Temperatura wrzenia a moc alkoholu – ciecz i opary
Temperatura wrzenia mieszaniny etanolu i wody zależy od zawartości alkoholu. Im więcej etanolu znajduje się w cieczy, tym niższa jest jej temperatura wrzenia. Wraz ze spadkiem mocy alkoholu temperatura stopniowo rośnie i zbliża się do temperatury wrzenia wody.
Zależność ta nie jest liniowa. Do jej opisu można wykorzystać model równowagi ciecz–para (VLE), m.in. model SAFT-VR, zastosowany dla układu etanol–woda w pracy Cristino i współautorów.
Dlaczego moc cieczy i oparów jest różna?
Etanol jest bardziej lotny od wody. Dlatego podczas wrzenia powstające opary zawierają zazwyczaj więcej alkoholu niż ciecz, z której powstały.
Po skropleniu oparów otrzymujemy więc destylat o większej mocy. Jest to podstawowa zasada umożliwiająca rozdzielanie etanolu i wody podczas destylacji.
Temperatura a moc cieczy i oparów
Poniższe wartości odnoszą się do równowagi ciecz–para przy ciśnieniu 101,325 kPa (1 atm).
| Temperatura | Moc cieczy [% obj.] | Moc skroplonych oparów [% obj.] |
|---|---|---|
| 79,0°C | 86,5 | 88,9 |
| 80,2°C | 75,9 | 85,1 |
| 82,2°C | 56,1 | 80,5 |
| 85,0°C | 34,9 | 74,0 |
| 87,0°C | 25,9 | 69,2 |
| 89,0°C | 20,0 | 64,7 |
| 90,2°C | 16,8 | 60,3 |
| 92,2°C | 11,7 | 52,3 |
| 95,0°C | 6,6 | 38,7 |
| 97,0°C | 4,0 | 26,1 |
| 99,0°C | 1,3 | 11,3 |
| 100,0°C | 0,0 | 0,0 |
Różnica jest szczególnie dobrze widoczna przy średnich i niskich stężeniach. Przykładowo przy około 90,2°C ciecz zawiera około 16,8% obj. alkoholu, natomiast skroplone opary mogą mieć około 60,3% obj.
RYBKA DESTYLACYJNA WG MODELU SAFT-VR
Co pokazuje model SAFT-VR?
SAFT-VR (Statistical Associating Fluid Theory for potentials of Variable Range) jest modelem termodynamicznym uwzględniającym oddziaływania pomiędzy cząsteczkami, w tym istotne dla mieszaniny etanol–woda wiązania wodorowe.
Pozwala powiązać:
temperaturę ↔ ciśnienie ↔ skład cieczy ↔ skład pary.
Dzięki temu można przewidywać, jak wraz ze zmianą temperatury zmienia się zawartość alkoholu w cieczy oraz znajdujących się nad nią oparach.
Azeotrop etanol–woda
Przy ciśnieniu atmosferycznym etanol i woda tworzą azeotrop w okolicy 96% obj. alkoholu. W jego pobliżu skład cieczy i pary staje się bardzo podobny, przez co dalsze zwiększanie stężenia za pomocą zwykłej destylacji staje się ograniczone.
Temperatura zależy od ciśnienia
Podane wartości dotyczą ciśnienia 101,325 kPa. Zmiana ciśnienia atmosferycznego powoduje zmianę temperatury wrzenia, dlatego temperaturę należy traktować jako wskaźnik mocy tylko przy uwzględnieniu ciśnienia oraz warunków prowadzenia procesu.
Tabele i wykresy VLE są więc bardzo dobrym narzędziem do zrozumienia i interpretacji procesu, ale nie zastępują bezpośredniego pomiaru stężenia alkoholu.
Źródło: model SAFT-VR dla układu etanol–woda na podstawie Cristino i in., Fluid Phase Equilibria 358 (2013), 32–39; NIST ThermoML.
Meta title: Temperatura wrzenia a moc alkoholu – ciecz i opary
Meta description: Sprawdź zależność temperatury wrzenia od mocy alkoholu. Tabela pokazuje moc cieczy i oparów etanolu przy różnych temperaturach.