8.3 Stoomdestillatie

8.3.1 Theoretische achtergrond
In § 8.1.2 is de destillatie van een mengsel ( of nauwkeuriger geformuleerd: een oplossing) van twee mengbare vloeistoffen besproken. Tevens werd nagegaan wat de invloed was van de molfractie en de dampdruk van elke component.

Een totaal andere situatie ontstaat echter als bij de destillatie van een mengsel van twee componenten, waarvan de één water is, er van een onmengbaar systeem wordt uitgegaan. In een onmengbaar systeem houd je, ook na goed mengen, twee aparte vloeistoflagen over. In zo'n geval is de dampdruk boven het mengsel ook de som van de partiële dampdruk van de componenten: Ptotaal = PA+ PB. Omdat echter nu de beide mengsels zijn gescheiden in aparte lagen met elk de vrijwel zuivere afzonderlijke vloeistoffen geldt dat de totale dampdruk, in dit geval, bij de temperatuur waarop het mengsel kookt gelijk is aan de som van de zuivere dampdrukken bij die temperatuur .

Ptotaal = PA+ PB = xA.PA ° + x­B. PB° = PA° + PB° (bij stoomdestillatie) (8.6)

Omdat voor een destillatie uitgevoerd onder atmosferische druk geldt dat Ptotaal gelijk is aan 1 atmosfeer (of 760 mm kwikdruk), geldt dat de afzonderlijke zuivere dampdrukken waarbij het mengsel kookt lager zijn dan 1 atmosfeer. Dit betekent dat het kookpunt van het mengsel lager is dan het kookpunt van de afzonderlijke componenten (zie figuur 8.15). En omdat 1 van de componenten water is betekend dit dat het kookpunt altijd lager is dan 100 oC.


Figuur 8.15 Dampdruk als functie van de temperatuur voor een mengsel van twee onmengbare vloeistoffen met kookpunten van 100°C (water) en 150°C.

Zolang de gescheiden fasen aanwezig zijn, zal het mengsel een constant kookpunt hebben. Hiermee samenhangend zal het destillaat steeds een constante samenstelling hebben, waarvan de exacte samenstelling wordt bepaald door de verhouding in dampdrukken. Voor de gasfase geldt dat de partiële dampdruk van een stof gedeeld door de totale druk gelijk is aan de molfractie:

yA = PA/Ptotaal en yB/Ptotaal (8.7)

Hieruit volgt dat geldt:

yA/yB = PA/PB = (en in dit specifieke geval) = PA°/PB° (8.8)

Þ (xA/xB) in destillaat = PA°/PB° (8.9)

Door aan beide kanten te vermenigvuldigen met MA/MB wordt bovenstaande vergelijking:

xA(in dest.)MA / xB(in dest.)MB = massaA /massaB = MAPA° / MBPB° (8.10)

Stel dat component A water is (MA = 18.0 g /mol). De massa van de onbekende component (MB) kan dan worden afgeschat met behulp van bovenstaande vergelijking, mits de temperatuur waarbij het mengsel begint te koken is gemeten! Uit deze temperatuur kan namelijk de verzadigde dampdruk van zuiver water worden bepaald door deze op te zoeken in het "Handbook of Chemistry and Physics" [10]. Omdat Ptotaal gelijk is aan 760 mm kwikdruk (1 atmosfeer) kan PB worden berekend:

Ptotaal = PA + PB => PB = Ptotaal – PA = Ptotaal – Pwater (8.11)

Door de twee onmengbare vloeistofslagen na destillatie met een scheitrechter af te scheiden en te wegen, kan het molgewicht van de onbekende component worden bepaald. Door omschrijven van (8.10) volgt:

MB= massaB*MA*PA° / massaA*PB° = massaB*18.0*Pwater° /massawater*PB° (8.12)

Omgekeerd rekenen kan natuurlijk ook. Indien de molgewichten van beide componenten bekend zijn, kan de zuivere dampdruk van B bij de destillatietemperatuur worden berekend met bovenstaande vergelijking.

Zoals gezegd wordt bovenstaand proces meestal uitgevoerd met water. Omdat er meestal meer water uit de destillatiekolf verdampt dan de andere component, moet er om twee aparte lagen te blijven behouden regelmatig water tijdens het proces worden toegevoegd. Dit kan natuurlijk worden gedaan door een scheitrechter gevuld met water op de destillatiekolf te bevestigen (zie figuur 8.18) en te verwarmen met een verwarmingsmantel. Het is echter handiger om gebruik te maken van een apparaat dat stoom aanlevert. De stoom wordt dan door de oplossing geleid waardoor er continu voldoende water blijft en de oplossing tevens wordt verwarmd (figuur 8.16). Vanwege dit gebruik van stoom wordt het proces ook wel aangeduid met stoomdestillatie.


Figuur 8.16 Opstelling voor stoomdestillatie.

De voorwaarden om stoomdestillatie te kunnen toepassen bij een stof zijn:

- de stof moet bij de kooktemperatuur van water al een redelijke dampdruk bezitten.

- de stof mag niet met water reageren.

- de stof moet onmengbaar zijn met water.

- het is handig als de een hoge molaire massa heeft (sneller hogere opbrengst).

vorige pagina volgende pagina

   
     
home
Deze website is gemaakt door Oxbo

Scheidingsmethoden in de organische chemie