Vysvetľujeme, čo je destilácia, príklady tejto separačnej metódy a typy destilácie, ktoré možno použiť.
Čo je to destilácia?
Destilácia sa nazýva metóda separácie fáz, ktorá patrí medzi metódy separácie zmesí. Destilácia pozostáva z následného a kontrolovaného použitia dvoch fyzikálnych procesov: odparovanie a kondenzácii, pomocou ktorých sa selektívne oddeľujú zložky a zmes zvyčajne homogénneho typu, to znamená, že jeho zložky nemožno rozlíšiť voľným okom.
Zmesi, ktoré sa dajú destiláciou rozdeliť na jednotlivé zložky, môžu obsahovať dve kvapaliny, a pevný v kvapaline alebo dokonca plynov smoothies. Táto metóda separácie je založená na rozdiele teplôt varu (vlastná vlastnosť záležitosť, čo je teplota na ktoré sa Tlak pary kvapaliny sa rovná tlaku obklopujúceho kvapalinu) rôznych látok. Látka s najnižšou Bod varu potom bude táto látka kondenzovať v inej nádobe a bude relatívne čistá.
Takto, aby destilácia prebehla správne, musíme zmes variť, kým nedosiahne bod varu jedného z látok zložky, ktoré sa potom stanú parou a môžu byť odvedené do ochladenej nádoby, kde kondenzujú a opäť sa stávajú kvapalnými.
Na druhej strane druhá zložka zostane v nádobe bez zmien; ale v oboch prípadoch budeme mať čisté látky, bez počiatočného mixu.
Raoultov zákon
Keď máme ideálnu zmes kvapalín (zmes, v ktorej dochádza k interakciám medzi častice rôzne sa považujú za rovnaké ako interakcie medzi rovnakými časticami) je splnený Raoultov zákon.
Tento zákon hovorí, že parciálny tlak pár každej zložky v zmesi plynov sa rovná tlaku pár čistej zložky vynásobenému jej mólovým zlomkom v kvapalnej zmesi.
Celkový tlak pár je teda súčtom parciálnych tlakov zložiek zmesi v plynnej fáze. Na druhej strane, molárny podiel zložky v zmesi je bezrozmernou mierou jej koncentrácie. Vyššie uvedené hodnoty možno vypočítať pomocou nasledujúcich rovníc:
Kde:
- px Y py sú parciálne tlaky komponentov X a Y respektíve v zmesi pár obklopujúcich kvapalnú zmes.
- px * a py * sú tlaky pár komponentov X a Y.
- xx Y xy sú mólové zlomky zložiek X a Y v tekutej zmesi.
- nx Y ny sú látkové množstvo zložiek X a Y v tekutej zmesi.
Vyššie uvedený Raoultov zákon platí pre ideálne zmesi (ktoré sú modelom vytvoreným ľudskou bytosťou na zjednodušenie štúdií), ale v skutočnosti tento zákon trpí odchýlkami, keď je zmes skutočná.
Ak teda rôzne častice v zmesi majú silnejšie medzimolekulové sily ako častice v čistej kvapaline, potom je tlak pár zmesi menší ako tlak pár čistej kvapaliny, čo spôsobuje negatívnu odchýlku od Raoultovho zákona.
Ak sú na druhej strane medzimolekulové sily medzi časticami v čistej kvapaline väčšie ako sily častíc v zmesi, častice v zmesi budú môcť ľahšie uniknúť do plynnej fázy, takže tlak pary zmesi bude väčší, čo spôsobí pozitívnu odchýlku od Raoultovho zákona
Ak chcete destilovať azeotropickú zmes (napríklad etanol a vodu), je potrebné pridať nejakú zložku (v tomto prípade benzén), aby sa azeotrop upravil a tak bolo možné oddeliť zložky zmes. Azeotrop je kvapalná zmes s definovaným zložením, že keď vrie, vznikajúce pary majú rovnaké zloženie ako zmes (takže zložky azeotropnej zmesi nemožno oddeliť jednoduchou alebo frakčnou destiláciou).
Azeotropy majú definovanú teplotu varu, napríklad pri tlaku 1 atm vrie etanol pri 78,37 °C a voda vrie pri 100 °C, zatiaľ čo azeotrop etanol-voda vrie pri 78,2 °C. Azeotropné zmesi majú negatívne alebo pozitívne odchýlky od Raoultovho zákona, podľa okolností.
Druhy destilácie
Destilácia môže prebiehať rôznymi spôsobmi:
- Jednoduchá destilácia. Najzákladnejšie spočíva vo varení zmesi, kým sa jednotlivé zložky neoddelia. Ide o efektívnu separačnú metódu, kedy sa teploty varu zložiek zmesi veľmi líšia (ideálne by mali mať rozdiel aspoň 25 °C, inak nezaručuje celkovú čistotu destilovanej látky).
- Frakčná destilácia. Uskutočňuje sa pomocou frakcionačnej kolóny, ktorá je tvorená rôznymi doskami, v ktorých postupne prebieha odparovanie a kondenzácia, čo zaručuje vyššiu čistotu separovaných zložiek.
- Vákuová destilácia. Znížením tlaku, kým sa nevytvorí vákuum, je proces katalyzovaný na zníženie bodu varu zložiek, pretože niektoré majú veľmi vysoké body varu, ktoré je možné znížiť, keď sa tlak výrazne zníži, a tým urýchliť proces destilácie.
- Azeotropická destilácia. Je to destilácia potrebná na rozbitie azeotropu, teda zmesi, ktorej látky sa správajú ako jedna, dokonca zdieľajú bod varu, takže ich nemožno oddeliť jednoduchou alebo frakčnou destiláciou. Na oddelenie azeotropickej zmesi je potrebné upraviť podmienky miešania, napríklad pridaním separačnej zložky.
- Parná destilácia. Prchavé a neprchavé zložky zmesi sú oddelené priamym vstrekovaním vodnej pary.
- Suchá destilácia. Pozostáva z ohrevu pevných materiálov bez prítomnosti rozpúšťadlá kvapaliny, získavať plyny a následne ich kondenzovať v inej nádobe.
- Vylepšená destilácia. Nazýva sa aj alternatívna alebo reaktívna destilácia a je prispôsobená špecifickým prípadom zmesí, ktoré sa ťažko oddeľujú alebo ktoré majú rovnakú teplotu varu.
Príklady destilácie
- Rafinácia ropy. Oddelenie rôznych uhľovodíkov prítomný v Ropa Vykonáva sa frakčnou destiláciou, skladovaním v rôznych vrstvách alebo oddelených oddeleniach destilačnej kolóny, pričom každá zlúčenina pochádza z varenia ropy. Tieto plyny stúpajú a kondenzujú v horných vrstvách kolóny, zatiaľ čo hustejšie látky ako asfalt a parafín zostávajú v spodných vrstvách.
- Katalytické krakovanie. Toto je názov pre určité obvyklé vákuové destilácie pri spracovaní ropy, ktoré využívajú vákuové veže na oddelenie plynov zo surového varenia. Tým sa urýchli varenie uhľovodíkov a proces. Krakovanie je typ deštruktívnej destilácie, pri ktorej sa väčšie uhľovodíky lámu (pri vysokých teplotách a pomocou katalyzátorov) na menšie uhľovodíky, ktoré majú nižšie teploty varu.
- Čistenie etanolom. Oddeliť alkoholy Podobne ako etanol z vody pri jej výrobe v laboratóriu sa používa azeotropická destilácia, pri ktorej sa do zmesi pridáva benzén alebo iné zložky, ktoré separáciu podporujú alebo urýchľujú a ktoré sa potom dajú ľahko odstrániť bez toho, aby sa zmenilo chemické zloženie. produkt.
- Spracovanie uhlia. Na získanie kvapalných organických palív sa pomocou suchej destilácie používa uhlie alebo drevo, takže plyny emitované v spaľovanie.
- Termolýza minerálnych solí. Suchou destiláciou sa získavajú rôzne minerálne látky vysokej priemyselnej využiteľnosti, z emanácie a kondenzácie plynov získaných spaľovaním minerálnych solí.
- Alembic. Tak sa nazýva prístroj vynájdený v arabskom staroveku, ktorého účelom je vyrábať parfumy, lieky a alkohol z fermentovaného ovocia. Pri jej prevádzke sa využívajú princípy destilácie: látky sa ohrievajú v malom kotli a vznikajúce plyny sa ochladzujú v špirále, ktorá vedie do ďalšej nádoby, kde sa zbiera kvapalina vznikajúca kondenzáciou uvedených plynov.
- Výroba parfumov. Parnou destiláciou sa získavajú parfumy, vriacou vodou spolu s konzervovanými kvetmi vzniká plyn s požadovanou vôňou, ktorý sa po skondenzovaní môže použiť ako základná kvapalina do parfumov.