Vi forklarer hva destillasjon er, eksempler på denne separasjonsmetoden og hvilke typer destillasjon som kan brukes.
Hva er destillasjon?
Destillasjon kalles en metode for faseseparasjon, som er blant de metoder for separering av blandinger. Destillasjon består av fortløpende og kontrollert bruk av to fysiske prosesser: fordampning og kondensasjon, ved å bruke dem selektivt for å skille komponentene i en blanding vanligvis av en homogen type, det vil si der dens komponenter ikke kan skilles med det blotte øye.
Blandinger som kan separeres i sine individuelle komponenter ved hjelp av destillasjon kan inneholde to væsker, a fast i en væske eller til og med gasser smoothies. Denne separasjonsmetoden er basert på forskjellen i kokepunkt (en iboende egenskap til saken, hva er temperatur som Press damp av en væske tilsvarer trykket rundt væsken) av forskjellige stoffer. Stoffet med lavest Kokepunkt har, så vil dette stoffet kondensere i en annen beholder, og det vil være relativt rent.
På denne måten, for at destillasjonen skal utføres riktig, må vi koke blandingen til den når kokepunktet til en av stoffer komponenter, som da blir til damp og kan ledes til en avkjølt beholder, hvor den kondenserer og blir flytende igjen.
Den andre inngående substansen vil derimot forbli i beholderen uten endringer; men i begge tilfeller vil vi ha rene stoffer, fri fra den første blandingen.
Raoults lov
Når vi har en ideell blanding av væsker (en blanding der interaksjonene mellom partikler forskjellige anses som lik interaksjonene mellom like partikler) er Raoults lov oppfylt.
Denne loven sier at partialdamptrykket til hver komponent i gassblandingen er lik damptrykket til den rene komponenten multiplisert med molfraksjonen i væskeblandingen.
Det totale damptrykket er da summen av partialtrykket til komponentene i blandingen i gassfasen. På den annen side er molfraksjonen av en komponent i en blanding et dimensjonsløst mål på konsentrasjonen. Størrelsene nevnt ovenfor kan beregnes ved å bruke følgende ligninger:
Hvor:
- px Y py er partialtrykket til komponentene x og Y i blandingen av damper som omgir væskeblandingen.
- px * og py * er damptrykket til komponentene x og Y.
- xx Y xy er molfraksjonene av komponentene x og Y i den flytende blandingen.
- nx Y ny er mengden av stoffet til komponentene x og Y i den flytende blandingen.
Raoults lov tatt opp ovenfor er gyldig for ideelle blandinger (som er en modell etablert av mennesket for å forenkle studier), men i virkeligheten lider denne loven av avvik når blandingen er ekte.
Således, hvis de forskjellige partiklene i blandingen har sterkere intermolekylære krefter enn partiklene i den rene væsken, er damptrykket til blandingen mindre enn damptrykket til den rene væsken, noe som gir et negativt avvik fra loven av Raoult.
Hvis derimot de intermolekylære kreftene mellom partiklene i den rene væsken er større enn partiklene i blandingen, vil partiklene i blandingen lettere kunne unnslippe til dampfasen, slik at damptrykket av blandingen vil være større, noe som gir et positivt avvik fra Raoults lov
Når du ønsker å destillere en azeotrop blanding (for eksempel etanol og vann), er det nødvendig å tilsette en komponent (benzen, i dette tilfellet) slik at azeotropen modifiseres og på denne måten kunne separere komponentene i blanding. En azeotrop er en flytende blanding med en definert sammensetning som når den koker, har dampene som genereres samme sammensetning av blandingen (så komponentene i den azeotropiske blandingen kan ikke separeres ved enkel eller fraksjonert destillasjon).
Azeotroper har en definert koketemperatur, for eksempel ved et trykk på 1 atm, koker etanol ved 78,37 ° C og vann koker ved 100 ° C, mens etanol-vann azeotrop koker ved 78,2 ° C. Azeotropiske blandinger har negative eller positive avvik fra Raoults lov, alt ettersom.
Typer destillasjon
Destillasjon kan skje på forskjellige måter:
- Enkel destillasjon. Det mest elementære består i å koke blandingen til de forskjellige komponentene er separert. Det er en effektiv separasjonsmetode når kokepunktene til komponentene i blandingen er svært forskjellige (ideelt sett bør de ha en forskjell på minst 25 ° C, ellers garanterer den ikke den totale renheten til det destillerte stoffet).
- Fraksjonert destillasjon. Det utføres ved hjelp av en fraksjoneringskolonne, som består av forskjellige plater hvor fordamping og kondensering finner sted suksessivt, noe som garanterer større renhet i de separerte komponentene.
- Vakuumdestillasjon. Ved å redusere trykket til et vakuum genereres, katalyseres prosessen for å redusere kokepunktet til komponentene, siden noen har svært høye kokepunkter som kan reduseres når trykket reduseres kraftig og dermed akselerere destillasjonsprosessen.
- Azeotropisk destillasjon. Det er destillasjonen som er nødvendig for å bryte en azeotrop, det vil si en blanding hvis stoffer oppfører seg som en, til og med deler kokepunktet, slik at de ikke kan separeres ved enkel eller fraksjonert destillasjon. For å separere en azeotrop blanding er det nødvendig å modifisere blandebetingelsene, for eksempel ved å tilsette en separerende komponent.
- Dampdestillasjon. De flyktige og ikke-flyktige komponentene i en blanding separeres ved direkte injeksjon av vanndamp.
- Tørr destillasjon. Den består av oppvarming av faste materialer uten tilstedeværelse av løsemidler væsker, få tak i gasser og deretter kondensere dem i en annen beholder.
- Forbedret destillasjon. Også kalt alternativ eller reaktiv destillasjon, er den tilpasset de spesifikke tilfellene av blandinger som er vanskelige å skille eller som har samme kokepunkt.
Eksempler på destillasjon
- Oljeraffinering. Separasjonen av de forskjellige hydrokarboner tilstede i Petroleum Det utføres ved fraksjonert destillasjon, lagring i forskjellige lag eller separate rom i en destillasjonskolonne hver forbindelse som stammer fra koking av råolje. Disse gassene stiger opp og kondenserer i de øvre lagene av kolonnen, mens tettere stoffer som asfalt og parafin forblir i de nedre lagene.
- Katalytisk sprekkdannelse. Dette er navnet som er gitt til visse vanlige vakuumdestillasjoner i oljeprosessering, ved bruk av vakuumtårn for å skille gassene fra råkokingen. Dermed akselereres kokingen av hydrokarbonene og prosess. Cracking er en type destruktiv destillasjon, der større hydrokarboner brytes (ved høye temperaturer og ved bruk av katalysatorer) til mindre hydrokarboner, som har lavere kokepunkter.
- Etanolrensing. Å skille alkoholer Som etanol fra vann under produksjonen i laboratoriet, brukes en azeotrop destillasjon som tilsetter blandingen benzen eller andre komponenter som fremmer eller akselererer separasjonen, og som deretter lett kan fjernes uten å endre den kjemiske sammensetningen av produkt.
- Kullbehandling. For å oppnå flytende organisk brensel, brukes kull eller tre ved hjelp av tørre destillasjonsprosedyrer, og dermed gassene som slippes ut i forbrenning.
- Termolyse av mineralsalter. Ved hjelp av tørr destillasjon oppnås forskjellige mineralstoffer med høy industriell nytte, fra emanasjon og kondensering av gasser oppnådd ved å brenne mineralsalter.
- Almbikken. Dette er navnet som ble gitt til enheten som ble oppfunnet i den arabiske antikken, hvis formål er å produsere parfymer, medisiner og alkohol fra fermentert frukt. I driften brukes prinsippene for destillasjon: stoffer varmes opp i en liten kjele og gassene som produseres avkjøles i en spole som fører til en annen beholder hvor væsken som produseres ved kondensering av nevnte gasser samles opp.
- Parfymeproduksjon. Dampdestillasjon brukes til å oppnå parfymer, kokende vann sammen med konserverte blomster, for å produsere en gass med ønsket lukt og som, når den er kondensert, kan brukes som basisvæske i parfymer.