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Termodinamica Chimica

Universita’ degli Studi dell’Insubria . Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale. Termodinamica Chimica. Separazione di Fase. dario.bressanini@uninsubria.it http://scienze-como.uninsubria.it/ bressanini. Soluzioni Binarie. Soluzioni Binarie.

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Termodinamica Chimica

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Presentation Transcript

  1. Universita’ degli Studi dell’Insubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale Termodinamica Chimica Separazione di Fase dario.bressanini@uninsubria.ithttp://scienze-como.uninsubria.it/bressanini

  2. Soluzioni Binarie

  3. Soluzioni Binarie • Consideriamo una soluzione di due liquidi volatili A e B • Entrambi i liquidi sono in equilibrio con il loro vapore, ad una determinata pressione di vapore. • La composizione del liquido e del vapore sono uguali o diverse? • Dall’esperienza ci aspettiamo che il liquido con il punto di ebollizione più basso sia più ricco nella fase vapore. © Dario Bressanini

  4. Diagramma Liquido-Vapore • Assumiamo che i liquidi volatili A e B seguano la legge di Raoult. • pA = xApA* pB = xBpB* • Calcoliamo la pressione totale • p = pA + pB = xApA* + xBpB* = pB* + (pA* - pB*) xA © Dario Bressanini

  5. Diagramma Liquido-Vapore • Possiamo interpretare il grafico come un diagramma di fase. • Al di sopra della retta, la pressione totale è superiore alla pressione di vapore e ho solo liquido Liquido Vapore • Al di sotto, la pressione di vapore è superiore alla pressione totale, e posso avere un equilibrio liquido-vapore © Dario Bressanini

  6. Diagramma Liquido-Vapore • Possiamo ora calcolare la composizione del vapore (y) e la pressione totale assumendo la legge di Dalton • YA = pA/p YB = pB /p © Dario Bressanini

  7. liquido liquido + vapore vapore Diagramma Liquido-Vapore • Possiamo unire i due diagrammi • Sull’asse orizzontale vi è la composizione, sia del liquido che del vapore © Dario Bressanini

  8. Distillazione • La Distillazione è il processo di separazione di un liquido da una soluzione sfruttando la diversa pressione di vapore (o il diverso punto di ebollizione) © Dario Bressanini

  9. Distillazione a Pressione • Nel punto a è presente solo il liquido • Diminuisce la pressione • Al punto a1 alla pressione p1 compare il vapore • Il vapore ha la composizione a1’ ed è più ricco nel componente A • Portiamo la pressione a p2 © Dario Bressanini

  10. Distillazione a Pressione • La pressione è a p2 • Il vapore ha composizione a2’ • Il liquido ha composizione a2 • Ad a3’ il liquido residuo ha composizione a3 • Diminuendo la pressione, abbiamo solo vapore © Dario Bressanini

  11. Distillazione Frazionata • Di solito la distillazione viene effettuata innalzando a pressione costante la temperatura di una miscela di liquidi volatili. • Possiamo separare le componenti sfruttando il diverso punto di ebollizione • Il vapore, più ricco nella componente più volatile, viene rimosso e condensato, pronto per essere distillato nuovamente © Dario Bressanini

  12. © Dario Bressanini

  13. Diagramma Temperatura-Composizione • Questo è un tipico diagramma per una soluzione ideale di due liquidi volatili • Nella regione sotto la linea blu vi è solo la fase liquida • Nella regione sopra la linea verde è presente solo il vapore • Nella zona intermedia vi è un equilibrio © Dario Bressanini

  14. Diagramma Temperatura-Composizione • Nel punto a1 è presente il liquido • Innalzo la temperatura • La miscela bolle a T2 • Il vapore ha composizione a2’ • Abbasso la temperatura sino a T3 del vapore e condenso • Il liquido ottenuto ha composizione a3 © Dario Bressanini

  15. Diagramma Temperatura-Composizione • Riscaldo il liquido a composizione a3 e ottengo vapore a composizione a3’ • A poco a poco ottengo vapore sempre più puro nella componente A, quella più volatile © Dario Bressanini

  16. Distillazione Frazionata • Più vicino sono le curve, più passaggi sono necessari © Dario Bressanini

  17. Azeotropi • Se le soluzioni non si comportano idealmente, posso avere un grafico come quello a sinistra • Il Liquido e il Vapore convergono ad un massimo di composizione b • Una volta raggiunta questa composizione, non è più possibile proseguire nella separazione per semplice distillazione • La Composizione b è chiamata azeotropo • HCl-H2O © Dario Bressanini

  18. Azeotropi • Un Azeotropo di massimo può essere separato in una componente pura nel distillato • Il residuo converge alla composizione b © Dario Bressanini

  19. Azeotropi • In un Azeotropo di minimo, i componenti possono essere separati nel residuo • Il distillato converge alla composizione dell’Azeotropo • EtOH - H2O, al 96% EtOH. • L’azeotropo può venire rotto aggiungendo una terza componente (benzene) © Dario Bressanini

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