CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ

CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ - MÔI TRƯỜNG  BÀI TẬP TIỂU LUẬN CÂN BẰNG LỎNG HƠI CỦA HỆ ĐA CẤU TỬ GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: LÊ HUỲNH NGUYỄN Huế,10/2012 1 Lịch làm việc nhóm 6 Ngày 29/09/2012: Họp nhóm tại phòng C 1 D 2 201 +Người tìm tài liệu - Hệ hai cấu tử tồn tại có giới hạn ở thể lỏng do: Nhật và Vũ đảm nhiệm , - Chưng cất chiết, phép chưng cất đẳng phí do: Hùng, Phú, Thái đảm nhiệm. - Chưng chất lôi cuốn hơi nước do: Sơn, Như Long đảm nhiệm - Ngày 01/10/2012: Nhóm tập trung tài liệu tại phòng trọ Sơn (Số 8- Nguyễn Thiện Kế - TP Huế) Ngày 02/10/2012: Xử lí tài liệu: Hùng, Nhật, Sơn Ngày 03/10/2012: Đánh máy Ngày 05/10/2012: Nhóm hoàn thành bài tiểu luận và in ra Dự kiến chuyển bài làm cho cô vào ngày (08/10/2012) Ngày thuyết trình: 10/10/2012 Người trình bày Nhóm Trưởng Nhật Sơn 2 DANH SÁCH NHÓM 1. Trương Ngọc Tấn Nhật (trình bày) 2. Trịnh Đình Sơn (nhóm trưởng) 3. Nguyễn Văn Hùng 4. Phan Cảnh phú 5. Phạm Văn Quốc Thái 6. Trần Như Long 7. Nguyễn Trần Anh Vũ 3 LỜI NÓI ĐẦU Để đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu bộ môn hóa lí trong chương trình đào tạo: Dưới sự hướng dẫn của giảng viên bộ môn. Nhóm chúng tôi đã hoàn thành bài tiểu luận với 3 chuyên đề chính. + Hệ 2 cấu tử hòa tan có giới hạn ở thể lỏng, + Chưng cất chiết, phép chưng cất đẳng phí, + Phép chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước. Như chúng ta đã biết Hóa Lí đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển của các ngành Khoa học và Kĩ thuật Công nghệ Sản xuất: Câu hỏi đặt ra ở đây, Vậy chúng ta cần phải làm gì? Thì trong bài tiểu luận này chúng tôi sẽ cùng các bạn tìm hiểu về những khái niệm và có chế hoạt động tưởng chừng như xa lạ như: Hệ 2 cấu tử là gì ? Chưng cất chiết ? Chưng cất đẳng phí? và chưng cất lôi cuốn bằng hơi nước ? Thực chất nó được ứng dụng rất nhiều trong thực tế như: sản xuất tinh dầu, công nghệ hương liệu mỹ phẩm, Để trả lời cho những câu hỏi trên các bạn hảy cùng nhóm chúng tôi cùng nhau tìm hiểu bài tiểu luận này nhé…! Hi vọng rằng bài tiểu luận này sẽ giúp các bạn hiểu hơn về các phương pháp chưng cất, cũng như quá trình làm việc của thiết bị. Trong quá trình làm bài tiểu luận này không tránh khỏi những thiếu sót mong cô giáo và các bạn góp ý để bài tiểu luận của nhóm được hoàn thiện hơn.Qua bài tiểu luận này chúng tôi xin chân thành cảm ơn cô Lê Huỳnh Nguyễn đã nhiệt tình hướng dẫn giúp chúng tôi hoàn thành được bài tiểu luận này. Trên đây là những nội dung cơ bản mà nhóm chúng tôi đã chất lọc được trong quá trình thảo luận. Với mục đích nhằm giúp các bạn hiểu hơn tầm quan trọng của Chưng cất trong kỉ nghệ hóa học hi vọng có sự đóng góp ý củng như là những lời bổ sung qua địa chỉ Email. (Dieuanhgiulai@gmail.com) Xin chân thành cảm ơn !!! 4 Mục lục -Trang phụ bìa -Lời nói đầu -Mục lục + Cân bằng lộng hơi của hệ đa cấu tử I.Hệ 2 cấu tử tồn tại có giới hạn ở thể lỏng I.1. Nhận xét chung I.1.2 Hệ 2 cấu tử tồn tại có giới hạn ở thể lỏng II.Chưng cất chiết, Phép chưng cất đẳng phí II.1. Khái niệm chung chiết II.1.1 Chiết chất lỏng II.1.2 Chiết chất rắn II.2 Phép chưng cất đẳng phí II.2.1 Hỗn hợp không tạo đẳng phí II.2.2 Hồn hợp tạo đẳng phí III. Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước III.1 Lý thuyết chưng cất III.2 Các yếu tố ảnh hưởng chính trong chưng cất lôi cuốn hơi nước III.2.1 Sự khuếch tán III.2.2 Sự thủy giải III.2.3 Nhiệt độ III.3 Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước 5 Láng I.Hệ 2 Cấu tử hòa tan có giới hạn ở thể lỏng I.1 Nhận Xét chung Khác với hệ 1 cấu tử, đối với hệ hai cấu tử được hoàn toàn xác định bởi ba thông số: áp suất, nhiệt độ và nồng độ 1cấu tử ( vì biết nồng độ của 1 cấu tử thì sẽ suy ra nồng độ của cấu tử kia). Như vậy có 3 điều kiện thay đổi là T, P, nồng độ (x) ta nhận thấy để biểu diễn thành phần của hệ thì nên chọn cách biểu diển % khối lượng hoặc nồng độ phần số mol là tiện lợi nhất, vì như vậy khi biết nồng độ của cấu tử này ta có thể suy ra nồng độ của cấu tử kia ngay. Mặt khác ta nhận thấy rằng để biểu diễn giản đồ pha của hệ ta cần 3 trục: T, P, nồng độ (x) thì ta sẽ được giản đồ pha không gian. Đó là điều gây bất tiện để đơn giản và phù hợp với điều kiện thực tế người ta người ta thường nghiên cứu hệ hai cấu tử với 2 điều kiện thay đổi có thể là: P - x ; T- x; như đối với hệ gồm các chất rắn hoặc lỏng, con pha khí thì thường chỉ nghiên cứu sự thay đổi pha theo T - x, (nghĩa là P = const) VD: Giản đồ hệ hai cấu tử khi P = const Hình: 1 I.2 Hệ 2 cấu tử hoà tan có giới hạn ở thể lỏng(Hình:2) I.2.1 Dung dịch lỏng lí tưởng: chứa 2 cấu tử - Có bản chất giống nhau hoặc gần giống nhau - Có lực tương tác f A – A = f E – E = f E – B (f lực tương tác) 6 T A x B - Quá trình trộn lẫn ∆ V = 0, ∆ H = 0, - Tuân theo định luật Raoult +Xét hỗn hợp A, B. - Ta thấy hai câu tử A, B của dung dịch lỏng lí tưởng tuân theo định luật Raoult P 1 = P i. x i P i : áp suất hơi bảo hòa trên bề mặt chất lỏng i P i : áp suất hơi bảo hòa của i nguyên chất Ta có: P A = 0 A A p x P B = 0 p x β β P c bằng = P A + P β = ( ) ( ) 0 0 0 1 A B A x P P P β + − Hình: 2 (1) µ = 1 ; (2) µ >1 : (3) µ >> 1 Ta có: P e bằng = P A + P B = ( ) ( ) 0 0 0 A A x f x P P P β β + − = Từ (2)  ( ) 2 1 y x y = µ − −  P = ( ) ( ) ( ) 0 0 0 . 2 1 . A A y f y y P P P β + − = µ − − 7 (1) (2) (3) m n y 1 0 1x Giản đồ: Hình: 3 Với 1 ; , A E A E x X X X= − lần lượt và nồng độ phần mol của A, B ở thể lỏng Biểu thức (1) biểu diễn sự phụ thuộc của áp suất chung vào thành phần ở thể lỏng. Giả sử o A E P P < o A E P P < ta có giản đồ Hinh: 4 Mặt khác phần hơi tuân theo định luật Daltow P E = P. Y E , Y E nồng độ phần mol của B ở thể hơi. ( ) 0 0 0 0 . E E A A P X P Y P P P P x β β β β = = + −  ( ) 0 0 0 0 . E E A A P X P Y P P P P x β β β β = = + − 8 P= f(x) - êng láng L = H P = f(y) - êng h  i A B 0 A P P A B 0 A P P P = P A - P E P = P A - P E P = P A - P E T = const ( ) 0 0 . 1 1 . A x Y x P P β µ µ= → = + µ − (2) Biểu thức (2) biểu diễn mối quan hệ giữa thành phần lỏng và hơi. Mối quan hệ được biểu diễn bằng giản đồ (Hình: 4) II. Chưng cất chiết, phép chưng cất đẳng phí II.1 Khái niệm chung Chiết là chuyển một chất được hòa tan hay có dạng huyền phù ở một tướng sáng một tướng lỏng khác. Ta có thể thực hiện được việc chuyển như vậy vì chất đó được phân bố theo 1 tỉ lệ nhất định giữa 2 tướng. Sự phân bố của một chất được hòa tan giữa 2 tướng lỏng tuân theo định luật phân bố Nextơ: C A : C B = K C A : Nồng độ chất tan trong chất lỏng A C B : Nồng độ chất tan trong chất lỏng B K: hệ số phân bố Theo định luật phân bố thì tại một nhiệt độ nhất định tỉ lệ nồng độ C của một chất hòa tan trong hai tướng lỏng A và B không hòa tan vào nhau và ở trạng thái cân bằng với nhau là một hằng số (dưới dạng trên định luật phân bố chỉ có hiệu lực cho những nồng độ nhỏ và khi chất hòa tan có trạng thái kết to như nhau ở 2 tướng). Theo đó ta dễ chiết được một chất khi chất đó hòa tan trong dung môi chiết dễ hơn nhiều là hòa tan trong tướng kia, có nghĩa là K có giá trị khác 1. Đối với những chất có hệ số phân bố K < 100 thì một lần chiết đơn giản không đủ. Trong trường hợp đó phải chiết lại nhiều lần với dung môi mới, II.1.1 Chiết chất lỏng: Chiết các chấtt từ những dung dịch là một thao tác rất quan trọng trong thực tế phòng thí nghiệm hóa hữu cơ. Dưới đây trình bày một phương pháp chiết gián đoạn gọi là “lắc” 9 Hình 5 : Phểu chiết Cho dung dịch nước hoặc đôi khi huyền phù nước để chiết vào một phểu chiết (hình 5) và cho dung môi chiết vào với khoản 1/5 đến 1/4 thể tích chất lỏng đó vào phểu. Ta chỉ nên cho phểu chứa tối đa tới 2/3 thể tích của nó. Nút kín miệng phểu và lắc, thoạt đầu một cách thận trọng, trong khi lắc cần giữ chắc cả nút lẫn khóa thủy tinh. Sau đó miệng phểu lên giá phía trên rồi cân bằng áp suất bằng cách mở khóa một cách thận trọng. Phải tiến hành như trên đến khi nào có thể tích chứa khí trong phểu chiết đã bảo hòa với hoi dung môi và áp suất không đổi. Sau đó ta mới lắc mạnh khoảng 1 – 2 phút. Để yên, 2 hướng sẽ tự tách ra. Ta để hướng phía dưới chảy qua khóa của phểu chiết và bao giờ cũng để phía trên qua miệng phểu chiết. Đối với những chất tương đối dễ tan trong nước ta có thể bão hòa tướng nước bằng amoni sunfat hay muối ăn. Một số hệ có xu hướng tạo nhũ tương. Trong trường hợp này không nên lắc phểu chiết mà chỉ nên đảo ngược phểu qua lại thôi. Ta có thể phá nhũ tương đã hình thành bằng cách thêm 1 số chất chống tạo bọt hoặc một ít ancol amilic vào, bão hòa tướng nước bằng muối ăn hay lọc toàn bộ dung dịch. Nhưng cách đảm bảo nhất bao giờ cũng nên để yên dung dịch một thời gian tương đối dài. II.1.2. Chiết chất rắn a. Chiết đơn giản một lần: Đun nóng hợp chất với dung môi trong 2 bình cầu có sinh hàn hồi lưu, lọc nóng, hoặc để lắng cho trong rồi chắt lại. 10 [...]... sẽ sôi khi đạt t 0 độ t1, hoi cần bằng với pha lỏng co TP N 2 và giàn cấu tử B hơn, vì vậy sau khi đã bay hơi một phần thì phần dung dịch còn lại sẽ có TP N 2 giàu cấu tử A hơn so với dung dịch ban đầu Dung dịch đó sẽ sôi ở t 0 t2 cao hơn t1 Hơi cân bằng với pha lỏng lúc này có thành phần N4 nó cũng giàu cấu tử B hơn so với pha lỏng Vì vậy, phần dung dịch sẽ giàu cấu tử A hơn và sối ở t 0 cao hơn Nếu... cặn cuối cùng chỉ gồm cấu tử A tinh khiết và nhiệt độ sôi đạt đến TA 11 H-i IA C K Láng IB A N2 N1 N N4 N3 N5 B Hình 6: Biểu độ nhiệt độ sôi - Thành phần của hệ hai câu tử IA IB A N2 CN4 N3 B Hình 7: Biểu đồ nhiệt độ sôi – TP của hệ 2 cấu tử có tạo đẳng phí 12 Nếu xét đến phần hơi Giả sử phần hơi có thành phần N 3 được ngưng tụ lại và đem chưng chất thì nó sẽ sôi ở nhiệt độ t 3 và hơi thu được có thành... biệt về áp suất hơi của chúng” Trong trường hợp đơn giản, khi chưng cất một hỗn hợp gồm 2 chất lỏng không hòa tan vào nhau, áp suất hơi tổng cộng sẽ tương ứng với áp suất hơi tổng cộng xác định, không tùy thuộc vào thành phần bách phân của hỗn hợp, miễn là lúc đó hai pha lỏng vẫn còn tồn tại Nếu vẽ đường cong áp suất hơi của từng chất theo nhiệt độ, ta dễ dàng suy ra nhiệt độ sôi tương ứng của hỗn hợp... càng giàu cấu tử B Nếu tiếp tục quá trình trưng cất và ngưng tụ như vậy thì cuối cùng trong bình ngưng tụ ta sẽ thu được cấu tử B II.2.2 Hỗn hợp tạo đẳng phí, Hinh: 7 Đối với hỗn hợp tạo đẳng phí thì ta không thử tách riêng bằng phương pháp trên được Giả sử ta có dung dịch có TP N 1 nhằm giữa A và C thì dung dịch sẽ sối ở nhiệt độ t 1 và hơi nhận được có TP N 2 sẽ giàu cấu tử B hơn so với pha lỏng, phần... Dụng cụ để tách lôi cuốn hơi nước được mô tả: Hinh 9: 1.Bình hơi, 2.Bình cất, 3.Ống sinh hàn, 4 Ống nối 5 Bình hứng, 6 Khua ba thông, 7 Ống bảo hiểm Cho chất định cất lôi cuốn hơn nước vào bình cất (tối đa bằng 1/3 thể tích của bình) Nối hệ thống bình cất với bình đun hơi nước nóng Bình nước nóng có nối với ống thủy tinh dài tận đáy để theo dõi áp suất khí quyển Sau khi lắp xong hệ thống, mở khóa 3 thông... xúc với hơi nước bão hòa trong một thời gian nhất định Trường hợp mô thực vật có chứa sáp, nhựa, axit béo,…thì khi chưng cất phải được thực hiện trong một thời gian dài vì những hợp chất này làm giảm áp xuất hơi chung của hệ thống và làm cho sự khuếch tán trở nên khó khăn hơn III.1 Lý thuyết chưng cất Chưng cất có thể được định nghĩa là: “Sự tách rời các cấu phần của một hỗn hợp nhiều chất lỏng dựa... có TP N 2 sẽ giàu cấu tử B hơn so với pha lỏng, phần dung dịch còn lại giàu cất tử A hơn sẽ sối ở nhiệt độ cao hơn Nếu tiếp tục chưng cất phần cặn cuối cùng sẽ là cấu tử A tinh khiết Nhưng từ dung dịch ban đầu có TP N1 ta không thể tách được cấu tử B tinh khiết mà ta tách được dung dịch đẳng phí C VD: Hệ nước – rượu etylic Hệ này có t 0 sôi cực tiểu là 78, 130C cứng với TP 95,57% theo khối lượng rượu... cấu tử và bị tách ra trong quá trình chưng cất Vd: xét với hệ etanol – nước cho thêm CaCl2 vào lúc này nó sẽ Solvat hóa ion Ca2+ mạnh hơn còn C2H5OH dễ dàng bay ra và ta thu được C2H5OH trên 980 III Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước Phương pháp này dựa trên sự thẩm thấu, hòa tan, khuếch tán và lối cuốn theo hơi nước của những hợp chất hữu cơ trong tinh dầu chứa trong các mô khi tiếp xúc với hơi. .. Nhiệt độ cào làm phân hủy tinh dầu Do đó, khi cần thiết phải dùng hơi nước quá nhiệt (trên 100oC) nên thực hiện việc này trong giai đoạn cuối cùng của sự chứng cất, sau khi các cấu phần dễ bay hơi đã lôi cuốn đi hết Thực ra, 15 hầu hết các tinh dầu đều kém bền dưới tác dụng của nhiệt nên vấn đề là làm so cho thời gian chịu nhiệt độ cao của tinh dầu càng ngắn càng tốt Tóm lại, dù ba ảnh hưởng trên được... đẳng phí người ta có thể phá đẳng phí bằng 1 số phương pháp sau: + Thay đổi hình dạng giản đồ: Vd: Xét với hệ etanol – nước ta hạ áp suất ngoài từ 760 mmHg xuống 100 mmHg thì tỉ lệ rượu trong dung dịch đẳng phí sẽ tăng lên đến 99,6% mol (99,60) và nhiệt độ sôi đẳng phí hạ đến 34,20C T0C P-1 100 T0C Hình: 8 34,20C H2O 960 960 C2H3OH 13 + Thêm cấu tử T3 vào: Cấu tử này có tác dụng ngăn cản sự hình thành . nước ta hạ áp suất ngoài từ 760 mmHg xuống 100 mmHg thì tỉ lệ rượu trong dung dịch đẳng phí sẽ tăng lên đến 99 ,6% mol (99 ,6 0 ) và nhiệt độ sôi đẳng phí. 99 ,6% mol (99 ,6 0 ) và nhiệt độ sôi đẳng phí hạ đến 34,2 0 C. Hình: 8 13 96 0 96 0 C 2 H 3 OH 34,2 0 C T 0 C 100 T 0 C P - 1 H 2 O + Thêm cấu tử T 3 vào: