Volatilitate relativă - Relative volatility

Volatilitatea relativă este o măsură care compară presiunile de vapori ale componentelor dintr-un amestec lichid de substanțe chimice. Această cantitate este utilizată pe scară largă în proiectarea unor procese industriale de distilare mari . De fapt, indică ușurința sau dificultatea utilizării distilării pentru a separa componentele mai volatile de componentele mai puțin volatile dintr-un amestec. Prin convenție, volatilitatea relativă este de obicei notată . ${\ displaystyle \ alpha}$

Volatilitățile relative sunt utilizate în proiectarea tuturor tipurilor de procese de distilare, precum și a altor procese de separare sau absorbție care implică contactarea fazelor de vapori și lichide într-o serie de etape de echilibru .

Volatilitățile relative nu sunt utilizate în procesele de separare sau absorbție care implică componente care reacționează între ele (de exemplu, absorbția dioxidului de carbon gazos în soluții apoase de hidroxid de sodiu ).

Definiție

Pentru un amestec lichid de două componente (numit amestec binar ) la o temperatură și presiune date , volatilitatea relativă este definită ca

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {(y_ {i} / x_ {i})} {(y_ {j} / x_ {j})}} = K_ {i} / K_ {j}}$

Unde:
${\ displaystyle \ alpha}$	= volatilitatea relativă a componentei mai volatile la componenta mai puțin volatilă${\ displaystyle i}$${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle y_ {i}}$	= fracția molară de echilibru vapori-lichizi a componentului în faza de vapori ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle x_ {i}}$	= fracția molară de echilibru vapori-lichizi a componentului în faza lichidă ${\ displaystyle i}$
${\ displaystyle y_ {j}}$	= concentrația de echilibru vapor-lichid a componentului în faza de vapori ${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle x_ {j}}$	= concentrația de echilibru vapori-lichizi a componentului în faza lichidă ${\ displaystyle j}$
${\ displaystyle (y / x)}$	= Constanta legii lui Henry (numită și valoarea K sau raportul de distribuție vapor-lichid ) al unei componente

Când concentrațiile lor de lichid sunt egale, componentele mai volatile au presiuni de vapori mai mari decât componentele mai puțin volatile. Astfel, o valoare (= ) pentru o componentă mai volatilă este mai mare decât o valoare pentru o componentă mai puțin volatilă. Asta înseamnă că ≥ 1, deoarece valoarea mai mare a componentei mai volatile este în numărător și cea mai mică dintre componenta mai puțin volatilă este în numitor. ${\ displaystyle K}$${\ displaystyle y / x}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle K}$${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle \ alpha}$este o cantitate fără unitate. Când volatilitățile ambelor componente cheie sunt egale, = 1 și separarea celor două prin distilare ar fi imposibilă în condițiile date, deoarece compozițiile lichidului și a fazei de vapori sunt aceleași ( azeotrop ). Pe măsură ce valoarea crește peste 1, separarea prin distilare devine progresiv mai ușoară. ${\ displaystyle \ alpha}$${\ displaystyle \ alpha}$

Diagrama schematică a unei coloane tipice de distilare industrială pe scară largă

Un amestec lichid care conține două componente se numește amestec binar. Atunci când un amestec binar este distilat, separarea completă a celor două componente este rar realizată. De obicei, fracția aeriană din coloana de distilare constă în principal din componenta mai volatilă și o cantitate mică din componenta mai puțin volatilă, iar fracția de fund constă în principal din componenta mai puțin volatilă și o cantitate mică din componenta mai volatilă.

Un amestec lichid care conține mai multe componente se numește amestec multicomponent. Când un amestec cu mai multe componente este distilat, fracția aeriană și fracția inferioară conțin de obicei mult mai mult de unul sau două componente. De exemplu, unele produse intermediare dintr-o rafinărie de petrol sunt amestecuri lichide multicomponente care pot conține hidrocarburi alcan , alchen și alchin , variind de la metan având un atom de carbon până la decani cu zece atomi de carbon. Pentru distilarea unui astfel de amestec, coloana de distilare poate fi proiectată (de exemplu) pentru a produce:

• O fracție aeriană care conține predominant componentele mai volatile, de la metan (având un atom de carbon) la propan (având trei atomi de carbon)
• O fracție de fund care conține predominant componentele mai puțin volatile, de la izobutan (având patru atomi de carbon) la decani (zece atomi de carbon).

O astfel de coloană de distilare se numește de obicei un depropanizator.

Proiectantul ar desemna componentele cheie care guvernează proiectarea separării pentru a fi propan ca așa-numita cheie ușoară (LK) și izobutan ca așa-numita cheie grea (HK) . În acest context, o componentă mai ușoară înseamnă o componentă cu un punct de fierbere mai mic (sau o presiune de vapori mai mare) și o componentă mai grea înseamnă o componentă cu un punct de fierbere mai mare (sau o presiune de vapori mai mică).

Astfel, pentru distilarea oricărui amestec multi-component, volatilitatea relativă este adesea definită ca

${\ displaystyle \ alpha = {\ frac {(y_ {LK} / x_ {LK})} {(y_ {HK} / x_ {HK})}} = K_ {LK} / K_ {HK}}$

Distilarea industrială pe scară largă este rareori întreprinsă dacă volatilitatea relativă este mai mică de 1,05.

Valorile lui au fost corelate empiric sau teoretic în termeni de compoziții de temperatură, presiune și fază sub formă de ecuații, tabele sau graf, cum ar fi bine-cunoscutele diagrame DePriester . ${\ displaystyle K}$

${\ displaystyle K}$valorile sunt utilizate pe scară largă în proiectarea coloanelor de distilare pe scară largă pentru distilarea amestecurilor multicomponente în rafinăriile de petrol, instalațiile petrochimice și chimice , instalațiile de prelucrare a gazelor naturale și alte industrii.

Vezi si

• Distilare continuă
• Distilație fracțională
• Distilarea sub vid
• Coloana de fracționare
• Diagrama fazelor
• Placă teoretică
• Metoda McCabe – Thiele
• Ecuația Fenske
• Bliț de echilibru al unui lichid cu mai multe componente
• Volatilitate (chimie)

Referințe

linkuri externe

• Teoria distilării de Ivar J. Halvorsen și Sigurd Skogestad, Universitatea Norvegiană de Știință și Tehnologie (derulați până la: 2.2.3 Valori K și volatilitate relativă)
• Principalii distilării de Ming T. Tham, Universitatea din Newcastle upon Tyne (derulați în jos la Volatilitatea relativă)