Vysvětlíme, co je to destilace, příklady této separační metody a typy destilace, které lze použít.
Co je to destilace?
Destilace se nazývá metoda separace fází, která patří mezi způsoby dělení směsí. Destilace spočívá v následném a kontrolovaném použití dvou fyzikálních procesů: vypařování a kondenzace, selektivně je používat k oddělení složek a směs obvykle homogenního typu, to znamená, že jeho složky nelze rozeznat pouhým okem.
Směsi, které lze destilací rozdělit na jednotlivé složky, mohou obsahovat dvě kapaliny, a pevný v kapalině nebo dokonce plyny smoothies. Tato metoda separace je založena na rozdílu v bodech varu (vlastní vlastnost hmota, co je teplota ke kterému se Tlak pára kapaliny se rovná tlaku obklopujícího kapalinu) různých látek. Látka s nejnižším Bod varu mít, pak tato látka zkondenzuje v jiné nádobě a bude relativně čistá.
Takto, aby destilace proběhla správně, musíme směs vařit, dokud nedosáhne bodu varu jednoho z látek složky, které se pak stanou párou a mohou být odvedeny do chlazené nádoby, kde kondenzují a opět se stávají kapalnými.
Druhá složková látka na druhé straně zůstane v nádobě beze změn; ale v obou případech budeme mít čisté látky, bez počátečního mixu.
Raoultův zákon
Když máme ideální směs kapalin (směs, ve které dochází k interakcím mezi částice různé jsou považovány za rovnocenné interakcím mezi stejnými částicemi) je splněn Raoultův zákon.
Tento zákon říká, že parciální tlak par každé složky ve směsi plynů se rovná tlaku par čisté složky vynásobené jejím molárním podílem v kapalné směsi.
Celkový tlak par je tedy součtem parciálních tlaků složek směsi v plynné fázi. Na druhé straně je molární zlomek složky ve směsi bezrozměrným měřítkem její koncentrace. Výše uvedené veličiny lze vypočítat pomocí následujících rovnic:
Kde:
- px Y py jsou parciální tlaky součástí X a Y respektive ve směsi par obklopující kapalnou směs.
- px * a py * jsou tlaky par složek X a Y.
- xx Y xy jsou molární zlomky složek X a Y v tekuté směsi.
- nx Y ny jsou látkové množství složek X a Y v tekuté směsi.
Výše uvedený Raoultův zákon platí pro ideální směsi (které jsou modelem vytvořeným lidskou bytostí pro zjednodušení studií), ale ve skutečnosti tento zákon trpí odchylkami, když je směs skutečná.
Pokud tedy různé částice ve směsi mají silnější mezimolekulární síly než částice v čisté kapalině, pak je tlak par směsi menší než tlak par čisté kapaliny, což vytváří zápornou odchylku od Raoultova zákona.
Pokud jsou na druhé straně mezimolekulární síly mezi částicemi v čisté kapalině větší než síly částic ve směsi, částice ve směsi budou moci snadněji unikat do plynné fáze, takže tlak par směsi bude větší, což způsobí pozitivní odchylku od Raoultova zákona
Pokud chcete destilovat azeotropní směs (například ethanol a vodu), je nutné přidat nějakou složku (v tomto případě benzen), aby se azeotrop upravil a bylo možné tak oddělit složky směs. Azeotrop je kapalná směs s definovaným složením, která při varu má vytvořené páry stejné složení jako směs (takže složky azeotropní směsi nelze oddělit jednoduchou nebo frakční destilací).
Azeotropy mají definovanou teplotu varu, např. při tlaku 1 atm, ethanol vře při 78,37 °C a voda vře při 100 °C, zatímco azeotrop ethanol-voda vře při 78,2 °C. Azeotropní směsi mají záporné nebo kladné odchylky od Raoultova zákona, podle okolností.
Druhy destilace
Destilace může probíhat různými způsoby:
- Jednoduchá destilace. Nejzákladnější spočívá ve vaření směsi, dokud se různé složky neoddělí. Jde o efektivní separační metodu, kdy se body varu složek směsi velmi liší (ideálně by měly mít rozdíl alespoň 25 °C, jinak nezaručuje celkovou čistotu destilované látky).
- Frakční destilace. Provádí se pomocí frakcionační kolony, která se skládá z různých pater, ve kterých postupně dochází k odpařování a kondenzaci, což zaručuje vyšší čistotu separovaných složek.
- Vakuová destilace. Snížením tlaku, dokud se nevytvoří vakuum, je proces katalyzován ke snížení bodu varu složek, protože některé mají velmi vysoké body varu, které lze snížit, když je tlak výrazně snížen, a tím urychlit proces destilace.
- Azeotropní destilace. Je to destilace nutná k rozbití azeotropu, tedy směsi, jejíž látky se chovají jako jedna, dokonce sdílejí bod varu, takže je nelze oddělit jednoduchou nebo frakční destilací. Pro separaci azeotropní směsi je nutné upravit podmínky míchání, například přidáním nějaké separační složky.
- Parní destilace. Těkavé a netěkavé složky směsi se oddělují přímým vstřikováním vodní páry.
- Suchá destilace. Skládá se z ohřevu pevných materiálů bez přítomnosti rozpouštědla kapaliny, získávají plyny a následně je kondenzují v jiné nádobě.
- Vylepšená destilace. Také se nazývá alternativní nebo reaktivní destilace a je přizpůsobena specifickým případům směsí, které se obtížně oddělují nebo které mají stejnou teplotu varu.
Příklady destilace
- Čištění ropy. Oddělení různých uhlovodíky přítomný v ropa Provádí se frakční destilací, skladováním v různých vrstvách nebo oddělených odděleních destilační kolony, přičemž každá sloučenina pochází z vaření ropy. Tyto plyny stoupají a kondenzují v horních vrstvách kolony, zatímco hustší látky jako asfalt a parafín zůstávají ve spodních vrstvách.
- Katalytické krakování. Toto je název pro určité obvyklé vakuové destilace při zpracování ropy, které využívají vakuové věže k oddělení plynů ze surového vaření. Tím se urychlí var uhlovodíků a proces. Krakování je druh destruktivní destilace, při které se větší uhlovodíky lámou (za vysokých teplot a za použití katalyzátorů) na menší uhlovodíky, které mají nižší bod varu.
- Čištění ethanolem. Oddělit alkoholy Podobně jako ethanol z vody při její výrobě v laboratoři se používá azeotropní destilace, kdy se do směsi přidává benzen nebo jiné složky, které separaci podporují nebo urychlují, a které pak lze snadno odstranit, aniž by se změnilo chemické složení směsi. produkt.
- Zpracování uhlí. K získání kapalných organických paliv se používá uhlí nebo dřevo pomocí postupů suché destilace, takže plyny emitované v spalování.
- Termolýza minerálních solí. Suchou destilací se získávají různé minerální látky vysoké průmyslové využitelnosti, z emanace a kondenzace plynů získaných spalováním minerálních solí.
- Alembic. Tak se nazývá zařízení vynalezené v arabském starověku, jehož účelem je vyrábět parfémy, léky a alkohol z fermentovaného ovoce. Při jeho provozu se využívají principy destilace: látky se ohřívají v malém kotli a vzniklé plyny se ochlazují ve spirále, která vede do další nádoby, kde se shromažďuje kapalina vzniklá kondenzací uvedených plynů.
- Výroba parfémů. Parní destilací se získávají parfémy, vaří se voda spolu s konzervovanými květinami, vzniká plyn s požadovanou vůní, který po zkondenzování lze použít jako základní kapalinu do parfémů.