Stopień wyekstrahowania w układzie ciecz ciecz

Podobne dokumenty
Katedra Inżynierii i Aparatury Procesowej. Ekstrakcja i ługowanie

BADANIE RÓWNOWAG FAZOWYCH W UKŁADACH TRZECH CIECZY

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Izoterma rozpuszczalności w układzie trójskładnikowym

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 )

Analiza termiczna Krzywe stygnięcia

14. IZOTERMA ROZPUSZCZALNOŚCI UKŁADU TRÓJSKŁADNIKOWEGO ROZPUSZCZALNIKÓW

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Trójkąt Gibbsa Równowagi układów z ograniczoną mieszalnością składników Prawo podziału Nernsta

14. DIAGRAM GIBBSA. Sprawdzono w roku 2014 przez A.Klimek-Turek

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI p-nitrofenolu METODĄ SPEKTROFOTOMETRII ABSORPCYJNEJ

Technologia chemiczna. Zajęcia 2

RÓWNOWAGI FAZOWE W UKŁADACH TRÓJSKŁADNIKOWYCH TYPU CIECZ CIECZ

Równania prostych i krzywych; współrzędne punktu

Wykresy równowagi fazowej. s=0

14. IZOTERMA ROZPUSZCZALNOŚCI UKŁADU TRÓJSKŁADNIKOWEGO ROZPUSZCZALNIKÓW

W y d z i a ł C h e m i c z n y. P o l i t e c h n i k a R z e s z o w s k a i m. I g n a c e g o Ł u k a s i e w i c z a. Wojciech Piątkowski

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Destylacja z parą wodną

Ćwiczenie 7. Układ dwuskładnikowy równowaga ciało stałe-ciecz.

W y d z i a ł C h e m i c z n y. P o l i t e c h n i k a R z e s z o w s k a i m. I g n a c e g o Ł u k a s i e w i c z a. Wojciech Piątkowski

Badanie funkcji. Zad. 1: 2 3 Funkcja f jest określona wzorem f( x) = +

Ćwiczenie 3: Wpływ temperatury na równowagę w układzie ciecz-ciecz

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Lepkościowo średnia masa cząsteczkowa polimeru. opiekun ćwiczenia: dr A.

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego

Ekstrakcja: WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PODZIAŁU Pentan-1-ol/WODA DLA KWASU OCTOWEGO

Para pozostająca w równowadze z roztworem jest bogatsza w ten składnik, którego dodanie do roztworu zwiększa sumaryczną prężność pary nad nim.

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

STRUKTURA STOPÓW UKŁADY RÓWNOWAGI FAZOWEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE II W PUBLICZNYM GIMNAZJUM NR 2 W ZESPOLE SZKÓŁ W RUDKACH

Tematy: zadania tematyczne

K02 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie lepkości wodnych roztworów sacharozy. opracowała dr A. Kacperska

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Prężność pary nad roztworem

ABSORPCYJNE OCZYSZCZANIE GAZÓW ODLOTOWYCH Z TLENKÓW AZOTU Instrukcja wykonania ćwiczenia 23

ĆWICZENIE NR 11 WNIKANIE MASY

Przykładowe zadania - I półrocze, klasa 5, poziom podstawowy

WYMAGANIE EDUKACYJNE Z MATEMATYKI W KLASIE II GIMNAZJUM. dopuszczającą dostateczną dobrą bardzo dobrą celującą

Zadanie ChemCad kolumna destylacyjna SHOR

WYMAGANIA EGZAMINACYJNE DLA KLASY IV WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

? 14. Dana jest funkcja. Naszkicuj jej wykres. Dla jakich argumentów funkcja przyjmuje wartości dodatnie? 15. Dana jest funkcja f x 2 a x

Ćwiczenie 14. Maria Bełtowska-Brzezinska KINETYKA REAKCJI ENZYMATYCZNYCH

Chemia fizyczna/ termodynamika, 2015/16, zadania do kol. 2, zadanie nr 1 1

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW. Ćwiczenie N 2 RÓWNOWAGA WZGLĘDNA W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

Warunki izochoryczno-izotermiczne

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

A4.04 Instrukcja wykonania ćwiczenia

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE Z PODSTAWY PROGRAMOWEJ. II. Działania na liczbach naturalnych. Uczeń:

PRZEDMIOTOWY SYSTEM OCENIANIA- MATEMATYKA KLASA 6. Rok szkolny 2012/2013. Tamara Kostencka

W zaleŝności od charakteru i ilości cząstek wyróŝniamy: a. opadanie cząstek ziarnistych, b. opadanie cząstek kłaczkowatych.

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

TEMAT 1. LICZBY I DZIAŁANIA Rachunki pamięciowe, dodawanie i odejmowanie. 2. O ile więcej, o ile mniej 2 LICZBA GODZIN LEKCYJNYCH

1. Pojęcie fazy, składnika, granicy faz i warstwy powierzchniowej.

SZCZEGÓŁÓWE KRYTERIA OCENIANIA MATEMATYKA KL 4 Temat Wymagania podstawowe Wymagania ponadpodstawowe konieczne (ocena dopuszczająca)

1. Zapisywanie i porównywanie liczb. 2. Rachunki pamięciowe Kolejność działań Sprytne rachunki. 1 1.

Miniskrypt do ćw. nr 4

WYMAGANIA na poszczególne oceny-klasa I Gimnazjum

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

LICZBA GODZIN LEKCYJNYCH WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE Z PODSTAWY PROGRAMOWEJ UWAGI TEMAT 1. LICZBY I DZIAŁANIA 23

Budowa stopów. (układy równowagi fazowej)

MATEMATYKA Z PLUSEM DLA KLASY IV W KONTEKŚCIE WYMAGAŃ PODSTAWY PROGRAMOWEJ. II. Działania na liczbach naturalnych. Uczeń:

WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE Z PODSTAWY PROGRAMOWEJ Z XII 2008 R. TEMAT 1.LICZBY I DZIAŁANIA

TEMAT 1. LICZBY I DZIAŁANIA Rachunki pamięciowe, dodawanie i odejmowanie. 2. O ile więcej, o ile mniej 2 LICZBA GODZIN LEKCYJNYCH

Straty energii podczas przepływu wody przez rurociąg

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Wymagania na poszczególne oceny szkolne. Matematyka

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Przedmiotowe zasady oceniania Matematyka. Wymagania edukacyjne na poszczególne oceny

POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA

Mgr Kornelia Uczeń. WYMAGANIA na poszczególne oceny-klasa VII-Szkoła Podstawowa

WYMAGANIA EDUKACYJNE NIEZBĘDNE DO UZYSKANIA ŚRÓDROCZNYCH I ROCZNYCH OCEN KLASYFIKACYJNYCH Z MATEMATYKI W KLASIE I GIMNAZJUM

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

ARKUSZ VIII

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

2. WYRA ANIE ST Iwona eniem roztworu jednostk obj jednostk masy Mol Masa molowa

- odnajduje część wspólną zbiorów, złączenie zbiorów - wyodrębnia podzbiory;

MATERIAŁOZNAWSTWO Wydział Mechaniczny, Mechatronika, sem. I. dr inż. Hanna Smoleńska

WYMAGANIA SZCZEGÓŁOWE Z PODSTAWY PROGRAMOWEJ TEMAT 1.LICZBY I DZIAŁANIA

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Wymagania edukacyjne niezbędne do otrzymania przez ucznia poszczególnych śródrocznych i rocznych ocen klasyfikacyjnych.

Wymagania edukacyjne z matematyki- klasa 4

1.UKŁADY RÓWNAŃ LINIOWYCH

Temat: Liczby definicje, oznaczenia, własności. A n n a R a j f u r a, M a t e m a t y k a s e m e s t r 1, W S Z i M w S o c h a c z e w i e 1

Inżynieria procesów przetwórstwa węgla, zima 15/16

Osiągnięcia ponadprzedmiotowe

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Politechnika Warszawska. Wydział Budownictwa Mechaniki i Petrochemii w Płocku Laboratorium Chemii Budowlanej

Wymagania na poszczególne oceny szkolne

Transkrypt:

Wojciech Skrzypiński 1. Wprowadzenie Stopień wyekstrahowania w układzie ciecz ciecz W najprostszym przypadku proces ekstrakcji polega na usuwaniu jednego ze składników ciekłej mieszaniny dwuskładnikowej za pomocą innej cieczy zwanej ekstrahentem. Zatem w układzie występują trzy składniki: ciecz, w której rozpuszczony jest składnik ekstrahowany B oraz ekstrahent. Z tego powodu wygodnie jest pokazywać taki układ na wykresie trójkątnym zwanym trójkątem Gibbsa. B 1 2 8 7 4 4 7 8 2 1 1 2 4 7 8 KaŜdy wierzchołek trójkąta to czysta substancja, B lub. KaŜdy bok trójkąta to mieszanina dwuskładnikowa, np. na boku B znajdują się mieszaniny składników i B o róŝnych zawartościach obu tych substancji. Naprzeciw boku B leŝy wierzchołek, w którym stęŝenie substancji i B wynosi zero. Natomiast na boku B stęŝenie substancji wynosi zero. Zatem moŝna wywnioskować, Ŝe na kaŝdym odcinku równoległym do boku B połoŝonym bliŝej wierzchołka będzie stała zawartość tego składnika, czyli współrzędne określające zawartość składnika są równoległe do boku przeciwległego wierzchołkowi. I analogicznie, współrzędne określające zawartość składnika B są równoległe do boku przeciwległego wierzchołkowi B oraz współrzędne określające zawartość składnika są równoległe do boku przeciwległego wierzchołkowi. Oznacza to, Ŝe wnętrze trójkąta odpowiada mieszaninom trójskładnikowym. by moŝna wykonać proces ekstrakcji ciecze i muszą wykazywać ograniczoną rozpuszczalność. Wzajemna rozpuszczalność tych składników zaleŝy od zawartości trzeciego składnika B. W trójkącie Gibbsa tę wzajemną rozpuszczalność i 1

przedstawia się za pomocą linii rozpuszczalności, która dzieli wnętrze trójkąta na dwa obszary. B 1 2 8 7 4 4 7 8 2 1 1 2 4 7 8 Nad linią rozpuszczalności jest obszar jednofazowy, co oznacza, Ŝe kaŝda punkt zaznaczony w tym obszarze odpowiada roztworowi jednofazowy. Pod linią rozpuszczalności znajduje się obszar dwufazowy, co oznacza, Ŝe kaŝdy punkt umieszczony w tym obszarze odpowiada mieszaninie, która rozpada się na dwie oddzielne fazy. ozdział mieszaniny dwufazowej odbywa się zgodnie z przebiegiem tak zwanych cięciw równowagowych lub inaczej konod. Przykładowe konody zamieszczono na poniŝszym wykresie. B 1 2 8 7 4 4 8 7 M2 2 1 1 2 4 7 8 2

Jeśli na dowolnie wybranej konodzie zaznaczy się jakiś punkt przedstawiający mieszaninę dwufazową M 1, to ta mieszanina rozdzieli się na dwa roztwory o składach pokazanych przez punkty końcowe konody i. Jeśli na tej samej konodzie wybierze się inny punkt M 2, to i ta mieszanina rozdzieli się na takie same dwa roztwory, z tym, Ŝe ilości (masy) powstałych roztworów będą inne. Nasuwa się pytanie jak moŝna obliczyć te ilości. Jedną z metod obliczeniowych jest wykorzystanie reguły słynnej dźwigni (siła razy ramię, na którym jest przyłoŝona równa jest drugiej sile pomnoŝonej przez długość ramienia, na którym jest przyłoŝona), której podlega kaŝdy odcinek skonstruowany w trójkącie. Przedstawmy odcinek M 1 i napiszmy dla niego regułę dźwigni. Przez oznaczmy masę roztworu, a przez masę roztworu. Zatem iloczyn masy roztworu [kg] i długości odcinka M 1 [mm] jest równy iloczynowi masy roztworu [kg] i długości odcinka M 1 [mm], co zapiszemy wzorem: = M 1 Jeśli dla tego samego odcinka napisać równanie wynikające z zastosowania dźwigni jednostronnej podpartej w punkcie, to otrzymuje się równanie: = M M 1. I wreszcie, jeśli napisze się równanie dla dźwigni jednostronnej podpartej w punkcie, to otrzyma się zaleŝność: = M 1. Masa roztworu M 1 jest oczywiście sumą mas i. Najprostszy proces ekstrakcji moŝna pokazać schematycznie za pomocą poniŝszej ilustracji. 3

S=+B Urządzenie do ekstrakcji przedstawiono w postaci kwadratu, natomiast strumienie wpływające do niego i opuszczające zaznaczono strzałkami. Literą oznaczono rafinat powstający z surowca S, literą ekstrakt powstający z ekstrahenta. Przedstawmy ten proces na trójkącie Gibbsa. B 1 2 8 7 4 S 4 7 8 M 2 1 1 2 4 7 8 Punkt S leŝy na boku trójkąta i przedstawia surowiec zawierający 42 % mas. składnika B oraz 58 % mas. składnika. Jeśli do tego roztworu dodaje się stopniowo składnik, to na wykresie oddalamy się po prostej S od punktu S w kierunku wierzchołka. by osiągnąć punkt M naleŝy dodać taką ilość ekstrahenta, jaka wynika z reguły dźwigni napisanej dla odcinka SM. Mieszanina M rozdziela się na 4

dwie oddzielne fazy przedstawione punktami i. Jeśli chcemy znaleźć stęŝenia poszczególnych substancji w produktach i czy teŝ mieszaninie M, to naleŝy je odczytać z trójkąta kreśląc odpowiednie współrzędne równoległe do poszczególnych boków trójkąta. Dla takiego najprostszego procesu ekstrakcji moŝna takŝe przedstawić równania bilansowe. ównanie bilansu ogólnego przybierze postać: S + = M = +. Bilans masowy dla składnika moŝna zapisać w postaci: S x S + = M x M = x + x Bilans masowy dla składnika B sporządza się analogicznie: S x BS + B = M x BM = x B + x B W równaniach tych iloczyny masy i ułamka masowego oznaczają masę składnika w danym punkcie umieszczonym na wykresie. Korzystając z równań bilansowych moŝna (nie uŝywając reguły dźwigni) wyznaczyć masy produktów przekształcając powyŝsze równania do postaci: x B x BM x B x BM = M = ( S + ) x x x x B B x BM x B x BM x B = M = ( S + ) x B x B x B x B Do oceny procesu ekstrakcji za pomocą czystego ekstrahenta moŝna wykorzystać wielkość zwaną stopniem wyekstrahowania Ψ, którą moŝna zdefiniować jako stosunek masy składnika ekstrahowanego B usuniętego w procesie do masy tego składnika zawartego w surowcu: S x BS x B Ψ = S x BS zasem moŝe się zdarzyć, Ŝe stęŝenie składnika B w uzyskanym rafinacie jest za wysokie, to wówczas proces ekstrakcji moŝna zwielokrotnić według schematu: B B S=+B 1 2 1 2 3 3 1 2 3 5

Proces taki nazywa się ekstrakcją wielostopniową krzyŝową. Najczęściej masa ekstrahenta podawanego do kaŝdego stopnia ekstrakcyjnego jest jednakowa, natomiast stopień wyekstrahowania dla całej baterii oblicza się ze wzoru: S x BS 3 x B3 Ψ = S x BS MoŜna takŝe obliczać stopień wyekstrahowania dla poszczególnych stopni baterii z zaleŝności: i 1 x B(i 1) i x Bi Ψ = x i 1 B(i 1) Proces ekstrakcji wielostopniowej krzyŝowej moŝna przedstawić na trójkącie Gibbsa i wówczas uzyskuje się moŝliwość obliczenia strumieni w poszczególnych stopniach i stęŝeń wszystkich składników we wszystkich strumieniach pojawiających się w baterii. 3 2 1 S M2 M3 5 1 15 2 25 35 4 45 55 65 7 75 8 85 95B 5 1 15 2 25 35 4 45 55 65 7 75 8 85 95 1 2 3 5 1 15 2 25 35 4 45 55 65 7 75 8 85 95 6

Pierwszy stopień ekstrakcji jest analogiczny jak w ekstrakcji jednostopniowej. W drugim stopniu zmienia się surowiec, zatem na wykresie łączymy punkt 1 z punktem i zgodnie z regułą dźwigni obliczamy połoŝenia punktu M2. W kolejnym stopniu procedura jest analogiczna. 2. el ćwiczenia elem ćwiczenia jest wykonanie trójstopniowej ekstrakcji krzyŝowej oraz określenie stopnia wyekstrahowania dla poszczególnych stopni i dla całej baterii. 1 2 3 4 3. paratura parat ekstrakcyjny stanowi zbiornik ze stali kwasoodpornej 5 wyposaŝony w pokrywę 4, zawór spustowy 6, i mieszadło turbinowe 3. Mieszadło napędzane jest silnikiem elektrycznym 1 poprzez sprzęgło 2. 4. Metodyka pomiarów W ćwiczeniu wykonuje się proces trójstopniowej ekstrakcji krzyŝowej. 5 1. NaleŜy przygotować dwuskładnikowy surowiec (roztwór acetonu B w toluenie ) o stęŝeniu i w ilości podanej przez prowadzącego (do przygotowania roztworu o zadanym stęŝeniu masowym moŝna wykorzystać wagę lub zmierzyć objętości acetonu i toluenu (dla znanych gęstości). 6 2. Zmierzyć gęstość surowca. 3. Obliczyć masę (objętość) wody jaką naleŝy dodać, aby uzyskać mieszaninę przedstawioną na trójkącie Gibbsa punktem M 1 (połoŝenie punktu wybiera prowadzący). 4. Surowiec i wodę wlać do ekstraktora. ałą zawartość aparatu miesza się przez około 1 minut, a następnie poddaje się rozdzielaniu faz przez okres, po którym uzyska się dwie klarowne fazy. 5. Za pomocą cylindrów miarowych zmierzyć objętość uzyskanych faz 1 i 1. 6. Zmierzyć gęstość obu uzyskanych faz. 7

7. afinat 1 (roztwór acetonu w toluenie) zadać taką ilością wody 2, aby na trójkącie Gibbsa uzyskać punkt M 2. 8. Wykonać punkty analogiczne do punktów 4, 5 i 6. 9. Wykonać punkty analogiczne do punktów 7, 4, 5 i 6. 5. Opracowanie wyników pomiarów Sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia powinno zawierać następujące elementy: 1. Dla kaŝdego stopnia ekstrakcji sporządzić bilans masowy ogólny i bilans masowy składnika B (acetonu). 2. Dla kaŝdego stopnia ekstrakcji obliczyć stopień wyekstrahowania Ψ i. 3. Obliczyć stopień wyekstrahowania Ψ dla całej baterii trójstopniowej. 4. Na otrzymanym wykresie Gibbsa nanieść przebieg doświadczalny trójstopniowego procesu ekstrakcji krzyŝowej. 5. Sformułować wnioski. 6. Dane eksperymentalne przedstawić w postaci tabeli. Tabela wyników Objętość toluenu, cm 3 Masa toluenu, g Objętość acetonu, cm 3 Masa acetonu, g StęŜenie acetonu, % mas. Objętość surowca, cm 3 Gęstość surowca, kg/m 3 Objętość wody, cm 3 kstrahent Masa wody, g Objętość, cm 3 Gęstość, kg/m 3 Masa, g StęŜenie acetonu, % mas. Objętość, cm 3 Gęstość, kg/m 3 Masa, g StęŜenie acetonu, % mas. Surowiec afinat kstrakt 6. Literatura Stopień I Stopień II Stopień III Ziołkowski Z. kstrakcja cieczy w przemyśle chemicznym, WNT Warszawa 198. 8