LEPÁRLÁS (DESZTILLÁCIÓ) Alapfogalmak Készítette: Varga István VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA varga.i@neobee.net

Definíció: Lepárlásnak nevezzük azt a műveletet, amely során az illékony folyadékelegy részleges elpárologtatásával kapott gőzt kondenzáljuk. A kondenzálás eredményeképpen keletkezett folyadékfázis összetétle különbözik az eredeti kiindulási elegyétől.

A lepárlás (desztillálás) tehát szétválasztási művelet, amelyben a két vagy több illékony alkotót (komponenst) tartalmazó homogén folyadékelegyet alkotóira lehet bontani. ILLÉKONYSÁG alatt a komponensek meghatározott, de egymástól eltérő gőznyomását értjük a gőzfázisban.

A szétválasztás alapja az elegy komponenseinek azonos hőmérsékleten eltérő gőznyomása, aminek következtében a lepárlás során mindegyik komponens illékonyságával (fugacitásával) arányos mennyiségben kerül gőzállapotba. Legegyszerűbb esetben a kiindulási elegy biner, azaz csak két alkotót tartalmaz. Ennek lepárlása során a gőz nagyobb mennyiségben tartalmazza a nagyobb illékonyságú , alacsonyabb forráspontú alkotót, mint a kiindulási elegy.

A lepárlás után visszamaradt folyadékot maradéknak nevezzük, míg a gőzők kondenzálásával kapott folyadékot párlatnak, vagy desztillátumnak nevezzük.

Két, elvileg különböző lepárlási mód ismeretes: A lepárlás módjai Két, elvileg különböző lepárlási mód ismeretes: Egyszerű lepárlás; Rektifikálás.

Egyszerű lepárlás A folyadékelegyet csupán egyszer, részlegesen párologtatják el, és az így kapott gőzöket kondenzálják. Csak olyan elegyek szétválasztására alkalmas, amelyek alkotóinak illékonysága nagymértékben különbözik. A művelet lehet: Folyamatos és Szakaszos üzemű.

Rektifikálás A rektifikálást akkor alkalmazzák, amikor az elegy alkotóinak forráspontja kismértékben tér el egymástól, és egyszerű lepárlással az alkotókat nem lehet egymástól különválasztani. A művelet lehet: Folyamatos és Szakaszos üzemű.

A kétfázisú FOLYADÉK-GŐZ rendszer jellemzői Biner elegyek fázisegyensúlya: Ha az elegy két komponenst (K= 2) tartalmaz, és ezek között nem megy végbe kémiai kölcsönhatás, akkor folyadék és gőzfázis jelenléte esetén a fázisok száma (F= 2). A fázisszabálynak megfelelően az ilyen rendszerek szabadsági foka: Sz = K + 2- F = 2 + 2 – 2 = 2

A rendszer állapotát három független paraméter határozza meg egyértelműen, ezek a : Hőmérséklet (t), Nyomás (p) és az Egyik fázis koncentrációja (c). A három paraméter közül kettő tetszőlegesen megválasztható, ezek ismeretében a harmadik paraméter értéke meghatározható.

A biner elegyek felosztása A kölcsönös oldhatóságtól függően megkülönböztetünk: Egymásban korlátlanul elegyedő, Nem elegyedő és Korlátozottan elegyedő folyadékelegyeket.

A korlátlanul elegyíthető alkotók elegyei még feloszthatók: Ideális elegyekre, mint amilyenek pl. a benzol – toluol, benzol – xilol, ciklohexán – toluol, klórbenzol – anilin, nitrogen – oxigen stb. Reális (valóságos) elegyekre

Ideális elegyek Az olyan elegyeket, amelyeknek alkotói minden arányban oldják egymást, az elegyedési hő értéke nulla, továbbá az elegy térfogata gyakorlatilag állandó, és viselkedésükben követik Raoult- és Dalton törvényét, ideális elegyeknek nevezzük.

Raoult- törvénye: Minden komponens parciális nyomása, pl. az alacsonyabb forráspontú A komponens pA parciális nyomása a gőzfázisban arányos e komponens xA folyadékfázisbeli móltörtjével. Az arányossági tényező a komponensnek az adott hőmérséklethez tartozó PA gőznyomása.

pA = PA· xA illetve a B komponensre : pB = PB · xB mivel xA + xB = 1 , felírhatjuk: pB = PB (1 – xA)

Dalton törvénye: Az elegy fölötti gőznyomás, P egyezik a komponensek parciális nyomásának összegével. P = pA + pB = PA ·xA + PB (1 – xA)

p – x diagram t = const. p Az elegy fölötti össznyomás PB PA XA

P – gőznyomás az elegy fölött. A Dalton törvénynek megfelelően, adott A komponens pA parciális nyomása arányos az yA gőzfázisbeli móltörtjével. pA= P·yA P – gőznyomás az elegy fölött.

A forráspontgörbe A forráspontgörbe az elegy forráspontját, illetve kondenzálódási hőmérsékletét ábrázolja az elegy összetételének (koncentrációjának) függvényében.

Kondenzációs görbe Az abszcisszatengelyre felmérjük a folyadékelegy összetételét, (X3) ebből a pontból függőlegest húzunk a forráspont-görbéig. Ezután a metszéspontból vízszintes egyenest húzunk jobbra a kondenzációs görbe metszéspontjáig. Ez utóbbi metszéspontnak megfelelő abszcisszaérték adja meg az egyensúlyi gőz összetételét (y3).

Az elegy komponenseinek relatív illékonysága A folyadékelegy alkotóinak relatív illékonysága alatt a tiszta alkotók azonos külső nyomáshoz tartozó gőznyomásának hányadosát értjük. A relatív illékonyság ismeretében kiszámítható és megszerkeszthető az ideális folyadékelegy egyensúlyi görbéje.

Az egyensúlyi görbe y – x diagram Az alacsonyabb forráspontú komponens egyensúlyi folyadék- (xA) és gőz- (yA) összetétele közötti összefüggést ábrázolja: