ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ

Transkript

1 ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ S A M S U N

2 DAMITMA (DİSTİLASYON) Distilasyon, bir sıvının ısıtılması ve buharlaştırılmasından oluşmaktadır ve buhar bir distilat ürünü oluşturmak için yatay bir ayırıcı içerisinde yoğunlaştırılır. Distilasyon, sıvıların saflaştırılması için kullanılan en eski metotlardan birisidir ve eski çağlarda kimya nın gelişmesine çok fazla katkıda bulunmuş bir yöntemdir. Şarap ve biranın yoğunlaştırılması için ve meyve ve çiçeklerden parfüm elde edilmesi için kullanılırdı. A) Basit Distilasyon Damıtma, homojen karışımların ayrılmasında en çok kullanılan yöntemlerden birisidir. Bu yöntemin temelini saf haldeki maddelerin kaynama noktalarının (buhar basınçlarının ) farklı olması oluşturur. Damıtmada, damıtılacak sıvı ısıtılarak buharlaştırılır, oluşan buharlar soğuk bir yüzeyde soğutularak yoğunlaştırılır ve yoğunlaşan sıvı farklı bir kapta toplanır. Bu işleme damıtma denir. İçerisinde birden fazla bileşen bulunan bir sıvı karışımın basit bir distilasyon ile ayrıştırılabilmesi için ; 1. Karışımı oluşturan bileşenlerin kaynama noktalarının çok farklı olması gerekir. 2. Bir bileşen içerisinde diğer bileşeni barındırıyorsa, diğer bileşenin en fazla % 10 oranında bulunması gerekir. Bu şartlar sağlanmadığı sürece fraksiyonlu distilasyon yöntemine başvurulur. Damıtma işlemi sırasında, karışımldaki maddelerden önce kaynama noktası düşük olanı ( A maddesi ) buhar fazda bileşence zenginleşir, bu zenginleşme süreci buharın soğuk yüzeyine ulaşıncaya kadar sürekli artar ve soğuk yüzeye geldiğinde artık A maddesi % 100 saflıktadır ve soğuk yüzeyde yoğunlaşarak saf halde ayrılır. Aynı zamanda da kaynama noktası yüksek olan ( B maddesi ) sıvı fazda bileşence zenginleşir. A maddesinin damıtılmasındaki aynı süreç B maddesi için işlemeye başlar ve bu şekilde B maddesi saflaştırılır. Sonra C maddesi, varsa diğer maddeler de yine belirtilen süreçte damıtılırlar. Karışımın veya karışını oluşturan bileşenlerin özelliklerine göre değişik damıtma yöntemleri geliştirilmiştir. Bu damıtma yöntemleri laboratuvarlarda sıklıkla kullanılmaktadır. En çok kullanılan damıtma yöntemleri ;

3 Basit damıtma ( normal damıtma), Ayrımsal ( fraksiyonlu ) damıtma, Vakumda damıtma, Su buharı damıtma Her bir damıtma yönteminde farklı damıtma düzeneği kullanılr. Damıtma yöntemleri genel olarak aşağıdaki gibi uygulanmaktadır. Ayırma ve saflaştırma işlemi yapılacak maddeye uygun bir balon ( maddenin hacmine ve işleme uygun) seçilir. Damıtılacak sıvının miktarı, balon hacminin ¾ ü kadar olmalıdır. Hangi damıtma yöntemi uygulanacak ise o damıtma düzeneği hazırlanır( Her bir yöntemde kullanılacak damıtma düzeneği izleyen sayfalarda gösterilmektedir.) Damıtma bolunana, kaynamanın düzenli bir şekilde gerçekleşmesi için kaynama taşı veya manyetik karıştırıcı ( balık ) eklenir. Soğutucunun bağlı olduğu musluk açılarak soğutma sistemi çalıştırılır. Hazılanan damıtma düzeneğinin ısıtıcısı açılarak damıtılacak balon ısıtılır ve bir süre sonra maddelerin damıtılmasına başlanır. Damıtma işleminde kaynama düzenli olmalı ve siddetli bir kaynamdan kaçınılmalıdır. Isıtma hızı genellikle dakikada 5-6 damla gelecek şekilde ayarlanmalıdır. Damıtılan daf maddeler ( damıtık veya distilat) toplama bolununda biriktirilir.

4 Basit damıtma ( normal damıtma ) yöntemi ; Saf sıvının kaynama noktasının belirlenmesinde, Kaynama sıcaklığına yakın sıcaklıklarda bozunmayan maddelerin ayrılmasında, Kaynama noktaları arasında en az 80 C fark olan iki bileşenli karışımların ayrılmasında, Katı bir bileşiğin sıvı bir madde içinde çözünmüş olduğu karışımların ayrılmasında kullanılır. B) Ayrımsal (Fraksiyonlu ) Damıtma Kaynama noktaları birbirine yakın olan iki sıvıyı basit distilasyon ile ayrıştırılamaz. Böyle bir durumda ancak çoklu distilasyon düzenekleri kurularak distilasyon yapılırsa eğer,iyi bir ayırma gerçekleştirilebilir. Fakat kaynama noktaları birbirine yakın olan sıvıları ayıra bilmek için birden fazla distilasyon düzeneği kurmak hem zaman kaybı hemde fazla maliyet gerektirir. Bu sebepten dolayı çoklu basit distilasyonlar için fraksiyonlu distilasyon yapılır. Şekil : A

5 Şekil A da görülen herbir buharlaşma yoğunlaşma adımı, teorik bir plaka olarak kabul edilir. Basit bir distilasyonda sadece bir tane teorik tabaka bulunmaktadır. Fakat, fraksiyonlu distilasyonda pek çok tabaka bulunur ve bu tabakaların her birinde yeni bir distilasyon meydana gelir. Teorik olarak bu plakaların sayısı, yoğunlaşma için mevcut olan yüzey alanına bağlıdır; burada, daha fazla teorik plaka olması, daha iyi bir ayırma anlamına gelir. Bu yüzden fraksiyonlu distilasyon, içerisinde kaynama noktaları birbirine yakın olan karışımları ayırmada kullanılan çok etkili bir yöntemdir. Fraksiyonlu distilasyonda içerisindeki dolgu malzemesi sayesinde, kaynama noktaları arasında en fazla 30 0 C lik bir fark olan karışımları ayırabiliriz. Fraksiyonlu distilasyon, petrol rafinerisinde ham petrolü ; benzin, dizel ve araba yağları gibi fraksiyonlara ayırmak için kullanılır. RAOLUT S VE DALTON S YASASI Fraksiyonlu distilasyon teorisini daha basit bir şekilde anlaşılması için, içerisinde iki uçucu bileşen bulunan ikili bir ideal karışım düşünün. Bu uçucu bileşenlerin kısmi buhar basınçlarının toplamı dış basınca eşit olduğu zaman bu çözelti kaynama başlar.bu kaynama noktası, deneysel olarak raoult s yasası ile bulunur. Raoult s yasasına göre A ve B karışımı için, A nın buhar basıncı ( p A ) ; P A = x A p 0 A şeklinde ifade edilir. Burada ; basıncıdır. x A, sıvı içerisinde A nın mol kesri ve p 0 A, ise verilen sıcaklıkta A nın saf buhar Aynı şekilde B nin buhar basıncı ; P B = x B p 0 B şeklinde ifade edilir. Ve Dalton s yasasına göre sistemin toplam basıncı, P T =P A +P B şeklinde ifade edilir. A ve B den oluşan ikili bir sıvı karışımı, bütün bir konsantrasyon aralığında Raoult yasasına uyduğunda, bu karışıma ideal karışım denir. (Ayrımsal ) fraksiyonlu damıtma işlemi için şekil 3.12 deki gibi bir düzenek kurulur. Basit damıtma düzeneğindeki damıtma başlığı ile balon arasına ayrımsal damıtma başlığı (kolonu) veya fraksiyon başlığı ( kolonu) yerleştirilerek ayrımsal ( fraksiyonlu ) damıtma düzeneği hazırlanmış olur. Damıtma yukarıda değinildiği gibi gerçekleştirilir.

6 Ayrımsal( fraksiyonlu ) damıtma yöntemi; En az iki veya daha fazla bileşenli karışımların, Kaynama sıcaklığına yakın sıcaklıklarda bozunmayan maddelerin Maddelerin kaynama noktaları arasındaki fark 80 C den az olan sıvı karışımların ayrılmasında sıklıkla uygulanmaktadır. Ayrımsal damıtma kolonunda damıtma süreci aşağıda belirtilen şekilde ilerler. Isıtma sırasında balondan buharlaşan madde kolonda ilerlerken soğuk yüzeye geldiğinde yoğunlaşır. Karışımdaki madde kolonda defalarca buharlaşıp yoğunlaşarak kaynama noktası en düşük maddece zenginleşir. Kaynama noktası en düşük madde kolonda belli bir yüksekliğe geldiğinde artık saf haldedir. Damıtma başlığına gelen saf madde buharları soğutucuda yoğunlaşır ve toplama kabında biriktirilir. Damıtma sırasında sıcaklık sabit kalır ve ilk bileşen tamamen damıtılınca ya kadar değişmez. Eğer termometrenin sıcaklığı artmaya başlarsa, ilk bileşenin damıtılmasın için bir süre beklenir. Bu işlem bileşenlerin tümü ayrılıncaya kadar belirtilen şekilde devam eder.

7 DENEYİN YAPILIŞI : 1. Şekil 3.12 de gösterildiği gibi aparatları kur. Kolon olarak geniş çaplı soğutucu kullanılır. Küçük bir miktar cam pamuk, soğutucunun üzerinden soğutucunun içerisine yerleştirilir ve en uzaktaki tabanda küçük bir koruyucu tabaka oluşturuna kadar aşağı itilir. Kolon tüpü cam boncukları ile doldurulur. Tüpün içerisine yerleştirilen cam pamuklar cam boncukların soğutucunun altından düşmesini önlemeli ml lik balon içerisine dikolorometan ile toluen bir miktar doldurulur. Balon soğutucuya bağlanır ve distilasyon başlatılır. Daha iyi bir ayırma yapabilmek için saniyede 1-3 damla damıtılacak şekilde ısıtma hızını ayarla. ÖNEMLİ NOT!!!... Diklorometan, sıcak yüzey ile temas etmesi halinde, zehirli ve korrozif bir gaza haline geçer ; bu gaz, göz, deri ve solunum sistemini tahriş eder. Toluen ; soluma, emme veya deri absorplaması halinde zararlı olabilir. Toluen buharı, gözleri tahriş etmektedir.

8 SORULAR SORULAR 1) ikili bir karıişımın fraksiyonla ayrılması için aşağıda verilen tabloyu tamamla ml distilat Sıcaklık( 0 C) 2) Distile edilen hacime karşı sıcaklık grafiğini çizerek sonuçlarınızı yorumlayınız? 3) birbiri ile karışmış halde bulunan iki sıvının, hızlı distilasyondan ziyade yavaş distilasyonla daha iyi ayrılmasının sebebi nedir?