Universita degli Studi Corsi di Laurea in Scienze

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Universita’ degli Studi Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e dell’Insubria Chimica Industriale Termodinamica

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

Soluzioni Binarie

Soluzioni Binarie

Soluzioni Binarie n n Consideriamo una soluzione di due liquidi volatili Ae. B Entrambi

Soluzioni Binarie n n Consideriamo una soluzione di due liquidi volatili Ae. 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 3

Diagramma Liquido-Vapore n Assumiamo che i liquidi volatili A e B seguano la legge

Diagramma Liquido-Vapore n Assumiamo che i liquidi volatili A e B seguano la legge di Raoult. ´ n p A = x. A p A* p B = x B p B* Calcoliamo la pressione totale ´ p = p A + p B = x A p A* + x B p B* = p. B* + (p. A* - p. B*) x. A © Dario Bressanini 4

Diagramma Liquido-Vapore n n n Possiamo interpretare il grafico come un diagramma di fase.

Diagramma Liquido-Vapore n n n 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 5

Diagramma Liquido-Vapore n Possiamo ora calcolare la composizione del vapore (y) e la pressione

Diagramma Liquido-Vapore n Possiamo ora calcolare la composizione del vapore (y) e la pressione totale assumendo la legge di Dalton ´ YA = p A/ p © Dario Bressanini Y B = p. B / p 6

Diagramma Liquido-Vapore n n Possiamo unire i due diagrammi Sull’asse orizzontale vi è la

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

Distillazione n La Distillazione è il processo di separazione di un liquido da una

Distillazione n 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 8

Distillazione a Pressione n n n © Dario Bressanini Nel punto a è presente

Distillazione a Pressione n n n © Dario Bressanini Nel punto a è presente solo il liquido Diminuisce la pressione Al punto a 1 alla pressione p 1 compare il vapore Il vapore ha la composizione a 1’ ed è più ricco nel componente A Portiamo la pressione a p 2 9

Distillazione a Pressione n n n © Dario Bressanini La pressione è a p

Distillazione a Pressione n n n © Dario Bressanini La pressione è a p 2 Il vapore ha composizione a 2’ Il liquido ha composizione a 2 Ad a 3’ il liquido residuo ha composizione a 3 Diminuendo la pressione, abbiamo solo vapore 10

Distillazione Frazionata n n n Di solito la distillazione viene effettuata innalzando a pressione

Distillazione Frazionata n n n 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 11

© Dario Bressanini 12

© Dario Bressanini 12

Diagramma Temperatura-Composizione n n © Dario Bressanini Questo è un tipico diagramma per una

Diagramma Temperatura-Composizione n n © Dario Bressanini 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 13

Diagramma Temperatura-Composizione n n n © Dario Bressanini Nel punto a 1 è presente

Diagramma Temperatura-Composizione n n n © Dario Bressanini Nel punto a 1 è presente il liquido Innalzo la temperatura La miscela bolle a T 2 Il vapore ha composizione a 2’ Abbasso la temperatura sino a T 3 del vapore e condenso Il liquido ottenuto ha composizione a 3 14

Diagramma Temperatura-Composizione n n © Dario Bressanini Riscaldo il liquido a composizione a 3

Diagramma Temperatura-Composizione n n © Dario Bressanini Riscaldo il liquido a composizione a 3 e ottengo vapore a composizione a 3’ A poco a poco ottengo vapore sempre più puro nella componente A, quella più volatile 15

Distillazione Frazionata n Più vicino sono le curve, più passaggi sono necessari © Dario

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

Azeotropi n n © Dario Bressanini n Se le soluzioni non si comportano idealmente,

Azeotropi n n © Dario Bressanini n 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-H 2 O 17

Azeotropi n n © Dario Bressanini Un Azeotropo di massimo può essere separato in

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

Azeotropi n n © Dario Bressanini In un Azeotropo di minimo, i componenti possono

Azeotropi n n © Dario Bressanini In un Azeotropo di minimo, i componenti possono essere separati nel residuo Il distillato converge alla composizione dell’Azeotropo Et. OH - H 2 O, al 96% Et. OH. L’azeotropo può venire rotto aggiungendo una terza componente (benzene) 19