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Termodinamica Chimica Separazione di Fase Universita degli Studi dellInsubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale

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Presentazione sul tema: "Termodinamica Chimica Separazione di Fase Universita degli Studi dellInsubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale"— Transcript della presentazione:

1 Termodinamica Chimica Separazione di Fase Universita degli Studi dellInsubria Corsi di Laurea in Scienze Chimiche e Chimica Industriale

2 Soluzioni Binarie

3 © Dario Bressanini3 Soluzioni Binarie Consideriamo una soluzione di due liquidi volatili A e B Consideriamo una soluzione di due liquidi volatili A e B Entrambi i liquidi sono in equilibrio con il loro vapore, ad una determinata pressione di vapore. 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? La composizione del liquido e del vapore sono uguali o diverse? Dallesperienza ci aspettiamo che il liquido con il punto di ebollizione più basso sia più ricco nella fase vapore. Dallesperienza ci aspettiamo che il liquido con il punto di ebollizione più basso sia più ricco nella fase vapore.

4 © Dario Bressanini4 Diagramma Liquido-Vapore Assumiamo che i liquidi volatili A e B seguano la legge di Raoult. Assumiamo che i liquidi volatili A e B seguano la legge di Raoult. p A = x A p A * p B = x B p B * p A = x A p A * p B = x B p B * Calcoliamo la pressione totale Calcoliamo la pressione totale p = p A + p B = x A p A * + x B p B * p = p A + p B = x A p A * + x B p B * = p B * + (p A * - p B *) x A = p B * + (p A * - p B *) x A

5 © Dario Bressanini5 Diagramma Liquido-Vapore Possiamo interpretare il grafico come un diagramma di fase. 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 Al di sopra della retta, la pressione totale è superiore alla pressione di vapore e ho solo liquido Liquido Al di sotto, la pressione di vapore è superiore alla pressione totale, e posso avere un equilibrio liquido-vapore Al di sotto, la pressione di vapore è superiore alla pressione totale, e posso avere un equilibrio liquido-vapore Vapore

6 © Dario Bressanini6 Diagramma Liquido-Vapore Possiamo ora calcolare la composizione del vapore (y) e la pressione totale assumendo la legge di Dalton Possiamo ora calcolare la composizione del vapore (y) e la pressione totale assumendo la legge di Dalton Y A = p A /p Y B = p B /p Y A = p A /p Y B = p B /p

7 © Dario Bressanini7 Diagramma Liquido-Vapore Possiamo unire i due diagrammi Possiamo unire i due diagrammi Sullasse orizzontale vi è la composizione, sia del liquido che del vapore Sullasse orizzontale vi è la composizione, sia del liquido che del vapore liquido liquido + vapore vapore

8 © Dario Bressanini8 Distillazione 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) 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)

9 © Dario Bressanini9 Nel punto a è presente solo il liquido Nel punto a è presente solo il liquido Diminuisce la pressione Diminuisce la pressione Al punto a 1 alla pressione p 1 compare il vapore 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 Il vapore ha la composizione a 1 ed è più ricco nel componente A Portiamo la pressione a p 2 Portiamo la pressione a p 2 Distillazione a Pressione

10 © Dario Bressanini10 La pressione è a p 2 La pressione è a p 2 Il vapore ha composizione a 2 Il vapore ha composizione a 2 Il liquido ha composizione a 2 Il liquido ha composizione a 2 Ad a 3 il liquido residuo ha composizione a 3 Ad a 3 il liquido residuo ha composizione a 3 Diminuendo la pressione, abbiamo solo vapore Diminuendo la pressione, abbiamo solo vapore Distillazione a Pressione

11 © Dario Bressanini11 Distillazione Frazionata Di solito la distillazione viene effettuata innalzando a pressione costante la temperatura di una miscela di liquidi volatili. 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 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 Il vapore, più ricco nella componente più volatile, viene rimosso e condensato, pronto per essere distillato nuovamente

12 © Dario Bressanini12

13 © Dario Bressanini13 Questo è un tipico diagramma per una soluzione ideale di due liquidi volatili 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 sotto la linea blu vi è solo la fase liquida Nella regione sopra la linea verde è presente solo il vapore Nella regione sopra la linea verde è presente solo il vapore Nella zona intermedia vi è un equilibrio Nella zona intermedia vi è un equilibrio Diagramma Temperatura-Composizione

14 © Dario Bressanini14 Nel punto a 1 è presente il liquido Nel punto a 1 è presente il liquido Innalzo la temperatura Innalzo la temperatura La miscela bolle a T 2 La miscela bolle a T 2 Il vapore ha composizione a 2 Il vapore ha composizione a 2 Abbasso la temperatura sino a T 3 del vapore e condenso Abbasso la temperatura sino a T 3 del vapore e condenso Il liquido ottenuto ha composizione a 3 Il liquido ottenuto ha composizione a 3 Diagramma Temperatura-Composizione

15 © Dario Bressanini15 Riscaldo il liquido a composizione a 3 e ottengo vapore a composizione a 3 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 A poco a poco ottengo vapore sempre più puro nella componente A, quella più volatile Diagramma Temperatura-Composizione

16 © Dario Bressanini16 Più vicino sono le curve, più passaggi sono necessari Più vicino sono le curve, più passaggi sono necessari Distillazione Frazionata

17 © Dario Bressanini17 Azeotropi Se le soluzioni non si comportano idealmente, posso avere un grafico come quello a sinistra 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 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 Una volta raggiunta questa composizione, non è più possibile proseguire nella separazione per semplice distillazione La Composizione b è chiamata azeotropo La Composizione b è chiamata azeotropo HCl-H 2 O HCl-H 2 O

18 © Dario Bressanini18 Azeotropi Un Azeotropo di massimo può essere separato in una componente pura nel distillato Un Azeotropo di massimo può essere separato in una componente pura nel distillato Il residuo converge alla composizione b Il residuo converge alla composizione b

19 © Dario Bressanini19 Azeotropi In un Azeotropo di minimo, i componenti possono essere separati nel residuo In un Azeotropo di minimo, i componenti possono essere separati nel residuo Il distillato converge alla composizione dellAzeotropo Il distillato converge alla composizione dellAzeotropo EtOH - H 2 O, al 96% EtOH. EtOH - H 2 O, al 96% EtOH. Lazeotropo può venire rotto aggiungendo una terza componente (benzene) Lazeotropo può venire rotto aggiungendo una terza componente (benzene)


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