蒸留における組成について

質問

液体２成分系における、蒸留をおこなっています。

気相（留出物）の組成が、気液平衡曲線からの推定値と
大きく異なるような場合は、どのような原因が考えられる
でしょうか。（混合不良？、保温不足？、その他？？？）

一般論でよろしいので、ご教示よろしくお願いいたします。

回答No.5

noname#21649 · ベストアンサー

＞フラスコでは保温材を巻いていましたが、今回は管むき出しです。

これは．保温材を巻くか．加熱冷却管（銅管の中を水・お湯を流して．首の外側に巻き付ける）か．しないと．外気温の影響を受けて．年中下痢をしてどうしょうもなくなります。
外気温の季節変動や日間変動を押さえないと．階段作図条件が常に変化しているわけで．いつも変化しているので．きれいな蒸留にはなりませんから。ある程度．プラントの運転条件になれれば．外気温変動何度で．壁面温度がどのくらい変動して．その結果蒸留がどのように変化するか．予想がつくようになります。

最初は．熱収支の外気温変化がどのようになるのかを調べて．その結果．冷却が必要か．保温が必要か．加熱が必要かを決定してみて下さい。

あと．飛沫同伴の場合には．邪魔板１枚でかなり改善します。内部に取り付けられるかどうか不明ですが．試してみる価値は有ります。ただ．機械的にがっちりさせることが必要です．蒸気の移動によって動くようでは．圧損が変化して．その結果州立が大きく変化します。

お礼

重ねてのご回答ありがとうございます。

まずは、保温にて様子を見てみたいと思います。

最初の方が書かれていた、精留効果と今回実験の結果が、逆の組成と
なっているのが気になりますが、まずは実施あるのみですね。（^^

この場を借りて、回答頂いた皆さん、ありがとうございました。

回答No.4

noname#21649

焼酎の場合程度の知識しかないのですが．

きえき平衡曲線と蒸留との違いは．前者が完全に平行になった状態で測定しているのに対し．後者は．常に物を取り出しているので．必ずしも平衡になっていない場合があるのです。

精留とうを使用していますか？．
精留とは書かれていませんので．多分使用していないでしょう。

単に加熱し．蒸気部分を取り出しているだけでは有りませんか？．
枝付フラスコ等を使用した場合には．飛沫同伴により．気体部分の取りだしではなく．液体部分も取り出してしまいます。
又．首の部分に温度差（温度勾配）があると．平衡に達しません。蒸留開始から．とうちょう部の温度が一定になるまで．内部の圧力が一定なる温度を保ちます。

加熱速度は十分遅くしていますか？
加熱量が多いと．温度勾配の影響で．きれいに蒸留されません。加熱は特に穏やかに．これが．平衡に近づけるもっとも簡単な方法です。

きょう沸の存在に付いては．他の方が指摘しているので省略します。

補足

ご回答ありがとうございます。

お察しのとおり、単蒸留です。やはり飛沫同伴なのでしょうか？

フラスコでは保温材を巻いていましたが、今回は管むき出しです。
処理時間は、フラスコと今回は同程度ですから、伝熱のスケール差を
考えると、加熱量が多かったかもしれません。

回答No.3

ume_pyon

化学工学は全くの専門外ですが、同じような実験を行ったことがあるので、
アドバイスさせて頂きます。

その平衡曲線は、理想溶液の場合でしょうか。もしそうだとすれば、活量の有無も
大きな誤差になり得ると思います。
経験上、水やメタノールなどは理想液体と大きくずれるようです。

活量を考える場合には、ファン・ラールvan Laarの式、マーギュレスMargulesの式、
ウィルソンWilsonの式などがあり、化学工学便覧から文献値を引用して計算するらしいです。

補足

ご回答ありがとうございます。

フラスコでは、うまくいっているので、何とか成功させたいと考えています。

回答No.2

mtt

蒸留開始直後の組成で判断していませんか？　初留から５分間位経過したのを試料としてください。
あとは、液体が均一相ならば意外と成分同士に弱いながらも分子間結合力が働いた可能性も否定できません。

補足

ご回答ありがとうございます。

留出時間は数時間に渡っており、組成変動は微分蒸留で算出してあります。

回答No.1

Longifolene

低沸点側の成分が多い場合には

○凝縮器にたどり着くまでの間に気相が冷却されて高沸点成分が凝縮して
　釜に戻ってしまう（精留効果）。
○釜内の温度を直接計測していない場合、釜内温度が熱媒の温度よりも
　低いことがしばしばある。

高沸点側の成分が多い場合には

○蒸気の発生速度が速すぎ、液相の飛沫が蒸気に巻き込まれて凝縮器まで
　運ばれ留出液にコンタミしてしまう（エントレインメント）。

といったことが考えられます。

また、留出させる量が多い場合には徐々に液相の組成が高沸点成分に
富んだものになっていきますので、これを考慮する必要もあるかも
しれません。

補足

ご返答ありがとうございます。

今回は、水と水溶性溶剤（沸点約８０℃）の系です。溶剤の方を除去したい
のですが、留出組成は水が多く、溶剤が除去できておりません。スケールは
１００Ｌですが、前実験でおこなったフラスコでは、気液平衡理論値に
一致して除去されていました。

バッチ操作ですので、組成の変動は微分蒸留（レイリー式）で求めて
あります。

配管に保温がしてないので、当初ご指摘のような精留効果かと考えたの
ですが、組成的には逆なので質問させて頂いた次第です。
ということは、飛沫同伴の可能性が強いのでしょうか。