek az adott hőmérséklethez tartozó PA

gőznyomása.

pA = PA· xA

illetve a B komponensre :

pB = PB · xB

mivel xA + xB = 1 , felírhatjuk:

pB = PB (1 – xA)

Dalton törvénye:

Az elegy fölötti gőznyomás, P egyezik a komponensek parciális nyomásának

összegével.

P = pA + pB = PA ·xA + PB (1 – xA)

p – x diagram

XA0

pt = const.

PB

PA

Az elegy fölötti össznyomás

• A Dalton törvénynek megfelelően, adott A komponens pA parciális nyomása arányos az yA gőzfázisbeli móltörtjével.

pA= P·yA

P – gőznyomás az elegy fölött.

A forráspontgörbe

A forráspontgörbe az elegy forráspontját, illetve kondenzálódási hőmérsékletét

ábrázolja az elegy összetételének (koncentrációjának) függvényében.

Az abszcisszatengelyre felmérjük a folyadékelegy összetételét, (X3) ebből a pontból függőlegest húzunk a forráspont-görbéig. Ezután a

metszéspontból vízszintes egyenest húzunk jobbra a kondenzációs görbe metszéspontjáig. Ez utóbbi metszéspontnak megfelelő abszcisszaérték adja meg az egyensúlyi gőz összetételét (y3).

Kondenzációs görbe

Az elegy komponenseinek relatív illékonysága

A folyadékelegy alkotóinak relatív illékonysága alatt a tiszta alkotók azonos külső nyomáshoz tartozó

gőznyomásának hányadosát értjük.

A

B

PP

A relatív illékonyság ismeretében kiszámítható és megszerkeszthető az ideális folyadékelegy

egyensúlyi görbéje.

Az egyensúlyi görbe y – x diagram Az alacsonyabb forráspontú komponens egyensúlyi

folyadék- (xA) és gőz- (yA) összetétele közötti összefüggést ábrázolja: