Pojasnimo, kaj je destilacija, primere te metode ločevanja in vrste destilacije, ki jih je mogoče uporabiti.
Kaj je destilacija?
Destilacija se imenuje metoda ločevanja faz, ki je med metode ločevanja zmesi. Destilacija je sestavljena iz zaporedne in nadzorovane uporabe dveh fizikalnih procesov: izhlapevanje in kondenzacija, ki jih uporabljamo selektivno za ločevanje komponent a mešanica običajno homogenega tipa, to je, pri katerem njegovih sestavin ni mogoče razlikovati s prostim očesom.
Mešanice, ki jih je mogoče z destilacijo ločiti na posamezne komponente, lahko vsebujejo dve tekočine, a trdna v tekočini ali celo plini smutiji. Ta metoda ločevanja temelji na razliki v vrelišču (inherentna lastnost zadeva, kaj je temperaturo na katerega se Pritisk para tekočine je enak tlaku, ki obdaja tekočino) različnih snovi. Snov z najnižjo Vrelišče imajo, potem se bo ta snov kondenzirala v drugi posodi in bo razmeroma čista.
Na ta način moramo za pravilno izvedbo destilacije mešanico kuhati, dokler ne doseže vrelišča enega od snovi komponent, ki bodo nato postale hlape in jih lahko odvedemo v ohlajeno posodo, kjer kondenzira in ponovno postane tekoča.
Druga sestavina pa bo ostala v posodi brez sprememb; ampak v obeh primerih bomo imeli čiste snovi, brez začetne mešanice.
Raoultov zakon
Ko imamo idealno mešanico tekočin (zmes, v kateri so interakcije med delci različni se štejejo za enake interakcijam med enakimi delci) je izpolnjen Raoultov zakon.
Ta zakon pravi, da je delni parni tlak vsake komponente v mešanici plinov enak parnemu tlaku čiste komponente, pomnoženemu z njenim molskim deležem v tekoči mešanici.
Skupni parni tlak je torej vsota parcialnih tlakov komponent zmesi v plinski fazi. Po drugi strani pa je molski delež komponente v zmesi brezdimenzionalno merilo njene koncentracije. Zgoraj omenjene velikosti se lahko izračunajo z naslednjimi enačbami:
Kje:
- px Y py so parcialni tlaki komponent x in Y oziroma v mešanici hlapov, ki obdaja tekočo mešanico.
- px * in py * sta parni tlaki komponent x in Y.
- xx Y xy so molski deleži komponent x in Y v tekoči mešanici.
- nx Y ny so količine snovi sestavin x in Y v tekoči mešanici.
Zgoraj navedeni Raoultov zakon velja za idealne zmesi (ki so model, ki ga je človek vzpostavil za poenostavitev študij), v resnici pa ta zakon doživi odstopanja, ko je mešanica resnična.
Torej, če imajo različni delci v zmesi močnejše medmolekulske sile kot delci v čisti tekočini, potem je parni tlak zmesi manjši od parnega tlaka čiste tekočine, kar povzroči negativno odstopanje od Raoultovega zakona.
Če so po drugi strani medmolekulske sile med delci v čisti tekočini večje od sil delcev v zmesi, bodo delci v zmesi lažje pobegnili v parno fazo, tako da bo parni tlak mešanice bo večja, kar bo povzročilo pozitivno odstopanje od Raoultovega zakona
Ko želite destilirati azeotropno zmes (na primer etanol in vodo), je potrebno dodati nekaj sestavin (v tem primeru benzen), da se azeotrop modificira in na ta način lahko ločimo komponente mešanica. Azeotrop je tekoča zmes z določeno sestavo, da imajo pri vrenju nastali hlapi enako sestavo zmesi (zato komponent azeotropne zmesi ni mogoče ločiti s preprosto ali frakcijsko destilacijo).
Azeotropi imajo določeno temperaturo vrelišča, na primer pri tlaku 1 atm, etanol vre pri 78,37 ° C in voda vre pri 100 ° C, medtem ko azeotrop etanol-voda vre pri 78,2 ° C. Azeotropne zmesi imajo negativna ali pozitivna odstopanja od Raoultovega zakona, odvisno od primera.
Vrste destilacije
Destilacija se lahko izvede na različne načine:
- Enostavna destilacija. Najbolj elementarno je, da mešanico vremo, dokler se različne komponente ne ločijo. To je učinkovita metoda ločevanja, ko se vrelišče komponent mešanice močno razlikuje (v idealnem primeru bi morala imeti razliko vsaj 25 °C, sicer ne zagotavlja popolne čistosti destilirane snovi).
- Frakcijska destilacija. Izvaja se s pomočjo frakcionacijske kolone, ki je sestavljena iz različnih plošč, v katerih potekata zaporedno uparjanje in kondenzacija, kar zagotavlja večjo čistost ločenih komponent.
- Vakuumska destilacija. Z zmanjševanjem tlaka, dokler ne nastane vakuum, se proces katalizira za znižanje vrelišča komponent, saj imajo nekatere zelo visoko vrelišče, ki se lahko zmanjša, ko se tlak močno zmanjša in tako pospeši proces destilacije.
- Azeotropna destilacija. Destilacija je potrebna za razbijanje azeotropa, to je zmesi, katere snovi se obnašajo kot eno in imajo celo vrelišče, zato jih ni mogoče ločiti s preprosto ali frakcijsko destilacijo. Za ločevanje azeotropne zmesi je treba spremeniti pogoje mešanja, na primer z dodajanjem ločilne komponente.
- Destilacija s paro. Hlapne in nehlapne komponente zmesi se ločijo z neposrednim vbrizgavanjem vodne pare.
- Suha destilacija. Sestavljen je iz segrevanja trdnih materialov brez prisotnosti topila tekočine, pridobivajo pline in jih nato kondenzirajo v drugi posodi.
- Izboljšana destilacija. Imenuje se tudi nadomestna ali reaktivna destilacija, prilagojena je posebnim primerom mešanic, ki jih je težko ločiti ali imajo enako vrelišče.
Primeri destilacije
- Rafiniranje nafte. Ločitev različnih ogljikovodiki prisoten v Nafta Izvaja se s frakcijsko destilacijo, pri čemer se vsaka spojina, pridobljena s kuhanjem surovega olja, shranjuje v različnih plasteh ali ločenih predelih destilacijske kolone. Ti plini se dvigajo in kondenzirajo v zgornjih plasteh kolone, gostejše snovi, kot sta asfalt in parafin, pa ostanejo v spodnjih plasteh.
- Katalitsko kreking. To je ime za nekatere običajne vakuumske destilacije pri predelavi olja, ki uporabljajo vakuumske stolpe za ločevanje plinov iz surove kuhane. Tako se vrenje ogljikovodikov pospeši in proces. Kreking je vrsta destruktivne destilacije, pri kateri se večji ogljikovodiki (pri visokih temperaturah in z uporabo katalizatorjev) razbijejo v manjše ogljikovodike, ki imajo nižje vrelišče.
- Čiščenje etanola. Ločiti alkoholi Tako kot etanol iz vode med proizvodnjo v laboratoriju se uporablja azeotropna destilacija, pri kateri se mešanici doda benzen ali druge sestavine, ki pospešujejo ali pospešujejo ločevanje in jih je mogoče zlahka odstraniti, ne da bi spremenili kemično sestavo. izdelek.
- Predelava premoga. Za pridobivanje tekočih organskih goriv se s postopki suhe destilacije uporabljajo premog ali les, zato se plini, ki se sproščajo v zgorevanje.
- Termoliza mineralnih soli. S suho destilacijo se pridobivajo različne mineralne snovi visoke industrijske uporabnosti, in sicer iz emanacije in kondenzacije plinov, pridobljenih z žganjem mineralnih soli.
- Alembik. Tako se imenuje naprava, izumljena v arabski antiki, katere namen je proizvajati parfume, zdravila in alkohol iz fermentiranega sadja. Pri njegovem delovanju se uporabljajo principi destilacije: snovi se segrejejo v majhnem kotlu, nastali plini pa ohlajeni v tuljavi, ki vodi v drugo posodo, kjer se zbira tekočina, ki nastane pri kondenzaciji omenjenih plinov.
- Proizvodnja parfumov. Destilacija s paro se uporablja za pridobivanje parfumov, vrelo vodo skupaj s konzerviranimi cvetovi, da nastane plin z želenim vonjem, ki se lahko potem, ko se kondenzira, uporabi kot osnovna tekočina v parfumih.