Siedediagramme binärer Gemische und Rektifikation

1. Siedediagramme binärer Gemische und Rektifikation Von Annika Schultz und Annabel Sand

2. Übersicht • Ziel des Versuchs • Was ? Wieso? Heutige Entwicklung • Theorie : • Clausius – Clapeyron´sche Gleichung • Siedediagramme • Azeotrope Gemische • Versuchsaufbau + Durchführung • Refraktometer • Rektifikationsapparatur • Versuchsergebnisse • Anwendung in der Industrie : • Destillation von Erdöl

3. Ziel des Versuchs • Trennung eines Stoffgemisches durch Destillation • Erreichen einer effektiven Trennung : • nutzbare Produkte aus Rohstoffen gewinnen • Anwendung heute: Rohöldestillation • Praktikum: unbekanntes Wasser/Methanol-Gemisch

4. Theorie • Beschreibt alle Phasenübergänge • Vorraussetzungen: • Chemisches Potential beider Phasen muss gleich sein

5. Siedediagramme • Keine systematische Beschreibung der thermodynamischen Größen  Diagramm • Größen : p, T , х • intensive Größen • Dreidimensionales Zustandsdiagramm

6. Siedediagramm : Isotherm • 2-dimensionale Diagramme einfacher • T ist konstant •  druckabhängiges Siedediagramm • Zusammenhang Molenbruch und Dampfdruck • P*B<< P*A • Zusammensetzung der Flüssig- und Dampfphase von x abhängig

7. Siedediagramm : Isobar • Flüssig – Phase unten • Gas – Phase oben • Zusammensetzung a2 bei Siedepunkt T2  neues Dampf – Flüssigkeits Verhältnis • Dampfzusammensetzung entspricht Konnode • T absenken auf T3  A kondensiert und man erhält höhere Konz. Von A in der Flüssigkeit

8. Schematischer Aufbau

9. Azeotrope Gemische • Vorherige Diagramme gelten nur für ideale Mischungen • Viele reale Mischungen haben azeotropen Punkt  können nicht komplett getrennt werden • Minimum : Exzeßenthlapie ist positiv • Maximum : Exzeßenthlapie ist negativ

10. 12 verschiedene Methanol – Wasser – Mischungen werden untersucht Brechungsindizes jeder Mischung mit dem Refraktometer messen Komplette Lösung unter unendlichem Rücklauf erhitzen Probe entnehmen und Brechungsindex messen Versuchsaufbau- und durchführung

11. Rektifikation • Fraktionierte Destillation • Bessere Auftrennung durch mehrfache Destillation • Siedekolben wird erhitzt; Dampf steigt auf; kondensiert in den Böden • Jeder Boden hat eine andere Zusammensetzung • Anteil an leicht flüchtigem Stoff steigt von unten nach oben

12. Versuchsaufbau Rektifikationsapparatur • SK wird erhitzt; Messung beginnt bei erstem Tropfen in B • Totvolumina spülen • Nach 45 min. T messen • Entnahmestrom messen • Proben nehmen ; Brechungsindices messen

13. Glockenbodenkolonne • Dampf steigt in Kolonnenboden und wird in Flüssigkeit geleitet  Sprudelschicht • Dampf kondensiert teilweise und steigt in den nächsten Kolonnenboden • Flüssigkeit steigt in Überlauföffnung  Flüssigkeitssiphon entsteht • Dampf muss Flüssigkeit durchqueren

14. McCabe – Thiele – Diagramm • Theoretische Bodenanzahl kann ermittelt werden • Molenbrüche werden gegeneinander aufgetragen • Geradengleichung : • b wird aufgetragen, Gerade zu x Kopf ziehen • Waagerechte zur Gleichgewichtskurve, Senkrechte zur Austauschgerade usw.

15. Anwendung :Rohöldestillation • Rohöl wird aufgewärmt und in Destillationsturm geleitet • Unterschiedliche Temperaturen in Böden, Auftrennung der Produkte • Leichte Bestandteile im Kolonnenkopf, schwere im Kolonnensumpf • Folgende Fraktionen entstehen • Raffineriegas, Flüssiggas und Benzin im Kopf • Mitteldestillate an der Seite des Turmes • Rückstand im Kolonnensumpf • Rückstand durch Vakuumdestillation weiter auftrennen • Destillation bei 50mbar  weitere Fraktionen entstehen • Vakuumgasöl  zurück ins Mitteldestillat • Schmieröl • Weiterer Rückstand der als Heizöl verwendet wird

16. Schematischer Aufbau