Mes paaiškiname, kas yra distiliavimas, šio atskyrimo metodo pavyzdžiai ir distiliavimo rūšys, kurias galima naudoti.
Kas yra distiliavimas?
Distiliavimas vadinamas fazių atskyrimo metodu, kuris yra vienas iš mišinių atskyrimo būdai. Distiliavimą sudaro nuoseklus ir kontroliuojamas dviejų fizinių procesų naudojimas: garinimas ir kondensacija, naudojant juos pasirinktinai atskirti a komponentus mišinys paprastai yra vienalyčio tipo, tai yra, kai jo komponentų negalima atskirti plika akimi.
Mišiniuose, kuriuos distiliuojant galima atskirti į atskirus komponentus, gali būti du skysčių, a kietas skystyje ar net dujų kokteiliai. Šis atskyrimo būdas yra pagrįstas virimo taškų skirtumu (atsižvelgiant į tai, kad reikalas, Kas yra temperatūros į kurią Slėgis skysčio garai lygūs skystį supančiam slėgiui) skirtingų medžiagų. Medžiaga su mažiausia Virimo taškas turi, tada ši medžiaga kondensuosis kitame inde ir bus palyginti gryna.
Tokiu būdu, kad distiliavimas būtų atliktas teisingai, mišinį turime virti tol, kol jis pasieks vieno iš medžiagų komponentų, kurie vėliau taps garais ir gali būti nuvesti į atvėsusį indą, kur kondensuojasi ir vėl tampa skysti.
Kita vertus, kita sudedamoji medžiaga liks talpykloje nepakitusi; bet abiem atvejais turėsime grynos medžiagos, be pradinio mišinio.
Raulo dėsnis
Kai turime idealų skysčių mišinį (mišinį, kuriame sąveikauja tarp dalelės skirtingos laikomos lygiomis lygių dalelių sąveikoms) įvykdomas Raulio dėsnis.
Šis dėsnis teigia, kad kiekvieno komponento dalinis garų slėgis dujų mišinyje yra lygus gryno komponento garų slėgiui, padaugintam iš jo molinės dalies skystame mišinyje.
Taigi bendras garų slėgis yra mišinio komponentų dalinių slėgių dujų fazėje suma. Kita vertus, mišinio komponento molinė dalis yra bematis jo koncentracijos matas. Aukščiau minėtus dydžius galima apskaičiuoti naudojant šias lygtis:
Kur:
- px Y py yra komponentų dalinis slėgis x ir Y atitinkamai garų mišinyje, supančiame skystą mišinį.
- px * ir py * yra komponentų garų slėgis x ir Y.
- xx Y xy yra komponentų molinės dalys x ir Y skystame mišinyje.
- nx Y ny yra sudedamųjų dalių medžiagos kiekis x ir Y skystame mišinyje.
Aukščiau iškeltas Raoult dėsnis galioja idealiems mišiniams (kurie yra žmogaus sukurtas modelis, siekiant supaprastinti tyrimus), tačiau iš tikrųjų šis dėsnis nukrypsta, kai mišinys yra tikras.
Taigi, jei skirtingos mišinio dalelės turi stipresnes tarpmolekulines jėgas nei dalelės gryname skystyje, tada mišinio garų slėgis yra mažesnis už gryno skysčio garų slėgį, o tai sukelia neigiamą Raoult įstatymo nuokrypį.
Kita vertus, jei tarpmolekulinės jėgos tarp dalelių gryname skystyje yra didesnės nei mišinio dalelių, mišinyje esančios dalelės galės lengviau išeiti į garų fazę, todėl garų slėgis mišinio bus didesnis, todėl bus teigiamas nukrypimas nuo Raoult dėsnio
Kai norite distiliuoti azeotropinį mišinį (pavyzdžiui, etanolį ir vandenį), būtina pridėti tam tikro komponento (šiuo atveju benzeno), kad azeotropas būtų modifikuotas ir tokiu būdu būtų galima atskirti jo komponentus. mišinys. Azeotropas yra tam tikros sudėties skystas mišinys, kuriam verdant susidarančių garų mišinio sudėtis yra tokia pati (todėl azeotropinio mišinio komponentai negali būti atskirti paprastu arba frakciniu distiliavimu).
Azeotropai turi apibrėžtą virimo temperatūrą, pavyzdžiui, esant 1 atm slėgiui, etanolis verda 78,37 ° C temperatūroje, vanduo verda 100 ° C temperatūroje, o etanolio-vandens azeotropas verda 78,2 ° C temperatūroje. Azeotropiniai mišiniai turi neigiamų arba teigiamų nukrypimų nuo Raoult dėsnio, priklausomai nuo atvejo.
Distiliavimo rūšys
Distiliavimas gali vykti įvairiais būdais:
- Paprastas distiliavimas. Elementariausia yra mišinio virinimas tol, kol atskiriami skirtingi komponentai. Tai efektyvus atskyrimo būdas, kai labai skiriasi mišinio komponentų virimo temperatūros (idealiu atveju jų skirtumas turėtų būti ne mažesnis kaip 25°C, kitu atveju tai negarantuoja viso distiliuojamos medžiagos grynumo).
- Frakcinis distiliavimas. Tai atliekama naudojant frakcionavimo kolonėlę, kurią sudaro skirtingos plokštės, kuriose paeiliui vyksta garavimas ir kondensacija, užtikrinant didesnį atskirtų komponentų grynumą.
- Vakuuminis distiliavimas. Mažinant slėgį, kol susidaro vakuumas, procesas katalizuojamas, kad sumažėtų komponentų virimo temperatūra, nes kai kurie turi labai aukštas virimo temperatūras, kurias galima sumažinti labai sumažinus slėgį ir taip pagreitinti distiliavimo procesą.
- Azeotropinis distiliavimas. Tai yra distiliavimas, būtinas azeotropui sulaužyti, ty mišiniui, kurio medžiagos elgiasi kaip viena, net ir pasidalydamos virimo temperatūra, todėl jų negalima atskirti paprastu ar frakciniu distiliavimu. Norint atskirti azeotropinį mišinį, būtina keisti maišymo sąlygas, pavyzdžiui, pridedant tam tikrą atskyrimo komponentą.
- Distiliavimas garais. Lakieji ir nelakieji mišinio komponentai atskiriami tiesioginiu vandens garų įpurškimu.
- Sausas distiliavimas. Jį sudaro kietų medžiagų kaitinimas be jų tirpikliai skysčius, gaukite dujas ir kondensuokite jas kitame inde.
- Pagerintas distiliavimas. Taip pat vadinamas pakaitiniu arba reaktyviuoju distiliavimu, jis pritaikytas konkretiems mišiniams, kuriuos sunku atskirti arba kurių virimo temperatūra yra vienoda.
Distiliavimo pavyzdžiai
- Naftos rafinavimas. Įvairių atskyrimas angliavandeniliai esantis Naftos Jis atliekamas frakcinio distiliavimo būdu, laikant skirtinguose sluoksniuose arba atskiruose distiliavimo kolonėlės skyriuose kiekvienas junginys, gautas verdant žalią naftą. Šios dujos kyla ir kondensuojasi viršutiniuose kolonos sluoksniuose, o tankesnės medžiagos, tokios kaip asfaltas ir parafinas, lieka apatiniuose sluoksniuose.
- Katalizinis krekingas. Taip vadinamas tam tikras įprastas vakuuminis distiliavimas naftos perdirbimo metu, naudojant vakuuminius bokštus dujoms atskirti nuo neapdoroto virimo. Taigi angliavandenilių virimas pagreitėja ir procesas. Krekingas – tai destruktyvaus distiliavimo rūšis, kai didesni angliavandeniliai (aukštoje temperatūroje ir naudojant katalizatorius) suskaidomi į mažesnius angliavandenilius, kurių virimo temperatūra žemesnė.
- Valymas etanoliu. Atskirti alkoholiai Kaip ir etanolis iš vandens gaminant jį laboratorijoje, naudojamas azeotropinis distiliavimas, į mišinį pridedant benzeno ar kitų komponentų, kurie skatina arba pagreitina atskyrimą, ir kuriuos vėliau galima lengvai pašalinti nekeičiant cheminės sudėties. produktas.
- Anglies perdirbimas. Skystam organiniam kurui gauti naudojama anglis arba mediena, taikant sauso distiliavimo būdus, taigi dujos išsiskiria degimo.
- Mineralinių druskų termolizė. Sausojo distiliavimo būdu gaunamos įvairios didelio pramoninio naudingumo mineralinės medžiagos iš dujų, gautų deginant mineralines druskas, išsiskyrimo ir kondensacijos.
- Alembikas. Taip pavadintas arabų senovėje išrastas prietaisas, kurio paskirtis – iš fermentuotų vaisių gaminti kvepalus, vaistus ir alkoholį. Jo veikime naudojami distiliavimo principai: medžiagos kaitinamos mažame katile, o susidariusios dujos atšaldomos gyvatėje, kuri patenka į kitą talpą, kurioje surenkamas skystis, susidaręs dėl minėtų dujų kondensacijos.
- Kvepalų gamyba. Distiliuojant garais išgaunami kvepalai, verdantis vanduo kartu su konservuotomis gėlėmis, išgaunamos norimo kvapo dujos, kurios, susikondensavusios, gali būti naudojamos kaip bazinis skystis kvepaluose.