8.4.2 Opdrachten bij destillatie

Enkelvoudige destillatie + fractionele destillatie

1. 1 Gegeven een T,x diagram
   
   
   
   A = tolueen; B = tetra(chloorkoolstof)
   a) Geef aan in welk gebied alleen vloeistoffen voorkomen.
   b) Idem voor gas.
   c) Geef aan in welk gebied zowel gas als vloeistof voorkomt.
   d) Bewijs met vergelijking (8.2) dat altijd geldt: xA + xB = 1 (of y A + yB = 1)
   e) Stel dat er wordt uitgegaan van een mengsel met XB = 0.5 waarvan het T,x diagram hierboven is gegeven:
   1. Wat is dan de samenstelling van het 1e druppel destillaat?
   2. Wat is de samenstelling van de laatst opgevangen druppel destillaat (als je tot het einde doorgaat wat je gewoonlijk nooit doet!).
   3. Stel dat alle druppels destillaat van het begin af aan zijn opgevangen in één kolf; wat is dan de samenstelling van het totale destillaat (als weer wordt doorgegaan tot het einde wat je nooit doet).
   f) Stel dat van een grote hoeveelheid uitgangsmengsel met 50 mol % Ben 50 mol % A een klein beetje met een enkelvoudige destillatie wordt opgevangen. Deze kleine opgevangen fractie wordt opnieuw enkelvoudig gedestilleerd. Wat is dan de samenstelling van de Ie druppel destillaat die je opvangt?
   
2. Waarom is het gevaarlijk om een destillatie uit te voeren in een volledig gesloten apparaat; dus een opstelling met geen opening (bijvoorbeeld via de allonge) naar de buitenlucht?
3. 4 Stel dat een zuivere component wordt gedestilleerd (bijvoorbeeld water). Waarom verdampt alle water dan niet ineens wanneer het kookpunt is bereikt?
4. 5 Wat is het effect op het kookpunt van een oplossing (bijvoorbeeld water) van de aanwezigheid van een oplosbare maar niet vluchtige substantie? Hoe zal de temperatuur tijdens de destillatie van en suikerwater oplossing veranderen (temperatuur van gas bovenin; temperatuur van oplossing zelf)? Tip: denk aan vergelijking (8.4).
5. 6 Dezelfde vraag als bij 9 voor een onoplosbare stof zoals zand of actieve kool.
6. 7 Leg in eigen woorden uit wat het belangrijkste verschil en de belangrijkste overeenkomst is tussen sublimatie en destillatie (niet qua opstelling)
7. 8 Waarom wordt een betere scheiding van twee vloeistoffen verkregen bij langzame in plaats van snelle destillatie?
8. 9 Veronderstel dat je een fractionele destillatie hebt uitgevoerd van twee componenten met een niet zo groot verschil in kookpunt. Stel dat je de ene keer een destillatie uitvoert met een gepakte kolom van 5 cm lengte. Stel dat je de andere keer eenzelfde destillatie uitvoert met eenzelfde soort gepakte kolom maar nu van 10 cm lengte.
   a) Wat verwacht je dan voor voordeel van de 10 cm kolom?
   b) Welk nadeel verwacht je van de 10 cm kolom?
9. 10 Bij fractionele destillatie kan men vloeistof zien teruglopen naar de destillatiekolf. Wat voor nut heeft deze teruglopende vloeistof op de fractionele destillatie?
10. 11 Als een industriële fractioneringkolom 40 theoretische schotels heeft en 10 meter hoog is wat is dan de HETP van deze kolom? Denk je dat het een mengsel van cyclohexaan (kookpunt 69 °C) en tolueen goed zou kunnen scheiden?
11. 12 Wat zou je observeren als gedurende een destillatie de thermometer te hoog is gepositioneerd (zie p. 8.13 voor juiste stand).
12. 13 Gegeven zijn onderstaande destillatiecurve a, b en c
    
    Geef aan welke lijn bij welk nummer hoort:
    1) Scheiden van stof A en B met een fractionele destillatie (12 schotels, 10% debiet wordt bovenin de kolom teruggevoerd als reflux).
    2) Enkelvoudige destillatie van A en B.
    3) Scheiden van stof A en B met een fractionele destillatie (geen reflux).

Azeotropie opdrachten

Opgave 1
Gegeven onderstaand T,x-diagram

1. Wat voor azeotropie vertoont dit mengsel?
2. Wat geldt er voor de interactiekrachten tussen A-B moleculen t.o.v. de A-A
   en B-B moleculen onderling?
3. Een mengsel bestaande uit 80 mol% B wordt fractioneel gedestilleerd. Wat is de samenstelling van de Ie druppel destillaat:
   1: bij een enkelvoudige destillatie
   2: bij een fractionele destillatie met in de kolom slechts 1 schotel
   3: bij een fractionele destillatie met een kolom met 2 schotels
   4: bij een fractionele destillatie met een kolom met 10 schotels
   5: bij een fractionele destillatie met een kolom met 100 schotels
4. Een mengsel bestaande uit 15 mol% B wordt fractioneel gedestilleerd. Wat is de samenstelling van de 1e druppel destillaat
   1) bij een enkelvoudige destillatie
   2) bij een fractionele destillatie met in de kolom slechts. I schotel.
   3) bij een fractionele destillatie met een kolom met 10 schotels
   4) bij een fractionele destillatie met een kolom met 100 schotels.
5. Teken het temperatuursverloop als functie van het aantal mol opgevangen destillaat voor geval c5 en d4 indien in beide gevallen wordt uitgegaan van 100 mol destillaat.

Opgave 2.
Sommige mengsels vertonen een maximumazeotroop. Het kookpunt van aceton en chloroform is 56.5 en 61.2 °C respectievelijk. Een 1:4 mengsel van deze stoffen heeft een constant kookpunt bij 64.7 °C.

1. Maak een schets van het fasendiagram, ga uit van bovenstaande gegevens.
2. Stel dat fractionele destillatie wordt uitgevoerd aan een 1:1 mengsel van deze stoffen. Wat is dan het kookpunt en de samenstelling van de éérste én de laatste druppels destillaat?
   

vorige pagina volgende pagina