Damıtma Ders Notları

2013/9/21
1
Gaz-sıvı Dengesi
Diferansiyel Damıtma
Damıtma
Flash Damıtma
Geri akmalı sürekli damıtma
Çok Kademeli Damıtma
1
2013/9/21
Giriş
1 Damıtma nedir?

Damıtma, iki veya daha fazla bileşen içeren bir
karışımın ısıtılıp, buhar ve sıvı faz oluşturmak
suretiyle daha uçucu bileşence zengin
karışımların elde edilmesini sağlayan ayırma
işlemidir. Distilasyon işlemi sırasında, buhar faz
daha uçucu olan A bileşeni tarafından
zenginleşirken, sıvı faz ise kaynama sıcaklığı
daha yüksek olan B bileşenince zenginleşir. Fakat
yüzde 100 A içeren bir buhar faz elde edilemez.
3
 Damıtma;
 Maddelerin kaynama noktalarındaki farka,
 Bileşenlerin derişimlerine (farklı kaynama
karakteristiği)
Özetle sıvı karışımın buhar basıncı karakteristiğine
bağlıdır.
4
2
2013/9/21
AŞIRI ISITILMIŞ BUHARBUH
Sıcaklık, oC
ÇİĞLENME
NOKTASI
EĞRİSİ
KABARCIKLAN
MA NOKTASI
EĞRİSİ
SOĞUK SIVI
P= sabit
Derişim, mol AUH
5
 Örneğin, mol
kesri A=0.4 ( A noktası)olan
sıvı kaynama noktasına ulaşana kadar
ısıtılırsa (B noktası), bu noktada
kaynamaya başlar. C noktasına kadar
denge halindedir ve bu noktada derişimi
A=0.8 olur. Orijinal sıvıya göre %50
zenginleşmiştir.
 Bu
fark Damıtmanın temel prensibini
oluşturur.
6
3
2013/9/21
2



Kısmi buharlaşma ve kısmi yoğunlaşma
x ekseni sıvıdaki uçucu
bileşenin mol kesrini
tanımlar
y ekseni kaynayan
karışımda sıcaklığı ifade
eder;
Kaynama eğrisi ABCJ
Yoğuşma eğrisi ADEJ
t3 sıcaklığında başlangıç
derişimi x2 olan bir karışım
G noktası ile gösterilir.
A
t1
t’ K
t2
t3
D
M N
L
E
B
G
C
J
0 x
1
x2
y1
x3
x4
1.0
x veya y
benzen - toluen
7



Sabit basınçta ısıtıldığı zaman diyagramda
aşağıdaki değişimler görülür：
a) T ,T2 sıcaklığına ulaşırsa (B noktası), sıvı
kaynayacak ve E noktasında gösterildiği gibi y1
derişimli buhar elde edilecektir.
b) Biraz daha ısıtmayla , sıvının bileşimi uçucu
bileşeni buhar fazına kaptırmasından dolayı biraz
değişecek ve kaynama noktası t’ sıcaklığına
artacaktır. Bu sıcaklıkta sıvı L ile simgelenen bir
derişime sahip olacak ve buhar derişimi N ile
açıklanacaktır.Geriye kalan sıvı ile oluşan buhar
kütlesel oranı aşağıdaki gibi olacaktır. (Kaldıraç
Kuralı))
sııv
kütlesi MN

buhar
ML
kütlesi
8
4
2013/9/21


c) Biraz daha t1’e ısıtılırsa tüm sıvı D buharı verecek
şekilde buharlaşır, orijinal sıvının aynı derişiminde
buharı elde edilir.
H noktasını gösteren ve aşırı ısıtılmış buhar (kızgın
buhar) D noktasına kadar soğutulduğunda K
bileşimine sahip ilk sıvı damlacığı düşecektir. t’
sıcaklığına biraz daha soğutulursa L sıvısı ve N
buharını verecektir.
9
3

Raoult ve Henry Yasaları
1. Dalton’un kısmi basınç yasası; toplam basınç
kısmi basınçların toplamıdır
P   pi

İdeal bir gaz veya buharın kısmi basıncı maddenin
mol kesri ile orantılıdır.
p A  P. y A

2.İdeal bir karışım için, kısmi basınç sıvı fazdaki
derişime bağlıdır ve Raoult’s yasası olarak yazılır.
p A  p A0 x A

Burada PAo saf A’nın buhar basıncıdır. Bu
bağıntı xA ’nın yüksek derişimleri için daha
gerçekçidir.
1
0
5


Eğer karışım Raoult yasasına
uyarsa , karışımın buhar basıncı
grafiksel olarak iki bileşenin
buhar basıncından bulunabilir.
Yandaki şekilde verilen bir
karışımda,
OA doğrusu A’nın kısmi basıncı
pA ve CB doğrusu B nin kısmi
basıncı pB dir.
Buhar basıncı
2013/9/21
G
B
E
O0
F
D
C
x sıvı mol kesri
Böylece D bileşimli bir
karışımda , pA kısmi basıncı DE
ile verilir, pB kısmi basıncı DF
ile, ve toplam basınç DG ile
verilir.

A
11
3. xA, ‘nın düşük değerleri için pA ve xA arasındaki
bağıntı Henry kanunu ile belirtilir.
p A  HxA
Burada H Henry sabitidir ve saf A maddesinin
buhar basıncı değildir.
1
2
6
2013/9/21
2. Kaynama Eşitliği

Eğer karışım Rault yasasına uyuyorsa, değişik
sıcaklıklarda iki bileşenin buhar basınçları
bilgisinden değişik xA ’lar için yA ’lar hesaplanabilir.
Böylece
pB  pB0 xB
0
pA  pA
xA
p A pB p A0
p
y A  y B    x A  xB  1
P P P
P

Bu durumda
P  pB0
xA  0
p A  pBo
13
3


Bağıl Uçuculuk
Biliyoruz ki, distilasyon bir sıvı karışımın uçuculuk
farklarından yararlanılarak bileşenlerine
ayrılmasıdır. O halde bileşenin uçuculuğu nasıl
hesaplanır?
1. Uçuculuk
Uçuculuk kısmi basıncın sıvı mol kesrine oranıdır.
Yani;
vA 
pA
xA
vB 
pB
xB
14
7
2013/9/21
2. Bağıl Uçuculuk
iki bileşenin bağıl uçuculuklarının oranı olarak
tanımlanabilir. Yani;

vA
p x
 A B
vB
pB x A
 
pA için P.yA ve pB için P.yB yazılırsa;


y A xB
yB x A
veya
A ve B nin sıvı ve buhar fazdaki oranları arasında
bir bağıl değer verir.



Böylece
15
ve
ve
xB  1  xA
 
y A 1  xA
1 yA
xA
yA 
 A xA
1  (  1) x A
xA 
yA
  (  1) y A
veya

y A / xA
y B / xB
İkili bir karışım için,
yB  1  y A

yA
x
 A
yB
xB
Bu eşitlik bilinen xA’nın herhangi bir değeri için
yA’nın bulunmasını sağlar.
16
8
2013/9/21
p A0
 0
pB
olduğunu gösteriniz!
17
BUHAR (y)
DENGE EĞRİSİ
SIVI (x)
18
9
BUHAR (y)
BUHAR (y)
2013/9/21
SIVI (x)
SIVI (x)
BUHAR (y)
BUHAR (y)
19
SIVI (x)
SIVI (x)
20
10