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Feliciano Bini
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3 Il diagramma di stato presenta una concavità verso il basso. Distillando miscele che si trovano a sinistra dell azeotropo, cioè più diluite, la distillazione procede sino al valore massimo di concentrazione per l alcol : 89,5 % corrispondente all azeotropo Per avere un alcol a maggior concentrazione rispetto all azeotropo si aggiunge un terzo componente. Nel caso dell alcol etilico si aggiunge benzene. Si ottiene così un azeotropo triplo avente composizioni diverse e bolle a temperatura inferiore a quella della miscela acqua alcol ( 65 C). Nella distillazione questo azeotropo esce dalla testa e viene mandato in una seconda torre di distillazione dove è possibile separare completamente il benzene, mentre il residuo di coda è costituito principalmente da alcol. I vapori di testa della prima colonna, condensati, danno due soluzioni immiscibili: acqua alcol e benzene alcol che tornano in ciclo.

4 DISTILLAZIONE FLASH O DISTILLAZIONE DI EQUILIBRIO E un processo continuo in singolo stadio, impiegato per separare due componenti aventi volatilità sufficientemente diverse. Manca il riflusso. Consiste nel vaporizzare la carica ottenendo una fase vapore più ricca nel volatile e liquida più povera. La parziale vaporizzazione può essere provocata anche da una caduta di pressione. Bilancio di materia globale: F = D + W F * X F = D * Y D + W * X W (bilancio al componente più volatile) Poiché la carica entra parte liquida e parte vapore, q sarà: 0 < q < 1 e rappresenta la frazione di carica allo stato liquido. Per questo motivo è giusto scrivere: W = q * F e D = (1-q) * F Si avrà allora: F * X F = (1-q) * F* Y D + q * F * X W

5 la quale esplicitata rispetto a Y D q 1 Equazione Retta q Y D = * X W - * X F q-1 q-1 In definitiva le composizioni Y D e X W si otterranno nel diagramma di equilibrio in funzione della retta q, all intersezione tra questa e la curva di equilibrio. Sono dati: F, X F e q. Risolvendo si determinano : X W, Y D, W e D Y D XW XF

6 DISTILLAZIONE DISCONTINUA O DIST. BATCH Si utilizza quando si hanno continue fluttuazioni della portata, delle temperature e composizioni. Può essere a singolo stadio (differenziale) o a più stadi. L alimentazione entra in un Ribollitore dal quale esce vapore, oppure la colonna ha in basso la caldaia con serpentina che vaporizza la miscela, i vapori salgono i vari piatti arricchendosi nel componente più volatile fino al punto voluto. Una parte del prodotto viene riflussata in colonna. Col passare del tempo il componente più volatile viene allontanato, pertanto la sua conc. diminuisce nel vapore e nel liquido. La dist. Batch si può anche effettuare immettendo i vapori prodotti nel ribollitore in una colonna con riflusso Il sistema si comporta come il tronco di arricchimento di una colonna di rettifica con la differenza che le composizioni del liquido W e dei vapori D variano nel tempo. Questo tipo di distillazione può essere rappresentata nel diagramma X-Y solo dalla retta di arricchimento.

7 Può essere condotta a riflusso costante cioè variano X D e X W mentre la retta di lavoroconserva la sua pendenza, oppure discontinua a riflusso variabile dove X D è fissato e costante e si varia R in maniera che la retta di lavoro dia sempre lo stesso numero di piatti via via che X W diminuisce. Contemporaneamente la portata di distillato D andrà diminuendo sino a quando con R= (coincidenza della retta di lavoro con la retta a 45 ) si giungerà a X W D finale e D = 0. V B F W

8 X W X D X Wf X wi X Df X di Distillazione discontinua A stadi Distillazione discontinua a riflusso costante Distillazione discontinua a riflusso variabile X W X D X W X D

9 DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI VAPORE: Si usa per miscele aventi punti di ebollizione elevati con rischi di decomposizione delle sostanze. Le sostanze devono essere immiscibili con l acqua formatosi per condensazione del vapore. La presenza del vapore aumenta la tensione di vapore totale e quindi si abbassa la temperatura di ebollizione. La colonna può essere a riempimento o a stadi, con riflusso R, manca il ribollitore. Si sa che la temperatura di ebollizione di una miscela (immiscibili) è inferiore a quella dei singoli componenti P = P A + P B Per determinare la t di ebollizione di un componente in presenza di acqua si fa uso del diagramma Di Hausbrand. Ad ogni Ptot. è possibile leggere la t di ebollizione del sistema acqua/ componente. Si sa che P = P vap + P sost. dove P V = P - P sost.

10 Con P V = Y V * P e P S = Y S * Pt ; Con Y numero di moli Dividendo la prima per la seconda si ha: Y V P P S massa vapore/pm V = = = da cui Y S P S massa sostanza/pm S massa vapore Ptot. - P S 18 = * massa sostanza P S PM S Dove 18 e PM S sono i pesi molecolari rispettivamente del vapore e della sostanza. E possibile ricavare in questo modo il rapporto tra i due (conoscendo le pressioni). In colonna dalla testa entra l alimentazione, in coda alla colonna entra il vapore V I ed esce il residuo W. Dalla testa esce il vapore che viene condensato e assicura il riflusso e D. Si conoscono in genere X D, X F, X W, R. Entrando l alimentazione allo stato liquido, la retta q avrà un angolo minore di 90.

11 Nell ipotesi di portate molari costanti, V I sarà = alla portata del vapore d acqua V. La mancanza del ribollitore porta all eguaglianza tra W e L I, La retta di esaurimento avrà un andamento diverso dal solito partirà quindi dall ascissa anziché dulla retta a 45, come nella rettifica continua.perché calcolando l intercetta per X=X W non si ha Y= X W ma si ottiene invece Y=0. Pertanto la retta di esaurimento parte da X W e interseca la retta di arricchimento sulla retta q a seconda del valore di riflusso utilizzato. La retta di esaurimento ha equazione: L I W Y = * X - * X W V I V I

12 Il calcolo del numero di stadi è analogo a quello visto per la rettifica. Si tracciano: la retta q, le rette di lavoro delle zone di arricchimento ed esaurimento e si ricava il numero degli stadi. LEGENDA e RIEPILOGO V I = portata vapore in colonna (vapor d acqua). L I = portata del residuo W Mentre nella rettifica per X=X W Y=X W, in corrente di vapore si avrà per X=X W ; L I - W Y= * X W V 1 e poichè L I è uguale a W, sarà Y=0 quindi la retta di lavoro di esaurimento X=X W X=X W non partirà da ma X w Y= X W Y=0

13 V F,X F D X D R + 1 W V I X w X F X D

14 DISTILLAZIONE ESTRATTIVA Quando i componenti la miscela da distillare presentano punti di ebollizione vicini cioè volatilità quasi uguale, la curva di equilibrio X/Y riferita al componente più volatile risulta appiattita sulla diagonale a 45, ciò porta ad un conseguente numero elevato di piatti. In questi casi si applica la distillazione estrattiva che consiste nell aggiungere alla miscela un solvente che presenta affinità con uno dei due componenti facendolo deviare dal comportamento ideale. Il solvente deve avere bassa volatilità e deve poter essere facilmente separabile alla fine allo stato liquido. Un esempio pratico è rappresentato dalla miscela iso-ottano / toluene, la curva di equilibrio riferita all iso-ottano è appiattita sulla retta a 45, l aggiunta di fenolo più affine al toluene porta all aumento della volatilità dell iso-ottano con conseguente curva più bombata.

15 Nella colonna entra la miscela più il sovente, dalla testa esce iso-ottano mentre dal basso esce fenolo e toluene che vengono separati per successiva distillazione. La colonna ha il ribollitore di coda e il condensatore di testa per assicurare il riflusso. La determinazione dei traffici in colonna e del numero di piatti è analoga alla rettifica continua. Maggiore è l aggiunta di fenolo, più bombata sarà la curva e minore risulterà il numero di piatti.

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