Обясняваме какво е дестилация, примери за този метод на разделяне и видовете дестилация, които могат да се използват.
Какво е дестилация?
Дестилацията се нарича метод за разделяне на фазите, който е сред методи за разделяне на смеси. Дестилацията се състои от последователно и контролирано използване на два физически процеса: изпаряване и на кондензация, като ги използва селективно за разделяне на компонентите на a смес обикновено от хомогенен тип, тоест при който неговите компоненти не могат да бъдат разграничени с просто око.
Смесите, които могат да бъдат разделени на отделни компоненти с помощта на дестилация, могат да съдържат два течности, а твърдо в течност или дори газове смутита. Този метод на разделяне се основава на разликата в точките на кипене (присъщо свойство на материя, какво е температура към които налягане пара на течност е равна на налягането около течността) на различни вещества. Веществото с най-ниска Точка на кипене Имате, тогава това вещество ще кондензира в друг съд и ще бъде относително чисто.
По този начин, за да се извърши правилно дестилацията, трябва да сварим сместа, докато достигне точката на кипене на един от вещества компоненти, които след това ще се превърнат в пара и могат да бъдат отведени в охладен контейнер, където кондензира и отново става течна.
Другата съставна субстанция, от друга страна, ще остане в контейнера без промени; но и в двата случая ще имаме чисти вещества, без първоначалния микс.
Законът на Раул
Когато имаме идеална смес от течности (смес, в която взаимодействията между частици различни се считат за равни на взаимодействията между равни частици) законът на Раул е изпълнен.
Този закон гласи, че парциалното налягане на парите на всеки компонент в газовата смес е равно на парното налягане на чистия компонент, умножено по неговата молна фракция в течната смес.
Тогава общото парно налягане е сумата от парциалните налягания на компонентите на сместа в газовата фаза. От друга страна, молната фракция на компонент в смес е безразмерна мярка за неговата концентрация. Посочените по-горе величини могат да бъдат изчислени с помощта на следните уравнения:
Където:
- px Й py са парциалните налягания на компонентите х и Й съответно в сместа от пари, заобикаляща течната смес.
- px * и py * са наляганията на парите на компонентите х и Й.
- хх Й xy са молните фракции на компонентите х и Й в течната смес.
- nx Й ny са количеството вещество на компонентите х и Й в течната смес.
Законът на Раул, повдигнат по-горе, е валиден за идеални смеси (които са модел, създаден от човешкото същество за опростяване на изследванията), но в действителност този закон търпи отклонения, когато сместа е реална.
По този начин, ако различните частици в сместа имат по-силни междумолекулни сили от частиците в чистата течност, тогава парното налягане на сместа е по-малко от налягането на парите на чистата течност, което води до отрицателно отклонение от закона на Раул.
Ако, от друга страна, междумолекулните сили между частиците в чистата течност са по-големи от тези на частиците в сместа, частиците в сместа ще могат да избягат в парната фаза по-лесно, така че налягането на парите от сместа ще бъде по-голямо, което ще доведе до положително отклонение от закона на Раул
Когато искате да дестилирате азеотропна смес (например етанол и вода), е необходимо да добавите някакъв компонент (в този случай бензен), така че азеотропът да се модифицира и по този начин да можете да разделите компонентите на смес. Азеотропът е течна смес с определен състав, при който, когато кипи, генерираните пари имат същия състав на сместа (така че компонентите на азеотропната смес не могат да бъдат разделени чрез проста или фракционна дестилация).
Азеотропите имат определена температура на кипене, например при налягане от 1 атм, етанолът кипи при 78,37 ° C и водата кипи при 100 ° C, докато азеотропът етанол-вода кипи при 78,2 ° C. Азеотропните смеси имат отрицателни или положителни отклонения от закона на Раул, в зависимост от случая.
Видове дестилация
Дестилацията може да се извърши по различни начини:
- Проста дестилация. Най-елементарното се състои в кипене на сместа до разделяне на различните компоненти. Това е ефективен метод за разделяне, когато точките на кипене на компонентите на сместа се различават значително (в идеалния случай те трябва да имат разлика от най-малко 25 ° C, в противен случай не гарантира пълната чистота на дестилираното вещество).
- Фракционна дестилация. Осъществява се с помощта на колона за фракциониране, която се състои от различни плочи, в които изпаряването и кондензацията се извършват последователно, гарантирайки по-голяма чистота в отделените компоненти.
- Вакуумна дестилация. Чрез намаляване на налягането до генериране на вакуум, процесът се катализира за намаляване на точката на кипене на компонентите, тъй като някои имат много високи точки на кипене, които могат да бъдат намалени, когато налягането е силно намалено и по този начин ускорява процеса на дестилация.
- Азеотропна дестилация. Дестилацията е необходима за разрушаване на азеотроп, тоест смес, чиито вещества се държат като едно цяло, дори споделяйки точката на кипене, така че не могат да бъдат разделени чрез проста или фракционна дестилация. За отделяне на азеотропна смес е необходимо да се модифицират условията на смесване, например чрез добавяне на някакъв разделителен компонент.
- Парна дестилация. Летливите и нелетливите компоненти на сместа се разделят чрез директно впръскване на водна пара.
- Суха дестилация. Състои се от нагряване на твърди материали без наличието на разтворители течности, получават газове и след това ги кондензирайте в друг съд.
- Подобрена дестилация. Наричана още алтернативна или реактивна дестилация, тя е адаптирана към специфичните случаи на смеси, които са трудни за разделяне или имат една и съща точка на кипене.
Примери за дестилация
- Рафиниране на петрол. Разделянето на различните въглеводороди присъстват в петрол Извършва се чрез фракционна дестилация, като се съхранява в различни слоеве или отделни отделения на дестилационна колона, всяко съединение, получено от варенето на суров нефт. Тези газове се издигат и кондензират в горните слоеве на колоната, докато по-плътните вещества като асфалт и парафин остават в долните слоеве.
- Каталитичен крекинг. Това е името, дадено на някои обичайни вакуумни дестилации при преработката на масло, като се използват вакуумни кули за отделяне на газовете от суровото готвене. Така кипенето на въглеводородите се ускорява и процес. Крекингът е вид разрушителна дестилация, при която по-големите въглеводороди се разбиват (при високи температури и с помощта на катализатори) на по-малки въглеводороди, които имат по-ниски точки на кипене.
- Пречистване на етанол. Да разделя алкохоли Подобно на етанола от водата по време на неговото производство в лабораторията, се използва азеотропна дестилация, като към сместа се добавя бензен или други компоненти, които насърчават или ускоряват разделянето и които след това могат лесно да бъдат отстранени, без да се променя химическият състав на продукт.
- Преработка на въглища. За получаване на течни органични горива се използват въглища или дърва чрез процедури за суха дестилация, като по този начин се отделят газове в изгаряне.
- Термолиза на минерални соли. Чрез суха дестилация се получават различни минерални вещества с висока промишлена полезност от отделянето и кондензацията на газове, получени при изгаряне на минерални соли.
- Алембикът. Това е името на устройството, изобретено в арабската древност, чиято цел е да произвежда парфюми, лекарства и алкохол от ферментирали плодове. При нейното действие се използват принципите на дестилация: веществата се нагряват в малък котел и получените газове се охлаждат в намотка, която води до друг контейнер, където се събира течността, получена от кондензацията на споменатите газове.
- Производство на парфюми. Парната дестилация се използва за получаване на парфюми, вряща вода заедно със запазени цветя, за да се получи газ с желаната миризма и който, когато се кондензира, може да се използва като основна течност в парфюмите.