7. BINER ELEGYEK GŐZ-FOLYADÉK EGYENSÚLYA; SZAKASZOS REKTIFI KÁLÁS JELLEMZÉSE

Átírás

1 DESZTILLÁCIÓ BINER ELEGYEK GŐZ-FOLYADÉK EGYENSÚLYA; SZAKASZOS REKTIFI KÁLÁS JELLEMZÉSE A desztiáció foyadékeegyek akotórészeinek eváasztása az eegy részeges egőzöögtetéséve és az eküönített (átaában kondenzátatott) gőz, vaamint a foyadékáapotú maradék visszanyerésével Az eredeti eegy iékonyabb komponensei a gőzben, a kevésbé iékonyak a foyadékban dúsunak fe. A gőz kondenzációjának eredményeként nyert foyadékot desztiátumnak, az e nem pároogtatott foyadékot maradéknak nevezzük. A desztiációs eváasztás hatékonysága az akotórészek termodinamikai tuajdonságaitó, esősorban forráspontiátó és a desztiáció megvaósításának módjátó függ. Az eegyek képződése önként végbemenő foyamat, a komponensek eváasztása ezze szemben energiabefektetést igénye, amit a desztiáció során átaában hő formájában köz!ünk a rendszerre. Az ideáis eegyek képződését nem kíséri hőeffektus; iyenkor a foyamat hajtóereje az entrópia növekedése (!J.S > 0). A reáis eegyek képződése viszont többnyire hőfejődésse jár (M! < O), tehát a foyamatot kísérő szabadentapia vátozás (!J.G =!J.H - T!J.S) méginkább negatív. Az eegy eváasztásához minimáisan a!j.g-nek megfeeő (a gyakoratban enné több) energiát ke befektetni. Rektifikáássa hatékonyabb eváasztás érhető e, mint az egyszerű desztiációva, ugyanis ennek során a gőz foyamatosan, eenáramban érintkezik a rektifikáó oszop tetejérő visszafeé haadó foyadékka. A koonna mentén így több eegyösszetétené is beá a gőz-foyadék egyensúy; ezáta az iékonyabb komponens(ek) jeentősen nagyobb fedúsuása érhető e a desztiátum ban, mint az egyszeri desztiációnál 7.1. A desztiáció eméeti aapjai A desztiációs műveetek és berendezések tervezéséhez és működtetéséhez a gőzfoyadék egyensúyok, a komponens- és hőátadás eméetébő ke kiinduni, kiegészítve az eváasztandó komponensek eegyének egyensúyi adataiva, meyek ismeretében az adott desztiációs foyamat anyag- és energiamédegei meghatározhatók Biner eegyek gőz-foyadék egyensúya Kiinduásként vizsgájuk egy kétkomponensű (biner) foyadékeegy egyensúyának fetéteét saját gőzfázisával A fázisok közötti komponensátmenet tekintetében ez az egyensúy is a kémiai potenciáok egyenőségéve fogamazható meg: Ji] =Ji) (j=,2) (7.1) aho Jif i. Ji) a komponensek kémiai potenciája a gőz-, ietve a foyadékfázisban.

2 ' 64 DESZTILLÁCIÓ A (7.1) egyenet kifejtve: (uj r +RT n aj = (af r + RT!n af (7. 2) itt a 1 aj-edik komponens aktivitása a megfeeő fázisban. A kémiai potenciáok standard értékeit a standard fugacitásokkaehet kifejezni; az aktivirások pedig a máitörtekre vezethetők vissza. A j-edik komponens mótörtjét a foyadékban jeöjük.:~'-ve, a gőzben pedig };-ve. Az eőzőek figyeembevéteéve (7.2)-bő az p yf x. R Tin-= R Tin--- o 1 1 g P; Y;'Y; összefüggést kapjuk, aho az egyes komponensek standard fugacitását a foyadékfázisban p (azaz aj-edik komponens egyensúyi gőznyomása), a gázfázisban pedig p (a rendszer össznyomása) jeöi. A '}j aktivitási együtthaták közü a gázfázisra vonatkozóan (mérséket nyomáson) rj = 1 0=1,2) (7.4) érvényes. (7.4) fehasznáásáva a (7.3) egyenetbő következik: ami a jó ismert Raout-Da/ton-törvény. Ideáis eegyekné a foyadékfázisra is igaz, hogy: (7.3) - o f P'Y;-P; Y; x 1 (7.5) rf = 0=1,2) (7. 6) Ezze a fetétee az ideáis eegyekre érvényes a Raout-törvény, azaz a komponensek parciáis nyomása a gőzfázisban egyenesen arányos a foyadékfázisbei mótörtekke, ezáta az eegy gőznyomása a foyadék összetéteének ineáris függvénye. Biner eegy esetén tehát: o o o ( o o) p=p+pz=x p +x2 p2=p2+ P1-P2 x (7.7) Megáapodás szerint az iékonyabb komponens egyenj=; s mive: Y2 = - Y1 és x2 = - x1 a (7. 7) összefüggésbő az a= p~ p~ (reatív iékonyság) bevezetéséve az iékonyabb komponens mótörtje a gőzfázis ban: DESZTILLÁCIÓ 65 a x Y1 = +(a-) x 1 (7. 8) amey nem más, mint az egyensúyi görbe jó ismert egyenete. Ideáis eegyek esetén az a reatív iékonyság jó becsühető a tapasztaati Roseösszefüggésse: g a = 8 ' 9. Tz -. - T (7. 9) Tz +T aho T 1 és T 2 [K] az iékonyabb és a kevésbé iékony komponens abszoút n01má fonáspontja ( O!325 Pa nyomásná). Az ideáis biner eegyek visekedését a 7.1. ábra a sorában taáható diagramok szemétetik. Reáis eegyekben a komponensek moekuái között ható erők etérnek attó, mint ameyek a tiszta anyagok moekuái között feépnek. Ha az etérő moekuák közötti köcsönhatás kisebb, mint az azonosak közötti, akkor "pozitív etérésrő" beszéünk (7.1. ábra, b sor); ha viszont az etérő moekuák közötti köcsönhatás nagyobb, akkor,;1egatív etérésrő" beszéhetünk. Nagyobb mértékű etérésné a gőznyomás, ietve a fonáspont görbéken mutatkozó szésőérték ana uta, hogy a nemideáis eegy azeotrópot képez. Mindezt pozitív etérésné a c, erős negatív etérésné a d sorozat szeméteti a 7.1. ábrán. Az ideáis visekedéstő vaó pozitív etérés mértéke oyan nagy is ehet, hogy a két komponens korátotan eegyedő rendszert képez (e sor), vagy egyátaán nem is odódik egymásban (f sor) Desztiációs módszerek A desztiáció szakaszos és foytonos üzemben egyaránt megvaósítható. Mive egyszeri desztiációva átaában nem ehet a foyadékeegy komponenseit keő mértékben eváasztani, cészerű az enné jeentősen hatékonyabb, eenáramú, többszöri érintkeztetéses műveetet akamazni. "Többszöri érintkeztetés" esetén ugyanis akamasan tervezetttányéros vagy tötetes - desztiációs oszopokon eérhető, hogy az eenáramban haadó gőz- és foyadékfázis között többször beá az egyensúy. A gyakoratban hasznáatos desztiációs módszerek főbb jeemzr'\i a következőkben fogahatók össze. Egyszerií szakaszos desztiációná a kiforraó üstbe adott mennyiségű eegyet tötünk és fonani kezdjük. A gőzt evezetjük és kondenzátava összegyűjtjük mindaddig, amíg a desztiátum (vagy a maradék) összetétee egy meghatámzott értéket e nem ér. Egyszeri[ foyamatos desztiáció (vagy fash desztiáció) végrehajtásáná a foyamatosan betápát eegyet részegesen egőzöögtetjük (p. csőkemencében); a kapott gözt és foyadékot pedig foytonosan evezetjük. Ezt a műveetet a kőoajiparban akamazzák eterjedten.

3 66 a) b) Ic) d) ~ ~~~) -~::'\ _,;j DESZTILLÁCIÓ p~ t::f~::j-~ 1 1 p ~~--~~:y~--1 T O~~ :: y."kzjx 19. p F..._ ~ O ~~--=-=-x-~ ;::~=-; p~tb='~'/0x gy~gy2 Igy ~p, F 0 X ~T6Jy't2J\~ O x 1,y 1 O x 1,y 1 O x 1 g p~~~~ TN{-dY,~ fl-:_2 f - - F v :=» O x 1,y 1 ~ ro x 1,y 1 \ O~x 1 Oo -----~-~ p T... H - Igy p..-- r---~ F',. ~--- j. i i 1 Pz : i O x 1,y 1 1 O X 1,y 1 O x o x 7.1. ábra: Biner eegyek tipikus gőznyomás (), fon áspont (2), egyensúyi (3) és aktivitási együttható (4) diagramjai DESZTILLÁCIÓ Szakaszos rektifikáásná a kiforraó üstben évő eegyet forráspontig hevítjük, a gőzöket fefeé vezetjük a koonnában, majd kondenzátatjuk. A kondenzátum egy részét, a refuxot visszavezetjük az oszop tetejére, a másik részét tennékként evezegük. A rektifikáás t addig foytatj uk, míg a desztiátum vagy a maradék összetétee eéri az eőírt értéket. A szakaszos rektifikáás a gyakoratban kétféeképpen végezhető: () áandó desztiátum össze- ~.---- téte és vátozó refuxarány; (2) vátozó desztiátum összetéte és áandó refuxarány meett. Foyamatos rektifikááskor a műveetet ugyanúgy indítjuk, mint a szakaszos ejárásná, de nem vesznek e termékeket; azaz tejes refuxot akamazunk mindaddig, míg az oszopon nem á be az áandósut áapot. Ezután kezdhetjük meg a kiinduási eegy foyamatos betápáását az oszop vaamey közbenső pontján. Az oszop feső végérő távozó gőzt kondenzátatjuk, s ennek egy R része kerü csak ret1uxként vissza a M koonnára, a másik részét desztiátumként evezetjük; a kifonaó üstbő pedig a maradékot vehetjük e foyamatosan. A müködés során kiaakuó stacionárius áapotban a desztiátum és a maradék árama, vaamint összetétee áandó. Jeen munka során a szakaszos rektifikáóoszopok működését tanumányozzuk, ezért csak ennek eírásáva 7.2. ábra: Szakaszos rektifikáó berendezés fogakozunk részetesen Szakaszos rektifikáás A 7.2. ábrán átható aboratóriumi rektifikáó oszop működése csupán annyiban tér e a gyakoratban akamazott berendezésekétő, hogy a desztiátumot a koonna megkerüéséve visszavezegük a kiforraó edénybe; így a műveet során a kiinduási eegy mennyisége nem csökken, és összetétee sem vátozik. Mindez eőfetétee anna0,.hogy az adott berendezés működése során is kiaakuhasson az időben áandósut (stacionárius) áapot, ami áta tanumányozha0uk, hogy küönböző refuxarányokka miyen desztiátum összetéte érhető e. 67

4 68 DESZTILLÁCIÓ DESZTILLÁCIÓ!)<,) Y1 = x2 Ezze a foyadékka van egyensúyban a második tányért ehagyó Y2 összetéte ü gőz; a stacionaritás miatt azonban az is fenná, hogy: Y2 = X.J x. A harmadik tányérró feszá, x 3 -ma egyensúyban évő y 3 összetéteű gőz a hütőben tejesen kondenzáódik, így a hűtőrö visszafoyó kondenzátum összetétee ezze!esz azonos, azaz: Xo= )'3 y 1. ta nyer Ez végü azt eredményezi, hogy az ideáisan működő, háromtányéros oszopon az x 8 koncentrációjú kiinduási eegybő x 0 összetéteü desztiátumot nyerünk. Nyivánvaó továbbá, hogy stacionárius áapotban az Fi foyadékáramok megegyeznek egymássa és a Ci gőzáramokka is (Fi, i. Ci: móáramok; i= 1,2,3). Az eddig emondottak ideáisan működő tányéros oszopokra érvényesek. Ismeretes azonban, hogy vaós körümények között átaában nem á be az egyensúy, azaz a gyakoratban hasznáatos tányérok hatásfoka (eváasztóképessége) kisebb, mint az ideáis vagy eméeti tányéroké. A vaós körümények között működő berendezések eváasztóképességé a veük azonos eváasztist megvaósító ideáis oszop tányérjainak ne számáva, az eméeti tányérszámma szokás jeemezni. Vizsgájuk meg tejes refux akamazásameett (desztiátumot nem vezetünk c) a rektifikáó oszop jeemző it. Az R refux egyen: F R=- (=oo) D (7.10) 7.3. ábra: Ideáisan müködő tányéros oszop munkamódja tejes refux esetén Rektifikáó oszop eméeti tányérszámának meghatározása tejes refuxná A 7.3. ábrán átható ideáis működésű háromtányéros szakaszos rektifikáóberendezés kiforraó edényébe tötsünk egy kétkomponensű ideáis eegyet (az eegy egyensúyi görbéje szintén megtaáható a 7.3. ábrán). Az iékonyabb komponens mótörtje a kiforraó edényben egyen x 8, az innen feszáó gőzben pedig y 8. Stacionárius áapotban az oszop eső tányé1ján a foyadék összetétee ez utóbbiva egyezik meg, azaz Xj = YB Az eső tányéitó feszáó y 1 koncentrációjú gőz egyensúyban van az x 1 összetéteű foyadékka. A stacionárius működés fefogható úgy is, hogy az y 1 koncentrációjú gőz kondenzátuma képezi a következő tányér foyadékát, tehát: aho F az oszop ba visszavezetett kondenzátum árama, D pedig az evezetett kondenzátum árama, a desztiátum. Itt ke megjegyeznünk, hogy a szakirodaomban refux és a refuxarány fogama sokszor keveredik, ez utóbbi megegyezik az átaánosan definiát recirkuációs aránnya: F F R r=-=--=-- (7. JI) G D+F R+ és tejes refux esetén: r =. Az eddigiek szerint tehát ha isme1jük a kifoitaóedényben maradó anyag x 8 és a desztiátum x 0 koncentrációját, akkor ezeket az egyensúyi diagramba berajzova, a McCabe-Thiee módszer akamazásáva megszerkeszthetjük az egyensúyi görbe és az x= y egyenes közötti "épcsőket". A 7.3. ábrán átható, hogy a háromtányéros ideáis oszopná négy épcső rajzoható be; ennek oka az, hogy a kiforraóedénybő is egyensúyi összetéteü gőz távozik, s a szerkesztésben ez is épcsőként mutatkozik. Az oszop n, eméeti tányérszáma tehát eggye kisebb, mint a épcsők száma. (A gyakoratban azonban

5 ';() DESZTILLÁCIÓ DESZTILLÁCIÓ 71 ez TLindig kevesebb GZ adott tányéros oszop n, vaódi tányérszámáná.) Az n, eméeti- és az n, vaóei tányérszámok viszonya szagátatja a ko onna, ietve r; gy vaóei túnyér 17 hatásfokát. Rektifikááshoz tányéros oszopokon kívü tötetes vagy üres koonnák is hasznáhatók. Az x 8 és xv értékének ismeretében az eőzőekke azonos módon ezek eméeti tányérszáma is meghatározható, ezze jeemezhetjük az adott berendezés eváasztóképességél Ha a Lötetes (vagy üres) oszop magasságát osztjuk az eméeti tányérszámma, megkapjuk a HETP (Height Eqivaent to one Theoretica Pate) egyenértékű tányérmagasságot Egy rektifikáóberendezés ne eméeti tányérszáma és HETP értéke függ a refuxaránytó, az evúasztandó eegy össszetéteétő és anyagi minőségétő, tötetes oszopokná pedig esősorban a tötet fajtájátó, vaamint méretétő. A tervezés szempontjábó az is probémát jeent, hogy a HETP érték az oszop terheésétő (betápáás i áram) és geometríájáó (átmérő) is függ Szükaszos rektifikáó oszop eméeti tányérszáma véges rejuxná Az eőbbiekben fetéteeztük, hogy az oszop tejes refux akamazásáva működik.,\ gyakoratban azonban, amikor egy adott eegy eváasztása a cé, a desztiátumot foyamatosan e ke vezetnünk; azaz az oszop vaamiyen véges refux meett dogozik. Ha az eőbbi, háromtányéros ideáis oszopot tekintjük, akkor véges refux eseténegyik tányérná scm fog megegyezni az oda ecsorgó foyadék és az onnan feszáó gőz össszetétee. A gőz y és a foyadék x koncentrációját az oszop bármey tányérján az anyagmédegek aapján ehet meghatározni. Ezek feírásához téteezzük fe, hogy az oszop moáris anyagforgama áandó, azaz az egyes tányérokon bekövetkező összetétevátozás eenére sem a feszáó G" gőzáram, sem a efoyó F" foyadékáram nem vátozik az oszop mentén. Iyen körűmények között a meghatározható az oszop két tányérja (n-edik és 11+ edik) közöti anyagforgaom bruttó anyagmér!ege, ietve az iékonyabb komponens anyagmérege: G".1 = F" +D (7.12) ietve (mive az anyagáramok áandóak, azokat nem indexej ük): G Yn+ = Fx" + D x 0 (7.13) A (7.12) és (7. 13) összefüggésekbő kifejezhetjük az oszop mwzkavonaának egycnetét: F D (7.14) Yn+ = D+ F x" + D+ F Xo Osszuk e a (7.14) egyenetjobb odaát D-ve, és hasznájuk fe a (7.10) összefüggést, s így a következő kifejezést kapjuk: R 1 Yn+= R+x"+ R+Xo (7.15) A (7.15) egyenette az oszop tányérjai között számíthatjuk a gőz összetéteét a foyadék összetéteének a függvényében, míg az egyes tányérokró egyensúyi összetéteű foyadék, ietve gőz távozik (ezt az értéket az egyensúyi görbérő ovashatjuk e). Az egyensúyi diagramban az m iránytangensű munkavona, mint az a 7.4. ábrán átható, az ordinátát az A pontban metszi: A=~ R+ az y =x egyenest pedig abban a pontban, aho: y 1 = x 0 A munkavona iránytangense: R m=-- R+ Meg ke jegyeznünk, hogy tejes refuxná (R = végteen, vagy r = ) a munkavona egybeesik az egyensúyi diagram átó r------~:::o~~ (7.16) (7.17) jáva. : Az eddigiek aapján numerikusan, i vagy grafikusan meghatározható, hogy adott, ' y véges refuxarány meett, adott eméeti tányérszámú oszoppa miyen eváasztás ér-! : : hető e. : A gyakoratban a feadat inkább az, A J-XD o0 ' ' hogy adott x 8 összetéte ű eegybő vaamiyen i x 0 koncentrációjú desztiátumot ke eőáítani, s az ehhez szükséges eméeti tányérszá XBX X2 X3 XD mot ke meghatározni. o x Ebben az esetben úgy járhatunk e,!10gy xv figyeembe véteéve kiszámítjuk a 7.4. ábra: Ideáis oszop működése küönböző refuxarányok meett érvényes véges refuxná munkavonaakat, és ezeket berajzojuk az egyensúyi diagramba. Ezután a desztiátum összetéteébő (x 0 pont) kiinduva megszerkesztjük a épcsőket az x 8 kiinduási összetéteig. A 7.5 ábrán küönböző refuxokhoz tartozó munkavonaakat ábrázo tunk, és a tejes refuxhoz tartozó épcsőket is berajzotuk. A 7.5. ábra aapján az is nyivánvaó, hogy R értékét nem ehet tetszőegesen csökkenteni, mert ha a munkavona oyan merecekségű, hogy az a kiinduási eegy x 8 összetéteének megfeeő egyenest nem metszi az egyensúyi görbe és az átó között, akkor a épcsők már nem rajzohaták be. Az Rmin szésőértéket akkor kapjuk, ha a munkavona az x = x 8 egyenest éppen az egyensúyi görbén metszi (7.5. ábra, C pont). Az iyen refux meett az eváasztáshoz szükséges eméeti tányérok száma végteen, és ezért ezt az értéket mi-

6 72 nimáis refuxnak nevezzük. Az R, ; heye az egyensúyi görbe aakjátó, a kiinduási eegy x 8 összetéteétő és a desztiátum eőírt x 0 értékétő függ. Ha ábrázojuk az eméeti tányérszám és a refuxarány közötti kapcsoatot, akkor, mint az a 7.6 ábrán átható, R= FID< 8 refux esetén az adott eváasztáshoz szükséges eméeti tányérszám rohamosan növekszik.,j O n 5 0 S ID IS" ZO 1~ )o Rmin R 7.6. ábra: Az ne és R közötti kapcsoat y 0,5 DESZTILLÁCIÓ ::::::- ~= 0,95 o xno;s x 7.5. ábra: Szakaszos rektifikáóoszop munkavonaai küönböző refuxokná Az ábrán két szésőérték taáható: _ vagy nagy refux akamazásáva és kis tám n nyérszámú oszoppa dogozhatunk, vagy fordítva. A gyakoratban többnyire kerüik a szésőségeket, de ehetőeg magas, azaz nagy tányérszámú koannákat akamaznak, hogy a desztiátum mennyisége a refuxhoz képest miné nagyobb ehessen. A hosszú oszop építését ugyanis csak egyszer terhei a beruházási kötség, a nagy refuxarány viszont a jeentősen nagyobb energiaszükséget (fűtés + hűtés) miatt áandó működtetési kötségtöbbetet igénye A gyakorat kiviteezése A feadat A munka során a gyakoratvezető áta kijeöt részfeadatokat ke evégezni. Ezek három csoportba sorohatók: (i) a refraktometriás mérés kaibráása, (ii) gőz-foyadék egyensúyi görbe meghatározása, és (iii) szakaszos rektifikáó berendezés üzemetetéséhez kapcsoódó paraméterek meghatározása., ~ 1 ' ~.,:,, >i:; ~!,! ~.~ ~: :; 't n,,,. 1: '~ J r,'. 1~!' J~ ~ ] ir 1'r: 1:, j i',' ~~ ( J:. J: ] ~ 'i i' i J ~~ ' -~ i DESZTILLÁCIÓ tábázat: Foyadékok fontosabb fizikai adatai20 C-on Komponens Reatív moe- Sürűség FoJTáspont no kuatömeg (kg m 3 ) (OC) hexán 86, ,7 1,3754 heptán 100, ,4 1,3876 oktán 114, ,7 1,3975 cikohexán 84, ,4 1,4290 benzo 78, ,1 1,5011 touo 92, IIO,S 1,4969 metano 32, ,7 1,3311 etano 46, ,4 1,3624 -propano 60, ,2 1, propano 60, ,5 1,3736 -butano 74,! ,7 1, butano 74, ,5 1,3970 t-butano 74, ,0 1,3840 dieti-éter 74, ,6 1,3497 aceton 58, ,3589 meti-eti-keton 72, ,6 1,3807 eti-acetát 88, ,2 1,3722 _,,,4631 i koroform 119, ,3,4464 i szén-tetrakorid 153, ,8 J,2-dikór-etán 98, ,44"t3 i piridin 79, ,3 1,5092 víz 18, ,0 1,3333 J' j[

7 74 DESZTILLÁCIÓ Kísérteti munka Refraktometriás kaibráó görbe meghatározása A foyadékfázis és a (kondenzát) gőz összetétee refraktométerre követhető. A kiadott feadattó függőerr V 1 +V 2 = 5, ietve 50 cm 3 összes térfogatú biner foyadékeegyeket, úgy, hogy azok az iékonyabb komponensre nézve a gyakoratvezető áta megadott összetéteűek (cészerüen O, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 tf%) egyenec Amennyiben a gyakoratvezető utasítása szerint a gőz-foyadék adatokat számítanunk ke, úgy nincs szükség 50 cm 3 odattérfogatok összemérésére. A törésmutatók kényemesen meghatározhatók 5 cm 3 összes eegytérfogatbó, amiket burettáva vagy dugattyús pipettáva közvetenü egy-egy kémcsőben mérünk össze. A kémcsőbő mintát véve a nujoy törésmutatókat határozzuk meg. A komponensek sűrüségének és reatív moekuatömegének (7.1. tábázat) ismeretében a tf%-os összetéteeket motörtre (x 1 ) számítjuk át. Ennek függvényében ábrázova az nvjay törésmutatókat, megszerkesztjük a kaibrá ó görbét. Az adatok rendszerezésében a 7.2. mintatábázat ehet segítségünkre. Ha a vizsgát biner eegy gőz-foyadék egyensúyi görbéjét szerint ke meghatároznunk, akkor a törésmutató-eegyösszetéte összefüggés meghatározása a következőképpen történik: az Erenmayer-ombikokba ekészített 50 cm 3 összes térfogatú eegyek kis részetébő megmérjük az nu,foy törésmutatókat, majd az eegyeket a pontban eírtak szerint hasznájuk fe az egyensúyi adatok mérésére.. kompon ens tf% L 7.2. tábázat: A gyakorat során mért, vagy számított paraméterek rendszerezésének egy ehetséges mócja. Bemért oeattérfogat x, V, (cm 3 ) v 2 (cm 3 ) forráspont. n D.foy n,göz (OC) YI Biner eegyek gőz~foyadék egyensú(vi görbéinek kísérteti meghatározása Vizsgáatainkat a 7.7. ábrán átható készüékke végezhetjük, ami a ombikmeegítőbcn eheyezett háromnyakú gömbombikbó (fonaóecény), az ehhez csatakozó gőzmintavevöbő és h(ítőbő á. A kiforraóha merü be a foyacék-mintavevő és a forráspont meghatározására szogáó hőmérő. Adott nyomáson az egyensúyi görbe meghatározásához mincen egyes egyensúyi áaputban három adat:.x 1, Yi és T 8 összetartozó értékeit ke ismerni. Küönös figyemet ke fordítanunk arra, hogy az adatok meghatározásakor a gőz és a foyadék vaóban egyensúyban egyen egymássa. A foyadékfázis és a (kondenzát) gőz összetétee refraktométene követhető. Két büretta segítségéve készítsünk V 1 +V 2 =50 cm 3 összes térfogatú foyadékeegyeket Er'., :b i ' t ;J' J,., ;;:,1, ',, i 'i'' i!, ' i~ ',, q,, ' ~< ;,,, v F J v ~~:- i:: r!' 1 DESZTILLÁCIÓ 75 enmeyer-ombikokba úgy, hogy azok az iékonyabb komponensre nézve a gyakoratvezető áta megadott összetéteűek (cészerűen O, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 tf%) egyenek. 1, Ha megkaptuk a részfeadatot, akkor most határozzuk meg az ismert összetéteű foyadékeegyek törésmutatóit. Ezután nyissuk meg hütővizet, és a fonaóedénybe tötsünk a vizsgáandó mintábó a méréshez eegendő mennyiségü (kb. 50 cn) foyadékot, tegyünk bee forrkövet és kezdjük e meegíteni. Az eegy forráspontjának eérésekor a képződő gőzbuborékoknak át ke haadniuk a foyadék tejes térfogatán, hogy ehetőség nyíjon az egyensúy eérésére. Ameddig a foyadék nem forr egyenetesen (kb. 3-4 perc), a kondenzáódó gőzöket a gőz-mintavevő csap ezárásáva vezessük vissza a fonaóedénybe. Az egyenetes fonás áapotának eérése után ovassuk e a hőmérőt; majd a mintavevő csapot efordítva vegyünk kb. cm 3 mintát a koncenzátumbó, és mérjük meg a törésmutatóját (szobahőmérséketen). Hagyjuk hűni a készüéke!, és a foyadékfázisbó is vegyünk mintát; ennek szintén mérjük meg a törésmutatóját, s a kaibrációs görbe aapján határozzuk meg az összetartozó.x 1, Yi kancentrációkat Ezután szárítsuk ki a készüéke!, és a többi eeggye is végezzük e a mérést ábra: Gőz-foyadék egyensúyi készüék A tiszta komponensek forráspontjaként ne az irodami értéket fogadjuk e, hanem az adott berendezésben ezt is határozzuk meg. Az egyensúyi méréseket minden kiadott foyadékpána végezzük e. Az eredményeket cészerü a 7.2. mintatábázatban megadott módon rendszerezni A tábázatban az. index az iékonyabb foyadékkomponenst azonosítja. A tábázat utosó oszopában szerepe az iékonyabb komponensnek a ecsapott egyensúyi gőzfázisbei mótörtje, amit a mért no,göz értékbő az eőbb meghatározott refraktometriás kaibráó görbe segítségéve számounk ki Biner eegyek gőz-foyadék egyensúyi görbéjének számítása A részfeadat során a gyakoratvezető áta kijeöt biner eegy komponenseinek fonáspontjai (d. 7.. tábázat) aapján, a Rose-összefüggés segítségéve (7. 9 egyenet) kiszámítjuk az a reatív iékonyságot, majd a 7.8 összefüggést hasznáva megszerkesztjük

8 76 DESZTILLÁCIÓ a gőz-foyadék egyensúyi görbét Szakaszos rektifikáó oszop eméeti tányérszámának meghatározása A 7.2. ábrán átható berendezés (tötetes rektifikáó berendezés) ombikmeegítőbő, az (A) kifonaóedénybő, ameybe az (E) foyadék-mintavevő nyúik be, a cseréhető rektifikáó oszopbó és hütőkbő, a (H) refux-szabáyzó szeepbő, az (S) gőz-mintavevőbő és az (M) cesztiátum-recirkuációs egységbő á. A koonna fejhőmérséketének mérésére szogá a benyúó hőmérő, míg a (B) evegőztető szeep a rendszer nyitottságát biztosítja. Eső épésként a kifonaóedénybe tötsünk kb. 500 cn/ foyadékot úgy, hogy az iékonyabb komponens x 8 koncentrációja cészerüen 0,3-0,4 körü egyen. Ezután eenőrizzük a készüék összeszereését, majd a hütővíz megnyitása után a kifonaóecényben évő eegy meegítéséve indítsuk e a rektifikáást. Az oszop eméeti tányérszámát eőször tejes refux meett határozzuk meg. Iyenkor a (H) szeepet tejesen zárjuk e. A stacionárius üzemmód beáta után (kb. 60 perc) vegyünk mintát a kifonaóedénybő a (E) mintavevőve, a desztiátumbó pedig az (S) mintavevőve, úgy hogy a (H) szeepet megnyitjuk. A desztiációs maradék és a desztiátum összetéteét refraktometriásan határozzuk meg, az eőzőekben fevett kaibrációs görbe aapján. Ezután a (H) szeep nyitásáva áítsunk be R = 10, majd R = 5 refuxot, és a stacionárius áapot eérése után iyen körüményee között is határozzuk meg az x 0 és az xs értékét A refuxarány mérését cseppszámáássa végezhetjük, s ezen mérésekné az (S) mintavevőt úgy ke fordítani, hogy a desztiátum visszafoyhasson a kifonaóedénybe. Ezután a készüéket hagyjuk kiháni, majd a tötetes oszopot cseréjük ki egy ugyanoyan hosszúságú üres koonnára, és tejes refux meett az eőzőekben ismertetett módon végezzük e a méréseket Stacianer áapot eérésének vizsgáata Vaamennyi foyamatos ipari technoógia kritikus szakasza a berendezés indítása és fefuttatása a stacianer áapotig. Vizsgájuk meg, hogy hogyan vátozik a desztiáóberendezésünk fejtermékének összetétee az idő függvényében! Ehhez a szerint indítsuk e a rektifikáást, majd 5 percenként vegyünk mintát a fejtermékből A min-. ták összetéteét refraktometriásan határozzuk meg és ábrázojuk az indítástó etet idő függvényében. A mintavéteezést addig foytassuk, amíg 3 egymást követő fejtermék összetéte a mérés hibáján beü meg nem egyezik. Végezzük e a mérést tejes (R= oo) és véges (R- 5) refux meett is. Ábrázojuk mindkét görbét, vizsgájuk meg hogy a refux vátoztatása hogyan befoyásoja a staeionaritás eéréséhez szükséges időt! DESZTILLÁCIÓ 77 mátor kimenő tejesítményét a gyakoratvezető áta megaeott értékekre (p. 40, 60 és RO %) és vizsgájuk meg. hogy a nagyobb foyadék- és gőzáramok hatássa vannak-e az oszop eméeti tányérszámára. Ez a mérés minc tejes, mind véges nagy refux meett evégezhető. Ez a kíséret jó kombináható a szerinti időfüggés-vizsgáatta is. A gyakorat során fokozottan oda ke figyeni a kondenzátor megfeeő hütővíz eátására A mérési eredmények értékeése Az egyensúyi mérések során kapott adatokat fogajuk tábázatba, és ezek aapján szerkesszük meg az ideáis és a nemideáis eegy () kaibrációs görbéjét, (2) forráspont és harmatpont görbéjét, (3) egyensúyi görbéjét. A rektifikáásná kapott adatokat is fogajuk tábázatba, és az adott eegy egyensúyi diagramjában szerkesszük meg a McCabe-Thiee fée épcsőket, azaz határozzuk meg a tötetes és az üres oszopokná az egyes refuxokhoz tartozó ne eméeti tányérszámot, és az oszopok hosszának ismeretében a HETP értékeket is Fehasznát és ajánott irodaom a 7. fejezethez Födes P.- Fonyó Zs.: Rektifikáás, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, Satter, K.: Termikus evcíasztcísi módszerek, Müszaki Könyvkiadó, Budapest, HaászJ.-Hannus I.: A vegyipari és környezettechnikai miíveetek aapjai, JATEPress Kiadó, Szeged, A rektifikáó oszop anyagforgamának vizsgáata A 7.2. ábra szerinti desztiáó berendezés anyagforgama a kifonaó üst fütőköpenyének eektromos tejesítményéve befoyásoható. Áítsuk a szabáyozó transzfor-