Separarea Amestecurilor Lichide prin Distilare-Rectificare

MEMORIU JUSTIFICATIV

Lucrarea intitulată “Separarea amestecurilor lichide prin distilare rectificare” a fost concepută pentru susţinerea examenului pentru certificarea competenţei profesională în învăţământul liceal filiera “Tehnologia” profilul “Resurse naturale şi protecţia mediului” în specialitatea “Tehnician în chimie industrială”.

Lucrarea aceasta îsi propune să aprofundeze cunoştinţele din domeniul”Procese şi utilaje”.

Importanţa lucrării este legată de aplicaţiile industriale ce se întâlnesc în cazul obţinerii unui component în stare cât mai pură sau pentru a îndepărta un anumit component din amestec.

Lucrarea este structurată pe şase capitole.

Capitolul I intitulat Consideraţii teoretice asupra procesului de distilare rectificare prezintă conţinutul propriu zis al lucrării cu subcapitolele sale, fiecare având un scop bine definit.

Capitolul II intitulat Metode de distilare rectificare prezintă metodele prin care poate avea loc separarea componenţilor din amestec.

Capitolul III intitulat Coloane de rectificare prezintă utilajele cu ajutorul cărora se realizeaza rectificarea.

Capitolul IV intitulat Metode de distilare rectificare aplicate în laboratorul de analize chimice prezintă metodele de separare a amestecurilor lichide ce se pot aplica în laborator.

Capitolul V intitulat Exploatarea si intreţinerea utilajelor pentru distilare rectificare prezintă pornirea instalaţiei, supravegherea acesteia si măsurile care se iau in cazul opririi alimentării cu apă rece sau reducerea debitului apei de răcire.

Capitolul VI intitulat Norme de protecţia muncii prezintă principalele cauze ale accidentelor ce pot apărea în procesul de lucru si măsuri de siguranţă ce trebuie luate pentru prevenirea acestora.

CAP.I CONSIDERAŢII TEORETICE ASUPRA PROCESULUI DE DISTILARE RECTIFICARE

1.1. Generalităţi

Separarea amestecurilor lichide prin distilare rectificare se bazează, în general, pe diferenţa dintre temperaturile de fierbere ale substanţelor care formează amestecul. Acest mod de separare se face la amestecurile ce constau din doi sau mai mulţi componenţi lichizi volatili.

Distilarea reprezintă una dintre cele mai răspândite operaţii de separare a amestecurilor lichide şi a amestecurilor de gaze lichefiate. Distilarea este operaţia de separare a componentelor unui amestec de lichid pe baza diferenţei de volatilitate (presiune de vapori) a acestora.

Această operaţie constă în încălzirea amestecului de substanţe lichide până la momentul fierberii, moment în care, componentul volatil se va transforma în vapori urmat de condensarea acestora printr un proces de răcire.

Componentul cu punctul de fierbere mai scăzut se numeşte component uşor volatil iar cel cu punct de fierbere mai ridicat se numeşte component greu volatil. În timpul fierberii vaporii degajaţi sunt mai bogaţi în componentul uşor volatil iar lichidul rămas nevolatilizat se îmbogăţeşte în componentul greu volatil.

Un proces de distilare constă în două procese distincte: un proces de vaporizare prin fierbere şi unul de condensare. Ansamblul proceselor vaporizare condensare aplicat o singură dată la un amestec de lichide nu duce la o separare completă a componenţilor si de aceea, pentru obtinerea unui grad mare de puritate, se foloseşte operaţia de rectificare.

Rectificarea constă într un proces de distilări simple, repetate de un număr mare de ori în aparate speciale numite coloane de rectificare.

Cu cât se fac mai multe distilări şi condensări cu atât separarea componenţilor va fi mai completă.

În coloanele de rectificare vaporii obţinuţi prin distilare circulă în contracurent cu lichidul rezultat prin condensarea vaporilor, acest proces numindu se reflux. O parte din lichidul rezultat din condensator se evacuează din coloană ca distilat care formează amestecul brut pentru instalaţia următoare.

Rectificarea se poate realiza prin legarea mai multor instalaţii de distilare simplă.

Bilanţul gazelor de materiale ale operaţiei de distilare se poate exprima prin relaţia:

F = ∆ + W

F amestec de alimentare

∆ distilat

W – reziduu

Bilanţul parţial pentru componenta volatilă se exprimă prin relaţia:

Fxf = ∆xd + Wxw

xd, xf şi xw reprezintă concentraţiile procentuale ale componentelor xf

1.2. Echilibrul lichid vapori

Spre deosebire de lichidul pur care fierbe la o temperatură constantă caracteristică presiunii sub care are loc, fierberea unui amestec depinde atât de presiunea sub care are loc fierberea cât şi de compoziţia lichidului. Amestecul va incepe să fiarbă când suma presiunilor parţiale ale componentelor devine egală cu presiunea sub care se găseşte amestecul.

La o presiune constantă temperetura de fierbere a amestecului creşte o dată cu evaporarea componentelor volatile.

Pentru studierea echilibrului lichid vapori se utilizează relaţii analitice de echilibru cât şi diagrame.

Diferenţiind modul de acţiune al forţelor intermoleculare şi al solubilităţii componentelor constituente se deosebesc mai multe tipuri de amestec. Aceste amestecuri pot fi: ideale, neideale, parţial miscibile si nemiscibile.

1.3. Amestecuri ideale

Presiunea parţială a fiecărei componente deasupra unui amestec ideal depinde de temperatura de fierbere şi concentraţia sa în amestec.

Relaţia de echilibru pentru amestecurile ideale este dată de legea lui Raoult conform căreia, presiunea parţială a unui component deasupra unui amestec ideal este egală cu produsul dintre presiunea vaporilor componentei pure la temperatura de fierbere şi fracţia molară a acestuia în amestec xn.

pn = Pn xn

pn – reprezintă presiunea de vapori a componentei n pure la temperatura de fierbere a amestecului.

Aprecierea posibilitatii de separare a componentelor unui amestec se realizeaza cu ajutorul volatilităţii relative notata cu α, definită de raportul:

α =

Cu cât valoarea volatilităţii relative este mai mare, cu atât separarea celor două componente se face mai uşor.