Skript Chemie-Diplom Grundoperationen Destillation mit Zeichnungen
Skript Chemie-Diplom Grundoperationen Destillation mit Zeichnungen
Skript Chemie-Diplom Grundoperationen Destillation mit Zeichnungen
Erfolgreiche ePaper selbst erstellen
Machen Sie aus Ihren PDF Publikationen ein blätterbares Flipbook mit unserer einzigartigen Google optimierten e-Paper Software.
<strong>Destillation</strong>/Rektifikation<br />
Molenbruch in Flüssigkeitsphase:<br />
Molenbruch in Gasphase:<br />
Gleichgewichtsdiagramme:<br />
x i<br />
y i<br />
y = f (x)<br />
Druckdiagramme: p ges = f (x, y)<br />
Siedediagramme:<br />
F = f (x) als Siedekurve<br />
T = f (y) als Taukurve<br />
Raoult: p i = x i . p i °<br />
Dalton:<br />
p i = y i . p ges<br />
Gleichgewichtsdiagramme<br />
Berechnung binäre Gemische (A, B)<br />
Raoult:<br />
p<br />
p<br />
A<br />
B<br />
= x<br />
= x<br />
A<br />
B<br />
⋅ p<br />
⋅p<br />
A<br />
0<br />
B<br />
Dalton:<br />
p<br />
A<br />
=<br />
p<br />
B<br />
=<br />
yA<br />
B<br />
⋅<br />
y ⋅ p<br />
p<br />
ges<br />
ges<br />
y<br />
y<br />
A<br />
B<br />
=<br />
x<br />
x<br />
A<br />
B<br />
p<br />
p<br />
⋅<br />
⋅<br />
0<br />
A<br />
0<br />
B<br />
x<br />
= α ⋅<br />
x<br />
A<br />
B<br />
(1−<br />
x<br />
A<br />
) ⋅ y<br />
α =<br />
x (1−<br />
y )<br />
A<br />
A<br />
A
allgemein:<br />
Y i<br />
1<br />
α≠1<br />
α=1<br />
1<br />
x i<br />
In der Realität gilt aber nicht immer:<br />
p<br />
A<br />
= x<br />
A<br />
⋅p<br />
o<br />
A<br />
sondern:<br />
p<br />
A<br />
= a = γ ⋅ x , <strong>mit</strong> a: Aktivität, γ: Aktivitätskoeffizient<br />
A<br />
A<br />
A<br />
ideale Mischungen:<br />
γ = 1 linearer Verlauf<br />
reale Mischungen:<br />
γ > 1 positive Abweichung (repulsive Wechselwirkungen)<br />
γ < 1 negative Abweichungen (attraktive Wechselwirkungen)<br />
Wie erhält man die Siedekurve?<br />
binäres Gemisch:<br />
Eine Gleichgewichtsbeziehung (Konode) zwischen x A und y A besteht.<br />
A:<br />
p<br />
A<br />
o<br />
o<br />
= B: = ⋅ = ( − ) ⋅<br />
x<br />
A<br />
⋅ p<br />
o<br />
A<br />
p<br />
B<br />
x<br />
B<br />
p<br />
B<br />
1<br />
x<br />
A<br />
p<br />
B
Daraus folgt:<br />
A<br />
( ) =<br />
o o<br />
x<br />
T<br />
p<br />
p<br />
ges<br />
A<br />
− p<br />
− p<br />
o<br />
B<br />
B<br />
Wie erhält man die Taukurve?<br />
p<br />
ges<br />
= p<br />
A<br />
+ p<br />
B<br />
= x<br />
A<br />
⋅p<br />
o<br />
A<br />
+<br />
o<br />
( 1−<br />
x ) ⋅p<br />
A<br />
B<br />
α ⋅ x<br />
A<br />
y A (T)=<br />
1+<br />
x α −1<br />
A<br />
( )<br />
Azeotrope:
Wasserdampfdestillation (gegen Normaldruck)<br />
P<br />
1 bar<br />
p H O<br />
2<br />
+ p<br />
Brombenzol<br />
p H O 2<br />
p Brombenzol<br />
95,5°C<br />
100°C<br />
Beispiel für Trennung Brombenzol über Wasserdampfdestillation<br />
Rektifikation:<br />
An jeder Phasengrenze gilt:<br />
T D<br />
T gr<br />
T F<br />
y gr<br />
y<br />
x<br />
Dampf<br />
x gr<br />
g D<br />
Flüssigkeit<br />
y gr und x gr stehen an Phasengrenze im Gleichgewicht.<br />
Stofftransportgeschwindigkeit:<br />
g D<br />
g D = βy (y gr - y) = β x (x – x gr )
McCabe-Thiele für binäre Gemische<br />
D: gesamter Dampfstrom [mol/Zeit]<br />
F: gesamter Flüssigkeitsstrom [mol/Zeit]<br />
E: abgenommener Erzeugnisstrom [<strong>Destillation</strong> in mol/Zeit]<br />
Bilanz:<br />
D = F + E<br />
Für leichter flüchtige Komponenten: gilt <strong>mit</strong> Rücklaufverhältnis<br />
F<br />
V =<br />
E<br />
y ⋅ D = x ⋅ F + x<br />
E ⋅<br />
E<br />
Y<br />
Steigung:<br />
v<br />
v+1<br />
x E<br />
x E<br />
v+1<br />
v +1 min<br />
x Sumpf<br />
x Entnahme<br />
X<br />
V →<br />
V →<br />
∞<br />
0<br />
Gleichgewichtsgerade<br />
bis V min möglich
Bodenzahl wird empirisch bestimmt.<br />
Bedenken:<br />
Sumpf verarmt, also kein konstantes System<br />
Zugabe<br />
Entnahme<br />
Bei Kolonnen <strong>mit</strong> Auftriebs- und Abtriebsteil<br />
müssen der Auftriebsteil wie oben und der<br />
Abtriebsteil gesondert bilanziert werden.<br />
Sumpf<br />
Antriebsteil:<br />
flüssig<br />
[F]<br />
Dampf<br />
[D]<br />
Sumpf[S]<br />
x ⋅ F = x<br />
s<br />
⋅S<br />
+ y⋅D<br />
y =<br />
F<br />
D<br />
⋅ x −<br />
S<br />
D<br />
⋅<br />
x s<br />
F<br />
V A<br />
=<br />
S<br />
da<br />
F = S + D<br />
VA<br />
1<br />
y = ⋅ x − ⋅<br />
V -1 V -1<br />
A<br />
A<br />
x s<br />
Auftriebsgerade<br />
x Sumpf x Zulauf x Entnahme<br />
Abtriebsgerade<br />
c:\ww\organisation\vl.destilllation.doc