distillazione È un processo in cui una miscela liquida o allo stato di vapore di due o più sostanze è separata nelle frazioni componenti di purezza voluta, fornendo o sottraendo calore.

Principi di base della distillazione La separazione dei componenti dipende dalla differenza del loro punto di ebollizione. Il processo dipende dalla pressione (tensione) di vapore caratteristica della miscela liquida. Un liquido “bolle” quando la sua pressione di vapore uguaglia la pressione circostante. Un liquido con pressione di vapore più alta (più volatile) bolle a temperatura più bassa. La pressione di vapore, e quindi il punto di ebollizione, di una miscela liquida dipende dalla quantità relativa dei componenti nella miscela. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Diagramma dei punti di ebollizione Variazione della composizione di equilibrio dei componenti della miscela liquida (binaria) in relazione alla temperatura ed a pressione costante. Punto di ebollizione di A puro Punto di ebollizione di B puro (rugiada) Volatilità relativa: indica la facilità con cui può avvenire una separazione. αij = (yi/xi) / (yj/xj) Un liquido di composizione A inizia a bollire al punto B; il vapore che si ottiene nel processo ha composizione C. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Equilibrio liquido-vapore Riferendosi al componente più volatile, ad una data pressione e temperatura, una miscela liquida di composizione xo, portata all’ebollizione produce una miscela vapore di composizione yo. Le dimensioni, l’altezza, i piatti di una colonna di distillazione dipendono dall’equilibrio liquido-vapore. y0 arricchimento x0 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Dipendenza dalla pressione L’arricchimento dipende dalla volatilità relativa. La volatilità relativa aumenta al diminuire della pressione assoluta. A bassa pressione si ottiene una migliore separazione della miscela. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

distillazionefrancomaiolati Sistemi non ideali Sistemi azeotropici: una particolare composizione di alcune miscele per le quali il vapore che si ottiene dalla vaporizzazione ha la stessa composizione del liquido Richiedono particolari tecniche di distillazione 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Colonna distillazione Rapporto di riflusso R=L/D D; xD F; zF W; xW F = D + W F zF = D xD + W xW Bilancio di materia 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Le condizioni dell’alimentazione – 1 L’alimentazione è ad una temperatura più bassa rispetto alla temperatura di ebollizione. Tutto il liquido scende nella colonna e parte del vapore che sale condensa, aumentando la portata del liquido. La linea dell’alimentazione ha una pendenza positiva che dipende dal bilancio termico nel piatto dell’alimentazione. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Le condizioni dell’alimentazione - 2 L’alimentazione è liquida ed alla temperatura di ebollizione. Tutto il liquido scende nella colonna La linea dell’alimentazione ha una pendenza infinita. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Le condizioni dell’alimentazione – 3 L’alimentazione è in parte liquida ed in parte allo stato di vapore. Il liquido scende nella colonna e il vapore sale. La linea dell’alimentazione ha una pendenza negativa. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Le condizioni dell’alimentazione - 4 L’alimentazione è tutta allo stato di vapore, alla temperatura di ebollizione. Tutto il vapore sale condensa, aumentando la portata. La linea dell’alimentazione ha una pendenza zero. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Le condizioni dell’alimentazione - 5 L’alimentazione è un vapore surriscaldato, Quindi si unisce al vapore che sale nella colonna e provoca anche l’evaporazione di parte del liquido che scende. La linea dell’alimentazione ha una pendenza positiva che dipende dal bilancio termico nel piatto dell’alimentazione. 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 1 Flusso molare costante Calori molari dei componenti circa uguali Effetti termici trascurabili Per ogni mole di vapore condensato, una mole di liquido evaporato 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 2 Retta superiore di lavoro – di arricchimento 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Retta inferiore di lavoro – di esaurimento Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 3 Retta inferiore di lavoro – di esaurimento La pendenza della retta è data dal rapporto delle quantità del liquido e del vapore nella zona di stripping /esaurimento 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 4 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 5 Il numero di piatti teorico nell’es. è 7, considerando anche il ribollitore di coda. Il numero di piatti effettivo è maggiore e si ottiene dividendo tale valore per l’efficienza dei piatti (valore di solito compreso tra 0,5 e 0,7). 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Metodo McCabe-Thiele per il calcolo dei piatti - 6 È in relazione alle condizioni dell’alimentazione: q=0 vapore saturo q=1 liquido saturo 0<q<1 miscela liquido- vapore q>1 liquido sottoraffreddato q<0 vapore surriscaldato la linea q è luogo dei punti di intersezione tra le due rette di lavoro, superiore ed inferiore La linea q 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Costruzione curva di equuilibrio   Tensioni di vapore Composizione Benzene T Clorobenzene fase liquida fase vapore 80,5 101,0 19,4 1,00 83,1 109,3 21,4 0,91 0,98 85,7 118,2 23,5 0,82 0,96 88,3 127,7 25,8 0,74 0,93 90,9 137,7 28,2 0,66 93,5 148,3 30,9 0,60 0,88 96,0 159,6 33,7 0,53 0,84 98,6 171,5 36,8 0,48 0,81 101,2 184,1 40,0 0,42 0,77 103,8 197,4 43,5 0,37 0,73 106,4 211,5 47,3 0,33 0,69 109,0 226,3 51,3 0,28 0,64 111,6 241,8 55,5 0,24 0,58 114,2 258,2 60,1 0,21 116,8 275,5 64,9 0,17 0,47 119,4 293,6 70,1 0,14 0,40 122,0 312,6 75,6 0,11 124,6 332,5 81,4 0,08 0,26 127,1 353,4 87,6 0,05 0,18 132,3 398,1 0,00 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Determinazione numero piatti Condizioni dell’alimentazione: composizione e caratteristiche termiche Composizione distillato e rapporto di riflusso Composizione residuo Disegno dei gradini 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati

Rapporto di riflusso ( R ) Se R aumenta la semiretta si abbassa. Se R diminuisce la semiretta si alza. La variazione di R determina cambiamento del numero di stadi di equilibrio e quindi dei piatti, cioè dell’altezza della colonna. Cambiano anche i flussi di liquido e di vapore, cioè il diametro della colonna. XD/(R+1) 19/09/2018 distillazionefrancomaiolati