Phasengleichgewicht (Destillation) - Beuth Hochschule für Technik ...

Zur Charakterisierung des Flüssig-Dampf-Gleichgewichtes in einem Zwei- oder Mehrkomponentensystem
dienen ebenfalls die Verteilungskoeffizienten j K bzw. die relative Flüchtigkeit α i, j , sie
können zu Vergleichen mit anderen Quellen benutzt werden.
K
j
xD,
j
= bzw.
x
F , j
K1
xD
⋅ ( 1−
xF
)
α 1,
2 ≡ =
bzw.
K x ⋅ ( 1−
x )
2
F
D
pD
, j
K j,
ideal = (14a,b)
p
p
ideal D,
1
α 1,
2 =
(15a,b)
p
2. Versuchsdurchführung - Messung der Gleichgewichtsdaten
Das zu untersuchende Stoffsystem wird zu Beginn des Versuches bekannt gegeben.
In der Phasengleichgewichtsapparatur werden Zweistoffgemische mit unterschiedlicher Zusammensetzung
zum Sieden gebracht. Ein Gleichgewicht zwischen Flüssigkeit und Dampf ist nur an der
Flüssigkeitsoberfläche annähernd vorhanden. Dort müssen also Proben für die weitere
Untersuchung entnommen werden. Mit einer „Cottrell“-Pumpe, deren Ansaugtrichter sich dicht
über der Flüssigkeitsoberfläche befindet, wird mit dem Dampf Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsoberfläche
mitgerissen. Das Gemisch wird in die darüber befindliche Trennkammer befördert.
In der Trennkammer und auf dem Wege dorthin können sich etwa noch vorhanden gewesene
Ungleichgewichte zwischen Flüssigkeit und Dampf ausgleichen. Damit es in der Trennkammer
nicht zu einer Teilkondensation kommt, besitzt sie einen bespiegelten und evakuierten
Doppelmantel, der von außen beheizt wird. Die abgetrennte Flüssigkeit wird der beheizten Blase
direkt wieder zugeführt, der Dampf erst nach erfolgter Kondensation. Der gesamte Prozess läuft
kontinuierlich, d. h. Dampf und Flüssigkeit werden kontinuierlich abgezogen und im unteren Teil
wieder zurückgeführt. Die Entnahme kleiner Probemengen aus diesen beiden Teilströmen erfolgt
auf dem Wege dorthin durch Öffnen von Magnetventilen.
Soll das Gleichgewicht bei dem Druck der Umgebung ermittelt werden, so ist das System hinter
dem Kondensator zu öffnen. In der Trennkammer befindet sich ein Widerstandsthermometer, es
misst die Gleichgewichtstemperatur. Weitere Thermometer befinden sich in der Blase und zwischen
Heizmanschette und Trennkammeroberteil.
Die entnommenen Proben werden mit Hilfe eines Refraktometers analysiert, aus den gemessenen
Brechungsindices wird mit Hilfe einer Kalibrierkurve die Zusammensetzung ermittelt. Die
erhaltenen Daten ergeben das gesuchte Gleichgewichtsdiagramm und das dazu gehörige
Siedediagramm.
Da die Ermittlung aller Versuchsdaten eines Zweistoffgemisches zeitaufwendig ist, wird der
Versuch von zwei Gruppen (an getrennten Tagen) durchgeführt: Eine Gruppe verändert die
Lösungskonzentrationen ausgehend von der reinen leichter siedenden Komponente in 8 Schritten,
die andere ausgehend von der reinen schwerer siedenden Komponente ebenfalls in 8 Schritten. Die
Messergebnisse werden ausgetauscht. Damit steht für die Auswertung ein kompletter Datensatz zur
Verfügung, um vollständige Diagramme zu erstellen.
Zur Messung wird die Apparatur mit 85 ml der entsprechenden reinen Komponente gefüllt und auf
Siedetemperatur gebracht. Nach Erreichen konstanter Temperaturen werden auf der Flüssigkeits-
und auf der Dampf/Kondensatseite Proben genommen (pro Probe ca. 1 ml). Mit einem kleinen
zeitlichen Abstand wird diese Probenahme wiederholt. Sind die Brechungsindices der beiden
Zweitproben identisch mit denen der zuerst genommenen Proben (eine kleine Differenz in der 4.
Stelle nach dem Komma ist zulässig), so ist der Gleichgewichtszustand erreicht. Das Volumen der
TFH Berlin, FB VIII, Labor Thermische VT, Phasengleichgewicht, September 2006 Seite 4
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