Benutzer:WilfriedC/Spielwiese/Azeotropkriterium
Kriterien für Zeotropie oder Azeotropie eines Stoffgemischs lassen sich von den Aktivitätskoeffizienten bei unendlicher Verdünnung und dem Sättigungsdampfdruck der reinen Komponenten ableiten.
Kriterien
Ein positives Azeotrop liegt vor, wenn
Ein negatives Azeotrop liegt vor, wenn
mit
Ps: Sättigungsdampfdruck der reinen Komponente
γ∞: Grenzaktivitätskoeffizient der Komponente <1> gelöst in Komponente <2> und umgekehrt.
Falls keine der beiden Kriterien zutrifft, liegt zeotropes Verhalten vor. Da beide Größen, Sättungsdampfdruck und Aktivitätskoeffizient temperaturabhängig sind, müssen alle Werte bei einer Temperatur bestimmt werden.
Herleitung
Die Kriterien leiten sich aus der Beziehung für den Trennfaktor
ab. Mit dem Trennfaktor α=1 ist der azeotrope Punkt bei einer bestimmten Zusammensetzung x1, x2 (x: Molenbrüche) definiert.
Damit wird die Gleichung zu
oder
Die Grenzaktivitäten gelten für x1=0 und x2=1 (Komponente 1 gelöst in Komponente 2) bzw. x1=1 und x2=0 ( Komponente 2 gelöst in Komponente 1).
Mit den angegebenen Bedingungen ist sichergestellt, dass der Trennfaktor bei niedriger Konzentration einer der beiden Komponenten größer als 1 ist und zugleich bei niedriger Konzentration der anderen Komponente kleiner 1 ist und daher bei einer mittleren, wenn auch nicht genau spezifizierten Zusammensetzung gleich 1 ist und somit ein Azeotrop vorliegen muss.
Die Unterscheidung zwischen negativen und positiven Azeotropen ergibt sich aus den Bedingungen
: Gemische mit positiven Azeotropen
und
: Gemische mit negativen Azeotropen
Beispiele
Die Aktivitätskoeffizienten wurden mit modified UNIFAC (Dortmund)[1] berechnet. Die Sättigungsdampfdrücke sind mit der Antoine-Gleichung bestimmt worden. Die gewählte Temperatur ist in beiden Beispielen T=298 K (24,85 °C).
Negatives Azeotrop
Ameisensäure1 mit 1,2-Dimethoxypropan2
Kriterium ist erfüllt: und
Positives Azeotrop
Ameisensäure1 mit 1-Chloroctan2
Kriterium ist erfüllt: und
Referenzen
- ↑ Jakob A., Grensemann H., Lohmann J., Gmehling J., „Further Development of Modified UNIFAC (Dortmund): Revision and Extension 5“, Ind.Eng.Chem.Res., 45(23), 7924-7933, 2006