Hvordan beregne Destillasjon

Enkel destillasjon er en god måte å skille væsker i en blanding - for eksempel, etanol og vann. Noen blandinger som kalles azeotroper ikke kan skilles i sine komponenter ved destillasjon; forutsatt at blandingen ikke er en azeotrop, er imidlertid enkel destillasjon effektive så lenge kokepunktene til de to komponentene er svært forskjellige. Gitt noen enkle forutsetninger, kan du beregne proporsjonene av hvert kjemikalie i dampen fra en destillasjon prosess.

Bruksanvisning

1 Bestemme damptrykk for hver komponent til stede i blandingen. Damptrykket er partialtrykket av en væske i en lukket beholder ved likevekt med sin damp (dvs. mengden av damp endres ikke, fordi luften er fullstendig mettet). Partialtrykket er den brøkdel av det totale trykk som kan tilskrives en spesifikk gass i en blanding av gasser. Du kan finne damptrykk for mange vanlige væsker på engineersedge nettstedet. Den hyperphysics.phy-astr.gsu hjemmeside viser damptrykket for vann ved forskjellige temperaturer.

2 Omdanne det damptrykk som vist i tabellen til den temperatur ved hvilken fordampningen finner sted. Du kan gjøre denne konverteringen hjelp av Clausius-Clayperon ligningen, som er som følger:

ln (P2 / P1) = (Hvap / R) * (1 / T1 - 1 / T2)

Hvor ln er naturlige logaritme, P2 damptrykk ved temperatur T2, er P1 damptrykk ved temperaturen T1, R er den ideelle gasskonstant, 8.314 joule per mol Kelvin, og Hvap er mengden av energi som absorberes når ett mol av væsken fordamper. Du kan finne Hvap (fordampningsvarme) for mange vanlige væsker ved hjelp av søkefunksjonen på webbook.nist nettstedet. Alle temperaturer i grader Celsius skal omgjøres til grader Kelvin ved å legge til 273,15 før du bruker denne ligningen. Legg også merke til denne ligningen gjelder for ideelle gasser; Følgelig er det bare en tilnærmelse i de fleste tilfeller, fordi de fleste gasser er åpenbart ikke ideelt.

3 Anta at blandingen er en ideell blanding. Dette vil ikke alltid være sant, men det vil fortsatt gi deg en anstendig tilnærming og gjøre beregningene mye enklere.

4 Sett opp en enkel ligning for destillasjon som følger. Fra raoults lov, vet vi følgende:

Damptrykk av væske A i destillasjon = (molfraksjonen av væske A i blanding) x (damptrykk av væske A om den var ren). Hvor molfraksjonen er den brøkdel av det totale antall molekyler i den blanding som er flytende A. For å holde det enkelt, vil vi nå refererer til molfraksjonen av væske A i blanding som MfA i blanding, og damptrykket for væske A hvis det var ren som VPA. Vi vet også at det totale trykk av all damp i destillasjonen = summen av partialtrykkene for hver enkelt væske. Derfor kan vi kombinere disse ligninger for å utlede følgende: molfraksjonen av væske A i damp = ((UD i blanding) x (VPA)) / ((UD i blandingen) x (VPA) + (MFB i blanding) x ( VPB)). Denne ligning gir oss molfraksjonen av væske A i damp for en blanding av to væsker, væske A og væske B.

5 Beregn molfraksjonen av væske A i damp ved hjelp av ligningen fra det siste trinnet. Eksempel: La oss si at væske B har et damptrykk på 47 Torr og væske A har et damptrykk på 600 Torr. Molfraksjonen av væske B i blandingen er 0,7 og molfraksjonen av væske A er 0,3. Hvis vi kobler disse verdiene til vår ligning, finner vi det følgende for væske A: molfraksjonen av væske A i damp = ((0.3) x (600)) / ((0,3) x (600) + (0,7) x ( 47)). Molfraksjonen av væske A i damp = 0,845. Legg merke til at mens flytende A var bare en tredjedel av blandingen, gjør opp om lag 85 prosent av damp - og når vi kondensere dampen, vil vi ha en blanding som er om lag 85 prosent væske A. Vi kunne deretter destillere denne nye blandingen igjen for å få et enda renere prøve av væske A. Slik destillasjon virker.