Mēs izskaidrojam, kas ir destilācija, šīs atdalīšanas metodes piemērus un izmantojamos destilācijas veidus.
Kas ir destilācija?
Destilāciju sauc par fāzu atdalīšanas metodi, kas ir viena no maisījumu atdalīšanas metodes. Destilācija sastāv no divu fizikālu procesu secīgas un kontrolētas izmantošanas: iztvaikošana un kondensāts, izmantojot tos selektīvi, lai atdalītu a komponentus maisījums parasti ir viendabīga tipa, tas ir, kurā tās sastāvdaļas nevar atšķirt ar neapbruņotu aci.
Maisījumos, kurus var sadalīt atsevišķos komponentos, izmantojot destilāciju, var būt divi šķidrumi, a ciets šķidrumā vai pat gāzes smūtijus. Šī atdalīšanas metode ir balstīta uz viršanas punktu atšķirību (raksturīga īpašība jautājums, kas ir temperatūra uz kuru Spiediens šķidruma tvaiki ir vienādi ar spiedienu ap šķidrumu) dažādu vielu. Viela ar viszemāko Vārīšanās punkts ir, tad šī viela kondensēsies citā traukā, un tā būs salīdzinoši tīra.
Tādā veidā, lai destilācija noritētu pareizi, maisījums jāvāra, līdz tas sasniedz viršanas temperatūru vienai no vielas sastāvdaļas, kas pēc tam kļūs par tvaiku un var tikt novadītas atdzesētā traukā, kur tas kondensējas un atkal kļūst šķidrs.
Savukārt otra sastāvā esošā viela paliks tvertnē bez izmaiņām; bet abos gadījumos mums būs tīras vielas, bez sākotnējā maisījuma.
Raula likums
Ja mums ir ideāls šķidrumu maisījums (maisījums, kurā mijiedarbojas starp daļiņas dažādi tiek uzskatīti par vienādiem mijiedarbībām starp vienādām daļiņām) ir izpildīts Rola likums.
Šis likums nosaka, ka katras gāzes maisījuma sastāvdaļas daļējais tvaika spiediens ir vienāds ar tīrās sastāvdaļas tvaika spiedienu, kas reizināts ar tā molu daļu šķidrajā maisījumā.
Tātad kopējais tvaika spiediens ir maisījuma sastāvdaļu daļējo spiedienu summa gāzes fāzē. No otras puses, komponenta mola daļa maisījumā ir tās koncentrācijas bezizmēra mērs. Iepriekš minētos lielumus var aprēķināt, izmantojot šādus vienādojumus:
Kur:
- px Y py ir sastāvdaļu daļējais spiediens x un Y attiecīgi tvaiku maisījumā, kas ieskauj šķidro maisījumu.
- px * un py * ir sastāvdaļu tvaika spiediens x un Y.
- xx Y xy ir sastāvdaļu molu daļas x un Y šķidrā maisījumā.
- nx Y ny ir sastāvdaļu vielas daudzums x un Y šķidrā maisījumā.
Iepriekš minētais Raula likums ir spēkā ideāliem maisījumiem (kas ir cilvēka izveidots modelis, lai vienkāršotu pētījumus), taču patiesībā šis likums cieš no novirzēm, ja maisījums ir reāls.
Tādējādi, ja dažādām maisījuma daļiņām ir spēcīgāki starpmolekulārie spēki nekā daļiņām tīrā šķidrumā, tad maisījuma tvaika spiediens ir mazāks par tīra šķidruma tvaika spiedienu, kas rada negatīvu Roulta likuma novirzi.
No otras puses, ja starpmolekulārie spēki starp daļiņām tīrā šķidrumā ir lielāki par daļiņām maisījumā, daļiņas maisījumā varēs vieglāk izkļūt tvaika fāzē, tādējādi tvaika spiediens maisījuma daudzums būs lielāks, radot pozitīvu novirzi no Raula likuma
Ja vēlaties destilēt azeotropu maisījumu (piemēram, etanolu un ūdeni), ir nepieciešams pievienot kādu sastāvdaļu (šajā gadījumā benzolu), lai azeotrops tiktu modificēts un tādējādi varētu atdalīt sastāvdaļas maisījums. Azeotrops ir šķidrs maisījums ar noteiktu sastāvu, kuram vāroties radītajiem tvaikiem ir tāds pats maisījuma sastāvs (tātad azeotropā maisījuma sastāvdaļas nevar atdalīt ar vienkāršu vai frakcionētu destilāciju).
Azeotropiem ir noteikta viršanas temperatūra, piemēram, pie spiediena 1 atm, etanols vārās 78,37 ° C un ūdens vārās 100 ° C temperatūrā, bet etanola-ūdens azeotrops vārās 78,2 ° C temperatūrā. Azeotropajiem maisījumiem atkarībā no gadījuma ir negatīvas vai pozitīvas novirzes no Raula likuma.
Destilācijas veidi
Destilācija var notikt dažādos veidos:
- Vienkārša destilācija. Visvienkāršākā sastāv no maisījuma vārīšanas, līdz tiek atdalītas dažādas sastāvdaļas. Tā ir efektīva atdalīšanas metode, ja maisījuma sastāvdaļu viršanas temperatūras ļoti atšķiras (ideālā gadījumā tiem vajadzētu būt vismaz 25 °C atšķirībai, pretējā gadījumā tas negarantē destilētās vielas kopējo tīrību).
- Frakcionēta destilācija. To veic, izmantojot frakcionēšanas kolonnu, kas sastāv no dažādām plāksnēm, kurās secīgi notiek iztvaikošana un kondensācija, garantējot lielāku atdalīto komponentu tīrību.
- Vakuuma destilācija. Samazinot spiedienu, līdz rodas vakuums, process tiek katalizēts, lai samazinātu komponentu viršanas temperatūru, jo dažiem ir ļoti augsts viršanas punkts, ko var samazināt, kad spiediens ir ievērojami samazināts, un tādējādi paātrina destilācijas procesu.
- Azeotropā destilācija. Tā ir destilācija, kas nepieciešama, lai sadalītu azeotropu, tas ir, maisījumu, kura vielas uzvedas kā viena, pat sadalot viršanas temperatūru, tāpēc tās nevar atdalīt ar vienkāršu vai frakcionētu destilāciju. Lai atdalītu azeotropu maisījumu, ir jāmaina sajaukšanas apstākļi, piemēram, pievienojot kādu atdalošo komponentu.
- Tvaika destilācija. Maisījuma gaistošās un negaistošās sastāvdaļas tiek atdalītas ar tiešu ūdens tvaiku iesmidzināšanu.
- Sausā destilācija. Tas sastāv no cieto materiālu sildīšanas bez klātbūtnes šķīdinātāji šķidrumus, iegūstiet gāzes un pēc tam kondensējiet tās citā traukā.
- Uzlabota destilācija. To sauc arī par alternatīvo vai reaktīvo destilāciju, tā ir pielāgota īpašiem maisījumu gadījumiem, kurus ir grūti atdalīt vai kuriem ir vienāda viršanas temperatūra.
Destilācijas piemēri
- Naftas rafinēšana. Dažādo atdalīšana ogļūdeņraži klāt Nafta To veic ar frakcionētu destilāciju, uzglabājot dažādos destilācijas kolonnas slāņos vai atsevišķos nodalījumos katru savienojumu, kas iegūts no jēlnaftas vārīšanas. Šīs gāzes paceļas un kondensējas kolonnas augšējos slāņos, bet blīvākas vielas, piemēram, asfalts un parafīns, paliek apakšējos slāņos.
- Katalītiskā krekinga. Tas ir nosaukums dažām parastajām vakuumdestilācijām eļļas apstrādē, izmantojot vakuuma torņus, lai atdalītu gāzes no neapstrādātas vārīšanas. Tādējādi tiek paātrināta ogļūdeņražu viršana un process. Krekinga ir destruktīvās destilācijas veids, kurā lielāki ogļūdeņraži tiek sadalīti (augstā temperatūrā un izmantojot katalizatorus) mazākos ogļūdeņražos, kuriem ir zemāka viršanas temperatūra.
- Attīrīšana ar etanolu. Atdalīt spirti Tāpat kā etanolu no ūdens, ražojot laboratorijā, tiek izmantota azeotropā destilācija, pievienojot maisījumam benzolu vai citus komponentus, kas veicina vai paātrina atdalīšanu, un kurus pēc tam var viegli noņemt, nemainot produkta ķīmisko sastāvu. produkts.
- Ogļu pārstrāde. Šķidrā organiskā kurināmā iegūšanai ar sausās destilācijas procedūrām tiek izmantotas ogles vai koksne, līdz ar to izdalās gāzes. degšana.
- Minerālsāļu termolīze. Ar sauso destilāciju tiek iegūtas dažādas rūpnieciski lietderīgas minerālvielas no gāzu emanācijas un kondensācijas, kas iegūtas, sadedzinot minerālsāļus.
- Alembics. Tā sauc arābu senatnē izgudroto ierīci, kuras mērķis ir ražot smaržas, medikamentus un alkoholu no raudzētiem augļiem. Tās darbībā tiek izmantoti destilācijas principi: vielas karsē nelielā katlā un saražotās gāzes atdzesē spirālē, kas ved uz citu konteineru, kurā tiek savākts šo gāzu kondensācijas rezultātā radušos šķidrumu.
- Smaržu ražošana. Tvaika destilāciju izmanto, lai iegūtu smaržas, verdošu ūdeni kopā ar konservētiem ziediem, lai iegūtu gāzi ar vēlamo smaržu un kuru pēc tam kondensējot var izmantot kā bāzes šķidrumu smaržās.