Elmagyarázzuk, hogy mi a desztilláció, példákat mutatunk be erre az elválasztási módszerre és az alkalmazható desztillációs típusokat.
Mi a desztilláció?
A desztillációt fázisszétválasztási módszernek nevezzük, amely a keverékek szétválasztásának módszerei. A desztilláció két fizikai folyamat egymás utáni és ellenőrzött alkalmazásából áll: a párologtatás és a páralecsapódás, szelektíven használja őket az a keverék általában homogén típusú, vagyis amelyben szabad szemmel nem különböztethetők meg összetevői.
A desztillációval egyedi komponensekre szétválasztható keverékek kettőt tartalmazhatnak folyadékok, a szilárd folyadékban vagy akár gázok turmixokat. Ez az elválasztási módszer a forráspontok különbségén alapszik (a ügy, mi a hőfok amelyre a Nyomás folyadék gőze megegyezik a folyadékot körülvevő nyomással) különböző anyagok. Az anyag a legalacsonyabb Forráspont van, akkor ez az anyag egy másik tartályban lecsapódik, és viszonylag tiszta lesz.
Ily módon a desztilláció megfelelő végrehajtásához a keveréket addig kell forralnunk, amíg el nem éri az egyik anyagokat komponensek, amelyek azután gőzzé válnak, és egy lehűtött tartályba vezethetik, ahol lecsapódik és ismét folyékony lesz.
A másik alkotó anyag viszont változtatás nélkül a tartályban marad; de mindkét esetben lesz tiszta anyagok, mentes a kezdeti keveréktől.
Raoult törvénye
Ha van egy ideális folyadékkeverékünk (olyan keverék, amelyben a kölcsönhatások a részecskék különböző egyenlőnek tekintendő az egyenlő részecskék közötti kölcsönhatásokkal) a Raoult-törvény teljesül.
Ez a törvény kimondja, hogy a gázkeverékben lévő egyes komponensek parciális gőznyomása megegyezik a tiszta komponens gőznyomásának szorzatával a folyékony keverékben lévő móltörtével.
A teljes gőznyomás tehát a keverék gázfázisú komponenseinek parciális nyomásának összege. Másrészt egy keverékben lévő komponens móltörtje a koncentráció dimenzió nélküli mértéke. A fent említett nagyságok a következő egyenletekkel számíthatók ki:
Ahol:
- px Y py az alkatrészek parciális nyomásai x és Y illetve a folyékony keveréket körülvevő gőzök keverékében.
- px * és py * az összetevők gőznyomása x és Y.
- xx Y xy a komponensek móltörtjei x és Y a folyékony keverékben.
- nx Y ny az összetevők anyagmennyisége x és Y a folyékony keverékben.
A fentebb felvetett Raoult-törvény érvényes az ideális keverékekre (amelyek az emberi lény által felállított modell a tanulmányok leegyszerűsítésére), de a valóságban ez a törvény eltéréseket szenved, ha a keverék valódi.
Így, ha a keverékben lévő különböző részecskék erősebb intermolekuláris erőkkel bírnak, mint a tiszta folyadék részecskéi, akkor a keverék gőznyomása kisebb, mint a tiszta folyadék gőznyomása, ami negatív eltérést okoz a Raoult-féle törvénytől.
Ha viszont a tiszta folyadék részecskéi közötti intermolekuláris erők nagyobbak, mint a keverékben lévő részecskéké, akkor a keverékben lévő részecskék könnyebben tudnak távozni a gőzfázisba, így a gőznyomás A keverék nagyobb lesz, ami pozitív eltérést eredményez Raoult törvényétől
Ha azeotróp keveréket (például etanolt és vizet) szeretne desztillálni, akkor valamilyen komponenst (jelen esetben benzolt) kell hozzáadni, hogy az azeotróp módosuljon, és így el lehessen választani az azeotróp összetevőit. keverék. Az azeotróp egy meghatározott összetételű folyékony keverék, amely forrásakor a keletkező gőzök a keverék összetételével megegyező összetételűek (tehát az azeotróp keverék komponensei sem egyszerű, sem frakcionált desztillációval nem választhatók szét).
Az azeotrópok meghatározott forrásponttal rendelkeznek, például 1 atm nyomáson az etanol 78,37 ° C-on, a víz 100 ° C-on, míg az etanol-víz azeotróp 78,2 ° C-on forr. Az azeotróp keverékek negatív vagy pozitív eltéréseket mutatnak a Raoult-törvénytől, az esettől függően.
A desztilláció fajtái
A desztilláció többféleképpen történhet:
- Egyszerű desztilláció. A legelemibb az, hogy a keveréket addig forraljuk, amíg a különböző komponensek el nem válnak. Hatékony elválasztási módszer, ha a keverék összetevőinek forráspontjai nagymértékben különböznek egymástól (ideális esetben legalább 25 °C-os különbséget kell tenni, különben nem garantálja a desztillált anyag teljes tisztaságát).
- Frakcionált desztilláció. Ezt egy frakcionáló oszlop segítségével hajtják végre, amely különböző lemezekből áll, amelyekben a párologtatás és a kondenzáció egymás után megy végbe, garantálva a szétválasztott komponensek nagyobb tisztaságát.
- Vákuumos desztilláció. A nyomás csökkentésével, amíg vákuum keletkezik, a folyamat katalizálja az összetevők forráspontjának csökkentését, mivel egyes komponensek forráspontja nagyon magas, ami csökkenthető, ha a nyomást jelentősen csökkentik, és így felgyorsítják a desztilláció folyamatát.
- Azeotróp desztilláció. Az azeotróp feltöréséhez szükséges desztilláció, vagyis olyan keverék, amelynek anyagai egyként viselkednek, még a forrásponton is osztoznak, így egyszerű vagy frakcionált desztillációval nem választhatók szét. Azeotróp keverék szétválasztásához módosítani kell a keverési feltételeket, például valamilyen elválasztó komponens hozzáadásával.
- Gőzdesztilláció. A keverék illékony és nem illékony komponenseit vízgőz közvetlen befecskendezésével választják el.
- Száraz desztilláció. Szilárd anyagok melegítéséből áll, jelenléte nélkül oldószerek folyadékokat, gázokat nyerjen, majd kondenzálja őket egy másik tartályban.
- Továbbfejlesztett desztilláció. Alternatív vagy reaktív desztillációnak is nevezik, és a nehezen szétválasztható vagy azonos forráspontú keverékek speciális eseteihez igazodik.
Példák a desztillációra
- Olajfinomítás. A különféleek szétválasztása szénhidrogének jelen van a Petróleum Frakcionált desztillációval, desztillációs oszlop különböző rétegeiben vagy külön rekeszeiben tárolva a nyersolaj főzéséből származó minden egyes vegyületet. Ezek a gázok az oszlop felső rétegeiben emelkednek fel és kondenzálódnak, míg a sűrűbb anyagok, például az aszfalt és a paraffin az alsó rétegekben maradnak.
- Katalitikus krakkolás. Így nevezik az olajfeldolgozás során szokásos vákuumdesztillációkat, amelyek során vákuumtornyokat használnak a gázok elválasztására a nyers főzésből. Így a szénhidrogének forrása felgyorsul és a folyamat. A krakkolás a destruktív desztilláció egyik fajtája, melynek során a nagyobb szénhidrogéneket (magas hőmérsékleten és katalizátorok segítségével) kisebb, alacsonyabb forráspontú szénhidrogénekre bontják.
- Etanolos tisztítás. Elválasztani alkoholok A laboratóriumi előállítás során a vízből származó etanolhoz hasonlóan azeotróp desztillációt alkalmaznak, a keverékhez benzolt vagy más olyan komponenseket adnak, amelyek elősegítik vagy felgyorsítják az elválasztást, és amelyek könnyen eltávolíthatók anélkül, hogy megváltoztatnák a kémiai összetételt. termék.
- Szénfeldolgozás. A folyékony szerves tüzelőanyagok előállításához szenet vagy fát száraz desztillációs eljárásokkal használnak fel, így a kibocsátott gázok égés.
- Ásványi sók termolízise. Száraz desztillációval az ásványi sók elégetésével nyert gázok emanációjából és kondenzációjából különféle, nagy ipari hasznosságú ásványi anyagokat nyernek.
- Az alembic. Így nevezték az arab ókorban feltalált készüléket, melynek célja, hogy erjesztett gyümölcsökből parfümöt, gyógyszereket és alkoholt állítson elő. Működése során a desztilláció elve érvényesül: az anyagokat kiskazánban hevítik, a keletkező gázokat pedig egy tekercsben hűtik, amely egy másik tartályba vezet, ahol összegyűjtik az említett gázok kondenzációjával keletkező folyadékot.
- Parfüm gyártás. Gőzdesztillációval parfümöt állítanak elő, forrásban lévő vizet a tartósított virágokkal együtt, hogy a kívánt szagú gázt állítsák elő, és amelyet lecsapolva parfümök alapfolyadékaként lehet felhasználni.