Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

-DISTILLAZIONE AZEOTROPICA-

La distillazione azeotropica, detta anche distillazione estrattiva, è una particolare distillazione che può essere per separare due sostanze, in presenza di un azeotropo.

Il caso più noto è senz'altro rappresentato dall'etanolo che, in miscela con l'acqua, forma un azeotropo in corrispondenza della concentrazione del 96%, espressa in peso e riferita all'alcool.

Secondo la legge di Raoult, la tensione di vapore di una miscela, varia in funzione della concentrazione della miscela, dal valore minimo corrispondente alla tensione di vapore del componente meno volatile, alla tensione di vapore del componente più volatile.

Chiamando con "a", come di consueto, il componente più leggero e con "b" il componente più pesante, la pressione della fase vapore in equilibrio con la fase liquida, per una miscela a comportamento ideale, è la seguente

Dove

xa = frazione molare del componente "a"

xb = frazione molare del componente "b"

P0a = tensione di vapore del componente "a"

P0b = tensione di vapore del componente "b"

La pressione del vapore varia progressivamente dal valore minimo, coincidente con P0b che si ha nel caso in la soluzione sia costituita tutta dal componente "b", al valore massimo P0a che si ha nel caso in cui la soluzione sia costituita tutta dal componente "a". Quando la pressione della fase vapore raggiunge il massimo, o il minimo, in corrispondenza di una composizione intermedia si dice che presenta un azeotropo. La concentrazione, cui questo avviene, si chiama concentrazione azeotropica, e si distingue in azeotropo di massima ed azeotropo di minima.

L'azeotropo, in un certo senso, diventa un terzo componente ed essendo il più volatile se l'azeotropo è di massima, o il meno volatile, se l'azeotropo è di minima, operando con una distillazione normale, tipo la rettifica continua, sarà proprio l'azetropo che otterremo come distillato dalla testa della colonna, se è un azeotropo di massima, e non il componente "a". Se è un azeotropo di minima lo otterremo, come residuo dal fondo della colonna e quindi non otterremo il componente "b".

Il caso, probabilmente più noto, è rappresentato dalla miscela acqua alcool etilico che presenta un azeotropo di massima in corrispondenza della concentrazione del 96%, espressa in peso e riferita all'alcool. Per ottenere alcool di maggiore purezza si può usare la distillazione azeotropica detta anche distillazione estrattiva.

Dopo aver ottenuto, dalla testa della colonna la miscela azeotropica, che come già detto contiene ancora il 4%, in peso d'acqua, si aggiunge una terza sostanza, il benzene nel nostro caso che forma un nuovo azeotropo con l'acqua, ma questa volta di minima e con una temperatura d'ebollizione di soli 68 °C, poi, con una seconda distillazione si ottiene alcool puro dalla testa della colonna.

In alternativa alla distillazione azeotopica, che però è la più usata, si può ottenere etanolo puro togliendo l'acqua dall'azeotropo con la seguente reazione chimica

In cui l'idrossido di calcio, solido insolubile nell'alcool, si separa spontaneamente e può essere filtrato.

La distillazione azeotropica dell'etanolo, è una distillazione costosa sia perché bisogna farne due, la prima per separare l'azeotropo di massima e la seconda per separare l'azeotropo di minima, poi perché una certa quantità d'etanolo va comunque persa ed infine perché il benzene è una sostanza cancerogena e quindi le norme di sicurezza sono, e giustamente, molto severe.

L'etanolo è una delle sostanze che possono essere impiegate come carburante nei motori a combustione interna, in sostituzione della benzina. Le prove effettuate fino a questo momento hanno dimostrato che la cosa è fattibile, purtroppo il principale inconveniente è rappresentato dalla necessità di operare con alcool con purezza vicina al 100%, e quindi, ben superiore alla concentrazione azeotropica, che come sappiamo è del 96%.Si deve quindi ricorrere alla costosa distillazione azeotropica che rende, almeno attualmente, non competitivo rispetto ai carburanti tradizionali di derivazione petrolifera, l'impiego commerciale dell'etanolo come carburante per l'autotrazione.

Sergio Troiano