Ισορροπία Υγρού-Υγρού ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ

Σχετικά έγγραφα
Είδη ΙΦΥΥ δυαδικών μιγμάτων

5.3 Υπολογισμοί ισορροπίας φάσεων υγρού-υγρού

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ ΥΓΡΟΥ Liquid Liquid Extraction

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ ΥΓΡΟΥ

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ- ΥΓΡΟΥ Liquid- Liquid Extraction

Πρόρρηση Ισορροπίας Φάσεων. Υψηλές Πιέσεις

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ Υ/Υ ΕΚΧΥΛΙΣΗΣ Κ. Μάτης

Προβλήματα εκχύλισης

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ ΜΑΔ, 2013

Έκφραση της Ισορροπίας φάσεων ατμών υγρού με τη βοήθεια του Aspen plus

ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ Ενότητα : Ισορροπίες φάσεων, διαλυτότητα

ΥΤΙΚΕ ΔΙΕΡΓΑΙΕ ΜΕΣΑΥΟΡΑ ΜΑΖΑ. - Απορρόφηση - Απόσταξη - Εκχύλιση - Κρυστάλλωση - Ξήρανση

Μηχανική και Ανάπτυξη Διεργασιών 7ο Εξάμηνο, Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ ΥΓΡΗ ΕΚΧΥΛΙΣΗ

Ακρίβεια αποτελεσμάτων σχεδιασμού διεργασιών ΜΑΔ, 2013

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Απλά διαγράμματα τάσης ατμών-σύστασηςιδανικών διαλυματων

Ιδιότητες Μιγμάτων. Μερικές Μολαρικές Ιδιότητες

ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ Equilibrium or Flash Distillation

ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΙΙ. Μ. Κροκίδα

Οδηγίες χρήσης Aspen Plus 7.1

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

ΠΥΚΝΟΤΗΤΑ ΠΟΛΥΜΕΡΙΚΗΣ ΑΛΥΣΙΔΑΣ

Προηγμένοι κανόνες ανάμιξης για κυβικές καταστατικές εξισώσεις

Πρόρρηση. Θερμοδυναμικών Ιδιοτήτων Μιγμάτων

IΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΟΛΛΩΝ ΣΥΣΤΑΤΙΚΩΝ ΜΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΥΓΡΩΝ

Energy resources: Technologies & Management

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΕΚΠΛΥΣΗΣ. Πρόβληµα 30. Η καυστική σόδα παράγεται µε την επεξεργασία ενός διαλύµατος ανθρακικού νατρίου σε νερό (25 kg/s Na 2

Δ' Εξάμηνο ΦΥΣΙΚΕΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ. Ερωτήσεις Επανάληψης

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 3 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΩΝ ΦΑΣΕΩΝ ΑΠΟ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΑ ΔΕΔΟΜΕΝΑ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΙ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

Υπολογιστικές Μέθοδοι Ανάλυσης και Σχεδιασμού

Συστήματα Βιομηχανικών Διεργασιών 6ο εξάμηνο

Ιωάννης Πούλιος, Καθηγητής Εργ. Φυσικοχημείας Α.Π.Θ. Τηλ

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Ε. Παυλάτου, 2017 ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ

Παράδειγμα 2-1. Διαχωρισμός νερού- αιθανόλης

ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Π.Φ. ΜΟΙΡΑ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ ΛΥΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ Ι & ΙΙ Εργαστηριακή Άσκηση 4: ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ

ΒΑΣΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΙ ΙΦ - ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΑΠΟΣΤΑΚΤΙΚΩΝ ΣΤΗΛΩΝ ΜΑΔ, 2013

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

3 Η ΣΕΙΡΑ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ - PC-LAB ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ: ΑΣΚΗΣΗ 1 ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΜΟΝΑΔΑΣ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ

ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΡΟΗΣ

ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΑΠΟΣΤΑΞΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΙΙ. Μ. Κροκίδα

Λύση Παραδείγματος 1. Διάγραμμα ροής διεργασίας. Εκρόφηση χλωριούχου βινυλίου από νερό στους 25 C και 850 mmhg. Είσοδος υγρού.

Σχεδιασμός Διεργασιών: Θερμοδυναμικές ιδιότητες - Ισορροπία φάσεων - Ισορροπία Χημικών Αντιδράσεων. Επαμεινώνδας Βουτσάς Νοέμβριος 2016

Τμήμα Χημείας Μάθημα: Φυσικοχημεία Ι Εξέταση: Περίοδος Ιουνίου (21/6/2017)

Φάση ονοµάζεται ένα τµήµα της ύλης, οµοιογενές σε όλη την έκτασή του τόσο από άποψη χηµικής σύστασης όσο και φυσικής κατάστασης.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΑΕΡΙΩΝ Κ. Μάτης

ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΦΑΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΑΣΗ ΑΤΜΩΝ

Οι ιδιότητες των αερίων και καταστατικές εξισώσεις. Θεόδωρος Λαζαρίδης Σημειώσεις για τις παραδόσεις του μαθήματος Φυσικοχημεία Ι

R T ενώ σε ολοκληρωµένη, αν θεωρήσουµε ότι οι ενθαλπίες αλλαγής φάσεως είναι σταθερές στο διάστηµα θερµοκρασιών που εξετάζουµε, είναι

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Επιστήμη των Υλικών. Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Τμήμα Φυσικής

ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΕΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ Ι

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΥΛΙΚΩΝ ΟΜΑΔΑ O

Κεφάλαιο 5 Εκχύλιση. 5.1 Ισορροπία Υγρού - Υγρού

Ε. Παυλάτου, 2017 ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΜΑΖΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

Βασικές Διεργασίες Μηχανικής Τροφίμων

Απορρόφηση Αερίων (2)

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΤΡΙΑΔΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Για αραιά διαλύματα : x 1 0 : μ i = μ i 0 RTlnx i χ. όπου μ i φ =μ i 0 χ

ΑΝΩΤΕΡΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕΡΟΣ Β Η ΚΑΤΑΣΤΑΤΙΚΗ ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ ΑΠΛΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Βασικοί Υπολογισµοί Ισορροπίας Φάσεων Ατµών Υγρού

5 ΕΚΧΥΛΙΣΗ. Κ. Α. Μάτης 5.1 ΓΕΝΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΕΚΧΥΛΙΣΗ ΥΓΡΟΥ- ΥΓΡΟΥ Liquid- Liquid Extraction

Associate. Prof. M. Krokida School of Chemical Engineering National Technical University of Athens. ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΑΕΡΙΩΝ Gas Absorption

Μηχανική Βιομηχανικών Αντιδραστήρων Υπολογιστικό θέμα

ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ. Χαροκόπειο Πανεπιστήμιο. 11 Μαΐου 2006

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΣΥΣΚΕΥΩΝ ΘΕΡΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ. 1η ενότητα

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ

Σε ένα δάλ διάλυμα, η διαλυμένη ουσία διασπείρεται ομοιόμορφα σε όλη τη μάζα του διαλύτη

ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΚΥΚΛΟΥ RANKINE

ΙΙ» ΜΑΘΗΜΑ: «ΧΗΜΕΙΑ. Διδάσκουσα: ΣΟΥΠΙΩΝΗ ΜΑΓΔΑΛΗΝΗ ΕΠΙΚΟΥΡΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΤΜΗΜΑΤΟΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Β ΕΞΑΜΗΝΟ (ΕΑΡΙΝΟ)

Ατομική μονάδα μάζας (amu) ορίζεται ως το 1/12 της μάζας του ατόμου του άνθρακα 12 6 C.

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Απορρόφηση Αερίων. 1. Εισαγωγή

ΤΕΧΝΙΚΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΚΑΙ ΒΙΟΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ

Βασικές Διεργασίες Μηχανικής Τροφίμων

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

ΑΕΡΙΑ ΙΔΑΝΙΚΑ ΚΑΙ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΑ ΑΕΡΙΑ

Σε ένα διάλυμα η διαλυμένη ουσία διασπείρεται ομοιόμορφα σε όλη τη μάζα του διαλύτη

Υπολογισμός & Πρόρρηση. Θερμοδυναμικών Ιδιοτήτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΚΛΑΣΜΑΤΙΚΗΣ ΑΠΟΣΤΑΞΗΣ

Φάσεις μιας καθαρής ουσίας

1 ΦΥΣΙΚΟ ΦΥΣΙΚ ΧΗΜΕΙΑ Ο ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ

ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Πετρολογία Μαγματικών & Μεταμορφωμένων μ Πετρωμάτων Μέρος 1 ο : Μαγματικά Πετρώματα

Enrico Fermi, Thermodynamics, 1937

Δύο προσεγγίσεις Ποιοτική εκτίμηση: για τη μελέτη ενός γεωλογικού συστήματος ή την πρόβλεψη της επίδρασης φυσικοχημικών μεταβολών (P/T/ P/T/Χ) σε ένα

Ακαδημαϊκό έτος ΜΕΡΟΣ Α : ΘΕΩΡΙΑ/ΕΡΩΤΗΜΑΤΑ Τελική Εξέταση ΦΥΕ22 ΒΑΡΥΤΗΤΑ: 30%

Τ, Κ Η 2 Ο(g) CΟ(g) CO 2 (g) Λύση Για τη συγκεκριμένη αντίδραση στους 1300 Κ έχουμε:

Στις εξισώσεις σχεδιασμού υπεισέρχεται ο ρυθμός της αντίδρασης. Επομένως, είναι βασικό να γνωρίζουμε την έκφραση που περιγράφει το ρυθμό.

Φυσικοχημεία 2 Εργαστηριακές Ασκήσεις

Εισαγωγή στην Επιστήμη των Υλικών Διαγράμματα Φάσεων Callister Κεφάλαιο 11, Ashby Οδηγός μάθησης Ενότητα 2

Μάθηµα: Φυσικοχηµεία Ι Εξετάσεις: Περίοδος Σεπτεµβρίου ( )

ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΙ. Διδάσκων: Παπασιώπη Νυμφοδώρα Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. Ενότητα 9 η : Μεταφορά Μάζας

Πρόρρηση Ισορροπίας Φάσεων. Χαμηλές Πιέσεις

Αναγωγή Οξειδίων με Άνθρακα, Μονοξείδιο του Άνθρακα και Υδρογόνο

Transcript:

Ισορροπία Υγρού-Υγρού ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗ Προχωρημένη Θερμοδυναμική Εαρινό εξάμηνο 08-09

Εισαγωγή Σε αντίθεση με τα αέρια τα οποία είναι αναμίξιμα σε όλες τις αναλογίες σε χαμηλές πιέσεις τα υγρά διαλύματα (δυαδικά ή πολυσυστατικά) εμφανίζουν συχνά μερική αναμιξιμότητα τουλάχιστον σε ορισμένο εύρος θερμοκρασίας και σύστασης. Το σύστημα χωρίζεται αυθόρμητα σε δύο υγρές φάσεις διαφορετικής σύστασης Οι συστάσεις αυτών των φάσεων εξαρτώνται από τη θερμοκρασία.

Είδη Ισορροπίας φάσεων Υγρού-Υγρού δυαδικών μιγμάτων Σε συστάσεις που αντιστοιχούν σε σημεία εντός των καμπυλών το μίγμα χωρίζεται σε δύο φάσεις με συστάσεις που καθορίζονται από τις γραμμές σύνδεσης (te-lnes) Ανώτερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος (Upper Crtcal Soluton Temperature UCST) H μέγιστη θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα διαχωρισμός φάσεων Κατώτερη κρίσιμη θερμοκρασία διαλύματος (Lower Crtcal Soluton Temperature LCST) H ελάχιστη θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα διαχωρισμός φάσεων

Είδη ΙΦΥΥ δυαδικών μιγμάτων Περισσότερα από το 50% των μιγμάτων

Ιδιότητες ανάμιξης (ελεύθερη ενέργεια Gbbs) G = σ ഥG ഥG = G + N G N ΔG m = G σ G G = σ G + ΔG m ΔG d = G d σ G = σ ΔG d = RT σ ln G E = G G d G E = RT σ lnγ ഥG d G G G d G E ιδιότητα μίγματος ιδιότητα ιδανικού μίγματος ιδιότητα περίσσειας ΔG m μεταβολή της ιδιότητας κατά την ανάμιξη ΔG d G ഥG ഥG d γ μεταβολή της ιδιότητας κατά την ανάμιξη για ιδανικό μίγμα ιδιότητα του καθαρού συστατικού ιδιότητα του συστατικού στο μίγμα ιδιότητα του συστατικού σε ιδανικό μίγμα συντελεστής ενεργότητας Gbbs-Duhem: σ d ഥG = 0

Αναμίξιμα μίγματα Αναμίξιμο σύστημα: σε δεδομένη θερμοκρασία (Τ ) η μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Gbbs κατά την ανάμιξη (ΔG m ) είναι αρνητική και περνά από ελάχιστο. Το μίγμα σχηματίζει μια υγρή φάση σε όλες τις συστάσεις στη δεδομένη θερμοκρασία

Γιατί συμβαίνει διαχωρισμός φάσεων? Το διάλυμα περνά από μία ομογενή φάση σε δύο όταν μία φάση δεν είναι πλέον θερμοδυναμικά σταθερή δηλαδή η ελεύθερη ενέργεια Gbbs του διφασικού μίγματος είναι μικρότερη από την αντίστοιχη του μονοφασικού συστήματος. Για Τ : ΔG m <0 αλλά σε κάποιο εύρος συστάσεων στρέφει τα κοίλα προς τα κάτω Έστω διάλυμα σύστασης A : Κριτήριο μερικής αναμιξιμότητας ΔG m D αντιστοιχεί σε μίγμα δύο φάσεων με συστάσεις C και C ΔG md < ΔG m A Ο διαχωρισμός δε δύο φάσεις με συστάσεις B και C ευνοείται θερμοδυναμικά σε σχέση με το αρχικό μονοφασικό διάλυμα με σύσταση A

Ευσταθής Μετασταθής Ισορροπία Μ και Ν: σημεία καμπής Τα σημεία αυτά ορίζουν την καμπύλη μετασταθούς ισορροπίας δηλαδή τις μέγιστες συγκεντρώσεις της ουσίας σε αραίωση (ή την έκταση υπερκορεσμού) που μπορεί να υπάρξει. Μετασταθής ισορροπία: Μικρή αλλαγή στις συνθήκες μπορεί να οδηγήσει σε νέα μετασταθή ή ευσταθή ισορροπία.

Gbbs Free energy (J/mol) Ενέργεια Gbbs Συνήθως τα μερικώς αναμίξιμα μίγματα εμφανίζουν G E >0 (θετικές αποκλίσεις από το νόμο του Raoult) Εξαίρεση αποτελούν τα μίγματα πολυμερούς/διαλύτη 500 000 500 0-500 Water () / butanol () at T=0 C G mture G ecess G deal 0 0. 0.4 0.6 0.8-000 -500-000 Water mole fracton

Κριτήριο διαχωρισμού φάσεων Κριτήριο διαχωρισμού φάσεων () () () ή Σε ιδανικό διάλυμα G E =0 συνεπώς δεν μπορεί να υπάρξει διαχωρισμός φάσεων

Κριτήριο διαχωρισμού φάσεων Κριτήριο ευστάθειας με βάση τους συντελεστές ενεργότητας: =0 από εξίσωση Gbbs-Duhem Μπορεί εύκολα να υπολογιστεί από ένα μοντέλο συντελεστή ενεργότητας Για να ισχύει πρέπει γ = α ενεργότητα

Μπορεί η Wlson να προβλέψει ΙΥΥ? Εξίσωση Wlson Κριτήριο ευστάθειας > 0 Συνεπώς η εξίσωση Wlson δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή της Ισορροπίας Υγρού-Υγρού.

Υπολογισμοί ΙΥΥ Καταστατικές εξισώσεις: Η προσέγγιση φ-φ T f T f T T T T c N N T T = c F = c

Υπολογισμοί ΙΥΥ Μοντέλα G E ή συντελεστή ενεργότητας: Η προσέγγιση γ-γ T f T f 0 0 T f T f T T ή a T a T c N N T T ή = c F = c

Gbbs Free energy of mng (J/mol) actvty.4 Υπολογισμοί ΙΥΥ Μίγμα: βουτανόλη/νερό Τ=0 C. 0.8 water butanol 0.6 Στις συστάσεις και ικανοποιείται η εξίσωση των ενεργοτήτων του κάθε συστατικού στις δύο φάσεις 0. 0 0 0 0. 0.4 0.6 0.8 0.4-00 -400-600 -800-000 -00 0 0. 0.4 0.6 0.8 Water mole fracton

Μοντέλα G E ή συντελεστή ενεργότητας Σημείο εκκίνησης: Ecess Gbbs Energy RTlnγ = GE n Tn j Redlch Kster: G E = [ A + B( - ) + C( - ) + D( - ) 3 +...] Van Laar Wlson UNQUAC NRTL Μοντέλο συνεισφοράς ομάδων UNFAC Διαφορετικές παράμετροι για VLE και LLE!!!!

Πρόβλεψη ΙΥΥ με μοντέλα G E Επίδραση των παραμέτρων των μοντέλων στην πρόβλεψη της ΙΥΥ UNQUAC Θερμοκρασιακό εύρος παραμέτρων VLE T-ndep: 95-0 C LLE Τ-ndep: 0-40 C VLE T-dep: 9-9 C LLE Τ-dep: 35-3 C

Πρόβλεψη ΙΥΥ με καταστατικές εξισώσεις Επίδραση του συντελεστή διόρθωσης και των κανόνων ανάμιξης στην πρόβλεψη της ΙΥΥ CO /heane R-EoS

Υπολογισμοί ΙΥΥ δυαδικού μίγματος Να προσδιοριστούν οι δύο υγρές φάσεις σε ισορροπία του μίγματος ισοβουτανίου /φουρφουράλης στους 38 o C. Για τον υπολογισμό των συντελεστών ενεργότητας να χρησιμοποιηθεί το μοντέλο van Laar με παραμέτρους για την θερμοκρασία των 38 o C A=.6 και B=3.0. ep A A B B ep A A () ep B A Με επίλυση του συστήματος: B A (3) (4) ep B B () 0.8 0. 984 0.887 0. 076 8.375.08.03. 77

Αλγόριθμος υπολογισμού ΙΥΥ Συντελεστής κατανομής K = γ = γ K = = γ γ + = Κ + K = = K K K και = K. Αρχικές τιμές: Έστω old και old. Υπολογίζω γ old γ old K old K old. new = K old K old K old 3. new =K old new και new = new 4. Υπολογίζω: γ new και γ new 5. Υπολογίζω: K new = γ new γ new 6. Αντικαθιστώ: old = new και K old = K new 7. Επαναλαμβάνω τα βήματα -6 μέχρι να συγκλίνουν οι τιμές

Ισορροπία Ατμού-Υγρού-Υγρού methanol/n-heane Το μίγμα methanol/heane είναι πολύ μη ιδανικό με κοντινές τάσεις ατμών των καθαρών συστατικών οπότε εμφανίζει αζεότροπο. Στη χαμηλότερη πίεση η καμπύλη ισορροπία Υγρού-Ατμού τέμνει την καμπύλη ισορροπίας Υγρού-Υγρού

Ισορροπία Ατμού-Υγρού-Υγρού Για σταθερή ανάλογα με την T και τη σύσταση προκύπτουν: μία υγρή φάση δύο υγρές φάσεις μια υγρή και μία ατμώδης φάση μία ατμώδης φάση δύο υγρές φάσεις και μία ατμώδης Για δεδομένη Ρ υπάρχει μόνο μία Τ στην οποία εμφανίζεται ΙΑΥΥ (3 φάσεις) Κανόνας των φάσεων: F = c p r + = 3 0 + =

Υπολογισμοί Ισορροπίας Ατμού-Υγρού-Υγρού y T f T f T f V L L L L y T y f T f T 0 0 T T = c ) ( 0 E f s s c F N N y f T s 0 = c = c y T y T T s s χαμηλες πιέσεις

Υπολογισμοί ΙΥΥΑ δυαδικού μίγματος Να προσδιοριστούν οι συστάσεις των τριών φάσεων (ατμός-υγρό -υγρό ) σε ισορροπία για το μίγμα ισοβουτάνιο ()/φουρφουράλη () στους 38 o C με το μοντέλο van Laar (38 o C: A=.6 και B=3.0) Δίνεται: s (at 38 o C)=4.956 bar : s (at 38 o C)=0.005 bar Θεωρώντας ότι η ισορροπία ΥΥ δεν επηρεάζεται από την πίεση από το προηγούμενο παράδειγμα: 0.8 0. 984 0.887 0. 076 8.375.08.03. 77 s s s ( E) s ( E) s y s y s s s y s y s s s s = 0.8 8.375 4.9756 + 0.887.030 0.005 = 4.69 bar = 0.984.08 4.956 + 0.076.77 0.005 = 4.69 bar Η πίεση φυσαλίδας των δύο υγρών φάσεων είναι η ίδια y = s γ = 0.999 y = γ s = y = 0.00

ΙΥΥ τριαδικών μιγμάτων Τριγωνικά διαγράμματα (0 % Α 30 % Β και 50 % C) B (0 % Α 30 % Β και 50 % C)

ΙΥΥ τριαδικών μιγμάτων Τριγωνικά διαγράμματα Oι γραμμές σύνδεσης καθορίζουν τις συστάσεις των δύο υγρών φάσεων σε ισορροπία.0 MK (35 % Water 47.5 % Acetone και 7.5 % MK)

Τύποι τριγωνικών διαγραμμάτων ΙΥΥ a. νερό/αιθανόλη/βενζόλιο b. φαινόλη/βουτυρικός εστέρας του οξικού οξέος/νερό c. κυκλοεξάνιο/βενζόλιο/νερό d. -βουτανόλη/βουτανόνη/νερό e. -βουτανόλη/βουτανόνη/νερό f. φαινόλη/-προπανόλη/νερό g. φαινόλη/-προπανόλη/νερό

Εκχύλιση Υγρού-Υγρού Εκχύλιση κατ αντιρροή Εκχύλιση διασταυρούμενης ροής Feed + desred solute Fresh solvent Fresh solvent Fresh solvent Stage Stage Stage 3 Raffnate Etract Etract 3 Etract

Εκχύλιση Υγρού-Υγρού Σε πραγματικές διεργασίες εκχύλισης οι διαλύτες που χρησιμοποιούνται (διαλύτης τροφοδοσίας Α και διαλύτης εκχύλισης Β) είναι συχνά μερικώς αναμίξιμοι. Oι δύο φάσεις που σχηματίζονται μετά την ανάμιξη των ρευμάτων τροφοδοσίας δηλαδή η φάση του εκχυλίσματος και η φάση του υπολείμματος περιέχουν ποσότητες και από τα τρία συστατικά (Α Β και C). O υπολογισμός των θεωρητικών βαθμίδων απαιτεί τη γνώση της ισορροπίας φάσεων του τριαδικού συστήματος Α/Β/C

Χρήση τριγωνικών διαγραμμάτων ΙΥΥ για την επιλογή διαλύτη εκχύλισης Cehrel S. Blgn M.Quaternary Lqud-Lqud Equlbrum of Water+ Acetc Acd+roponc Acd+Solvent (Amyl Alcohol Cycloheyl Acetate or Toluene) Systems J. Chem. Eng. Data 49 (004) 456.

Υπολογισμοί ΙΥΥ τριαδικού μίγματος σε μία βαθμίδα Απαιτείται η απομάκρυνση ακετόνης από μίγμα που περιέχει 60% κ.β. ακετόνη και 40% κ.β. νερό με εκχύλιση σε μια βαθμίδα κατ ομορροή με διαλύτη μέθυλο-ισοβούτυλοκετόνη (ΜΙΚ) στους 5 o C. Δίνεται το διάγραμμα φάσεων του μίγματος. Αν χρησιμοποιήσουμε 3 kg ΜΙΚ για την εκχύλιση kg διαλύματος ποιες θα είναι οι ποσότητες και οι συστάσεις των φάσεων σε ισορροπία; Αρχικό μίγμα: 3 kg ΜΙΚ 0.6 kg ακετόνη και 0.4 kg νερό. Σύσταση (w/w): 0.75 ΜΙΚ 0.5 ακετόνη και 0. νερό. w MK=0.75 w acetone= 0.5 ΜΙΚ

Υπολογισμοί ΙΥΥ τριαδικού μίγματος σε μία βαθμίδα ΜΙΚ. Α Φάση πλούσια σε ΜΙΚ (w/w) ακετόνη (w/w) νερό (w/w) ΜΙΚ 0.805 0.55 0.04 νερό 0.0 0.08 0.9

Υπολογισμοί ΙΥΥ τριαδικού μίγματος σε μία βαθμίδα Φάση πλούσια σε ΜΙΚ (w/w) ακετόνη (w/w) νερό (w/w) ΜΙΚ 0.805 0.55 0.04 νερό 0.0 0.08 0.9 Oλικό ισοζύγιο μάζας: Mερικό ισοζύγιο μάζας π.χ. για το νερό: L L 4 kg 0.04 L 0.9 L 0.4 kg L 3.7 kg L 0.79 kg Όπως είναι φανερό με αυτό τον τρόπο είναι εφικτή η απομάκρυνση του μεγαλύτερου ποσοστού της ακετόνης από το αρχικό υδατικό διάλυμα περίπου 0.55*3.7=0.577 kg από τα αρχικά 0.6 kg ή ποσοστό 96%. Για να επιτευχθεί όμως αυτή η απομάκρυνση καταναλώθηκε μεγάλη ποσότητα MK.

Υπολογισμοί ΙΦΥΥ τριαδικού μίγματος σε δύο βαθμίδες Απαιτείται η απομάκρυνση ακετόνης από ένα μίγμα που περιέχει 60% κ.β. ακετόνη και 40% νερό με εκχύλιση σε δύο διαδοχικές βαθμίδες κατ ομορροή με διαλύτη ΜΙΚ στους 5 o C. Στην πρώτη βαθμίδα χρησιμοποιούμε kg ΜΙΚ για την εκχύλιση kg διαλύματος ακετόνης/νερού. Η πλούσια σε νερό φάση οδηγείται στη δεύτερη βαθμίδα όπου έρχεται σε επαφή με άλλο kg ΜΙΚ. Ποιες θα είναι οι ποσότητες και οι συστάσεις των φάσεων σε ισορροπία στην έξοδο της δεύτερης βαθμίδας;

Υπολογισμοί ΙΦΥΥ τριαδικού μίγματος σε δύο βαθμίδες Η ολική σύσταση του αρχικού μίγματος που εισέρχεται στην πρώτη βαθμίδα είναι 0.5 w/w ΜΙΚ 0.3 w/w ακετόνη και 0. w/w νερό (σημείο Β στο Σχήμα) Συστάσεις των δύο φάσεων στην ισορροπία: Φάση πλούσια σε ΜΙΚ (w/w) ακετόνη (w/w) νερό (w/w) ΜΙΚ 0.6 0.3 0.06 νερό 0.0 0.3 0.75 Από την επίλυση του συστήματος των ισοζυγίων: Β L. 59kg L 0. 4kg ΜΙΚ.

Υπολογισμοί ΙΦΥΥ τριαδικού μίγματος σε δύο βαθμίδες Τροφοδοσία της δεύτερης βαθμίδας ΜΙΚ: + 0.0*0.4 =.008 kg ακετόνη: 0.3*0.4 = 0.094 kg νερό: 0.75*0.4 = 0.308 kg. Επομένως ολική σύσταση της τροφοδοσίας στη δεύτερη βαθμίδα (w/w): 0.75 ΜΙΚ 0.067 ακετόνη και 0.8 νερό (σημείο Γ) Συστάσεις των φάσεων στη δεύτερη βαθμίδα: Φάση πλούσια σε ΜΙΚ w/w) ακετόνη (w/w) νερό (w/w) ΜΙΚ 0.884 0.076 0.04 Β νερό 0.00 0.030 0.95 Από την επίλυση του συστήματος των ισοζυγίων: L. 34kg L 0. 76kg ΜΙΚ. Γ Συνολική ανάκτηση περίπου 0.594 kg ακετόνης ή ποσοστό περίπου 99% κ.β. με χρήση μόνο kg ΜΙΚ.

Υπολογισμός Αριθμού Θεωρητικών Βαθμίδων Εκχύλισης κατ αντιρροή C Σημειώνεται η σύσταση της τροφοδοσίας (F) του διαλύτη (S) και η ζητούμενη σύσταση του του υπολείμματος (R). Από την αναλογία S/F προσδιορίζεται το σημείο Μ με τον κανόνα του μοχλού (Η ευθεία FS αποτελεί το άθροισμα F+S για διάφορες αναλογίες S/F) E F Προεκτείνουμε την ευθεία RM και προσδιορίζουμε το σημείο Ε δηλαδή τη σύσταση του εκχυλίσματος (Η ευθεία RE αποτελεί το άθροισμα R+E για διάφορες αναλογίες R/E) Με αυτόν τον τρόπο λύνουμε γραφικά το ισοζύγιο μάζας M F+S=E+R=Μ S S R Carrer

Υπολογισμός Αριθμού Θεωρητικών Βαθμίδων Εκχύλισης κατ αντιρροή C Προσδιορίζεται το "σημείο λειτουργίας () ως η τομή των προεκτάσεων των ευθειών ΕF και SR Η γραμμή σύνδεσης από το σημείο Ε προς την άλλη μεριά της καμπύλης ισορροπίας προσδιορίζει τη σύσταση της φάσης (R). Η γραμμή FER αποτελεί ένα στάδιο εκχύλισης. Σχεδιάζεται η ευθεία ΡR η οποία τέμνει την καμπύλης ισορροπίας στο σημείο Ε. το οποίο αποτελεί ένα ενδιάμεσο εκχύλισμα. E 3 E E F Προσδιορίζεται η σύσταση της φάσης R ακολουθώντας την γραμμή σύνδεσης ΕR. Η γραμμή RER αποτελεί τo δεύτερο στάδιο εκχύλισης κοκ. S E 4 S R R R 3 R Carrer