Selgitame, mis on destilleerimine, selle eraldusmeetodi näiteid ja kasutatavaid destilleerimise liike.
Mis on destilleerimine?
Destilleerimist nimetatakse faaside eraldamise meetodiks, mis on üks segude eraldamise meetodid. Destilleerimine koosneb kahe füüsikalise protsessi järjestikusest ja kontrollitud kasutamisest: aurustamine ja kondensatsioon, kasutades neid valikuliselt a komponentide eraldamiseks segu tavaliselt homogeenset tüüpi, see tähendab, et selle komponente ei saa palja silmaga eristada.
Segud, mida saab destilleerimisega üksikuteks komponentideks jagada, võivad sisaldada kahte vedelikud, a tahke vedelikus või isegi gaasid smuutid. See eraldusmeetod põhineb keemispunktide erinevusel (olemuslik omadus asja, mis on temperatuuri millele Surve vedeliku aur võrdub vedelikku ümbritseva rõhuga) erinevate ainete. Madalaima ainega Keemispunkt on, siis see aine kondenseerub teises mahutis ja on suhteliselt puhas.
Sel viisil, et destilleerimine toimuks õigesti, peame segu keema, kuni see saavutab ühe ained komponendid, mis muutuvad seejärel auruks ja viiakse jahutatud anumasse, kus see kondenseerub ja muutub uuesti vedelaks.
Teine koostisaine seevastu jääb anumasse ilma muudatusteta; kuid mõlemal juhul saame puhtad ained, vaba esialgsest segust.
Raoult' seadus
Kui meil on ideaalne vedelike segu (segu, milles interaktsioonid osakesed erinevaid loetakse võrdseks võrdsete osakeste vastastikmõjudega) Raoult' seadus on täidetud.
See seadus ütleb, et iga komponendi osaline aururõhk gaasisegus on võrdne puhta komponendi aururõhuga, mis on korrutatud selle mooliosaga vedelas segus.
Auru kogurõhk on seega segu gaasifaasis olevate komponentide osarõhkude summa. Teisest küljest on komponendi mooliosa segus selle kontsentratsiooni mõõtmeteta mõõt. Ülalmainitud suurusi saab arvutada järgmiste võrrandite abil:
Kus:
- px Y py on komponentide osarõhud x ja Y vastavalt vedelsegu ümbritsevas aurude segus.
- px * ja py * on komponentide aururõhud x ja Y.
- xx Y xy on komponentide mooliosad x ja Y vedelas segus.
- nx Y ny on komponentide ainekogused x ja Y vedelas segus.
Eespool tõstatatud Raoult' seadus kehtib ideaalsegude puhul (mis on inimese poolt uuringute lihtsustamiseks loodud mudel), kuid tegelikkuses on selles seaduses hälbeid, kui segu on tõeline.
Seega, kui segu erinevatel osakestel on tugevamad molekulidevahelised jõud kui puhta vedeliku osakesed, siis on segu aururõhk väiksem kui puhta vedeliku aururõhk, mis tekitab Raoulti seadusest negatiivse kõrvalekalde.
Teisest küljest, kui puhta vedeliku osakeste vahelised molekulidevahelised jõud on suuremad kui segus olevate osakeste omad, pääsevad segus olevad osakesed kergemini aurufaasi, nii et aururõhk segu on suurem, tekitades positiivse kõrvalekalde Raoult' seadusest
Kui soovite destilleerida aseotroopset segu (näiteks etanool ja vesi), on vaja lisada mõni komponent (antud juhul benseen), et aseotroop muutuks ja sel viisil oleks võimalik lahusti komponente eraldada. segu. Aseotroop on kindlaksmääratud koostisega vedel segu, mille keemisel on tekkivatel aurudel segu koostis samasugune (seega ei saa aseotroopse segu komponente liht- või fraktsioneeriva destilleerimisega eraldada).
Aseotroopidel on määratletud keemistemperatuur, näiteks rõhul 1 atm, etanool keeb temperatuuril 78,37 ° C ja vesi keeb temperatuuril 100 ° C, samas kui etanooli-vee aseotroop keeb temperatuuril 78,2 ° C. Aseotroopsetel segudel on Raoult' seadusest negatiivsed või positiivsed kõrvalekalded.
Destilleerimise tüübid
Destilleerimine võib toimuda mitmel viisil:
- Lihtne destilleerimine. Kõige elementaarsem seisneb segu keetmises, kuni erinevad komponendid on eraldunud. See on tõhus eraldusmeetod, kui segu komponentide keemistemperatuurid on väga erinevad (ideaaljuhul peaks nende erinevus olema vähemalt 25 °C, vastasel juhul ei taga see destilleeritud aine täielikku puhtust).
- Fraktsionaalne destilleerimine. See viiakse läbi fraktsioneerimiskolonni abil, mis koosneb erinevatest plaatidest, milles aurustamine ja kondenseerumine toimuvad järjestikku, tagades eraldatud komponentide suurema puhtuse.
- Vaakumdestilleerimine. Vähendades rõhku kuni vaakumi tekkimiseni, katalüüsitakse protsessi komponentide keemistemperatuuri alandamiseks, kuna mõnel on väga kõrge keemispunkt, mida saab rõhu olulisel vähendamisel alandada ja seega kiirendada destilleerimisprotsessi.
- Aseotroopne destilleerimine. Destilleerimine on vajalik aseotroopi, st segu, mille ained käituvad ühtsena, isegi jagades keemistemperatuuri, purustamiseks, nii et neid ei saa lihtsa või fraktsioneeriva destilleerimisega eraldada. Aseotroopse segu eraldamiseks on vaja segamistingimusi muuta, näiteks lisades mõne eraldava komponendi.
- Aurudestilleerimine. Segu lenduvad ja mittelenduvad komponendid eraldatakse veeauru otsese sissepritsega.
- Kuivdestilleerimine. See koosneb tahkete materjalide kuumutamisest ilma nende olemasoluta lahustid vedelikke, hankige gaasid ja seejärel kondenseerige need teises mahutis.
- Täiustatud destilleerimine. Seda nimetatakse ka alternatiivseks või reaktiivseks destilleerimiseks, see on kohandatud raskesti eraldatavate või sama keemistemperatuuriga segude erijuhtudele.
Näited destilleerimisest
- Nafta rafineerimine. Erinevate eraldamine süsivesinikud kohal Nafta See viiakse läbi fraktsioneeriva destilleerimisega, säilitades destilleerimiskolonni eri kihtides või eraldi kambrites iga toorõli keetmisel saadud ühendit. Need gaasid tõusevad ja kondenseeruvad kolonni ülemistes kihtides, samas kui tihedamad ained nagu asfalt ja parafiin jäävad alumistesse kihtidesse.
- Katalüütiline krakkimine. Nii nimetatakse teatud tavalisi vaakumdestilleerimisi õli töötlemisel, kasutades vaakumtorne gaaside eraldamiseks toorkeetmisest. Seega süsivesinike keemine kiireneb ja protsessi. Krakkimine on destruktiivse destilleerimise tüüp, mille käigus suuremad süsivesinikud purustatakse (kõrgetel temperatuuridel ja katalüsaatorite abil) väiksemateks süsivesinikeks, millel on madalam keemistemperatuur.
- Etanooli puhastamine. Eraldada alkoholid Sarnaselt veest saadava etanooliga laboris tootmisel kasutatakse aseotroopset destilleerimist, lisades segule benseeni või muid eraldumist soodustavaid või kiirendavaid komponente, mida saab seejärel kergesti eemaldada ilma keemilist koostist muutmata. toode.
- Söe töötlemine. Vedela orgaanilise kütuse saamiseks kasutatakse kuivdestilleerimise teel kivisütt või puitu, seega eralduvad gaasid. põlemine.
- Mineraalsoolade termolüüs. Kuivdestilleerimisel saadakse mineraalsoolade põletamisel saadud gaaside eraldumisel ja kondenseerumisel mitmesuguseid kõrge tööstusliku kasulikkusega mineraalaineid.
- Alembik. Nii nimetatakse araabia antiikajal leiutatud seadet, mille eesmärk on toota kääritatud puuviljadest parfüüme, ravimeid ja alkoholi. Selle töös kasutatakse destilleerimise põhimõtteid: aineid kuumutatakse väikeses katlas ja tekkinud gaasid jahutatakse spiraalis, mis viib teise anumasse, kuhu kogutakse nimetatud gaaside kondenseerumisel tekkiv vedelik.
- Parfüümide tootmine. Aurudestillatsiooniga saadakse parfüümid, keedetakse vett koos konserveeritud lilledega, saadakse soovitud lõhnaga gaas, mida kondenseerituna saab seejärel kasutada parfüümide baasvedelikuna.