Мы объясняем, что такое дистилляция, примеры этого метода разделения и типы дистилляции, которые можно использовать.
Что такое дистилляция?
Дистилляцией называется метод разделения фаз, который входит в число методы разделения смесей. Дистилляция состоит из последовательного и контролируемого использования двух физических процессов: испарение и конденсация, используя их выборочно для разделения компонентов смесь обычно однородного типа, то есть в котором его компоненты не могут быть различимы невооруженным глазом.
Смеси, которые можно разделить на отдельные компоненты с помощью дистилляции, могут содержать два жидкости, а твердый в жидкости или даже газы смузи. Этот метод разделения основан на разнице температур кипения (неотъемлемое свойство иметь значение, что температура к которому Давление пар жидкости равен давлению, окружающему жидкость) различных веществ. Вещество с самым низким Точка кипения есть, то это вещество будет конденсироваться в другом контейнере, и оно будет относительно чистым.
Таким образом, чтобы дистилляция прошла правильно, мы должны кипятить смесь до тех пор, пока она не достигнет точки кипения одного из вещества компоненты, которые затем превратятся в пар и могут быть перенесены в охлаждаемую емкость, где они конденсируются и снова становятся жидкими.
Другое составляющее вещество, с другой стороны, останется в контейнере без изменений; но в обоих случаях у нас будет чистые вещества, свободный от исходной смеси.
Закон Рауля
Когда у нас есть идеальная смесь жидкостей (смесь, в которой взаимодействия между частицы разные считаются равными взаимодействиям между равными частицами) выполняется Закон Рауля.
Этот закон гласит, что парциальное давление пара каждого компонента в газовой смеси равно давлению пара чистого компонента, умноженному на его мольную долю в жидкой смеси.
Таким образом, полное давление пара представляет собой сумму парциальных давлений компонентов смеси в газовой фазе. С другой стороны, мольная доля компонента в смеси является безразмерной мерой его концентрации. Вышеупомянутые величины могут быть рассчитаны с помощью следующих уравнений:
Где:
- px Y ру парциальные давления компонентов Икс и Y соответственно в смеси паров, окружающей жидкую смесь.
- px * и py * - давление пара компонентов Икс и Ю.
- хх Y ху - мольные доли компонентов Икс и Y в жидкой смеси.
- nx Y нью-йорк количество вещества компонентов Икс и Y в жидкой смеси.
Вышеупомянутый закон Рауля действителен для идеальных смесей (которые представляют собой модель, установленную человеком для упрощения исследований), но на самом деле этот закон претерпевает отклонения, когда смесь является реальной.
Таким образом, если различные частицы в смеси имеют более сильные межмолекулярные силы, чем частицы в чистой жидкости, тогда давление пара смеси меньше, чем давление пара чистой жидкости, что вызывает отрицательное отклонение от Закона Рауля.
Если, с другой стороны, межмолекулярные силы между частицами в чистой жидкости больше, чем у частиц в смеси, частицы в смеси смогут легче уходить в паровую фазу, так что давление пара смеси будет больше, что приведет к положительному отклонению от закона Рауля
Если вы хотите перегонять азеотропную смесь (например, этанол и воду), необходимо добавить какой-либо компонент (в данном случае бензол), чтобы модифицировать азеотроп и, таким образом, иметь возможность разделить компоненты смесь. Азеотроп - это жидкая смесь с определенным составом, при которой при кипении образующиеся пары имеют тот же состав смеси (поэтому компоненты азеотропной смеси не могут быть разделены простой или фракционной перегонкой).
Азеотропы имеют определенную температуру кипения, например, при давлении 1 атм, этанол кипит при 78,37 ° C, вода - при 100 ° C, а азеотроп этанол-вода - при 78,2 ° C. Азеотропные смеси имеют отрицательные или положительные отклонения от закона Рауля, в зависимости от обстоятельств.
Виды перегонки
Дистилляция может происходить по-разному:
- Простая перегонка. Самый элементарный - это кипячение смеси до разделения компонентов. Это эффективный метод разделения, когда точки кипения компонентов смеси сильно различаются (в идеале они должны иметь разницу не менее 25 ° C, в противном случае он не гарантирует полную чистоту дистиллированного вещества).
- Фракционная перегонка. Это осуществляется с помощью ректификационной колонны, состоящей из различных тарелок, в которых последовательно происходят испарение и конденсация, что гарантирует большую чистоту разделенных компонентов.
- Вакуумная перегонка. За счет снижения давления до тех пор, пока не будет создан вакуум, процесс катализируется для снижения точки кипения компонентов, поскольку некоторые из них имеют очень высокие точки кипения, которые можно снизить при значительном понижении давления и, таким образом, ускорить процесс перегонки.
- Азеотропная перегонка. Это перегонка, необходимая для разрушения азеотропа, то есть смеси, вещества которой ведут себя как одно целое, даже имея одинаковую точку кипения, поэтому их нельзя разделить простой или фракционной перегонкой. Для разделения азеотропной смеси необходимо изменить условия перемешивания, например, добавив некоторый разделяющий компонент.
- Паровая перегонка. Летучие и нелетучие компоненты смеси разделяются прямым впрыском водяного пара.
- Сухая перегонка. Он состоит из нагрева твердых материалов без наличия растворители жидкости, получают газы и затем конденсируют их в другом контейнере.
- Улучшенная перегонка. Также называется альтернативной или реактивной дистилляцией, она адаптирована к конкретным случаям смесей, которые трудно разделить или которые имеют одинаковую температуру кипения.
Примеры перегонки
- Нефтепереработка. Разделение различных углеводороды присутствует в Нефть Его проводят фракционной перегонкой, храня в разных слоях или отдельных отсеках дистилляционной колонны каждое соединение, полученное при варке сырого масла. Эти газы поднимаются и конденсируются в верхних слоях колонны, в то время как более плотные вещества, такие как асфальт и парафин, остаются в нижних слоях.
- Каталитический крекинг. Так называют некоторые обычные вакуумные перегонки при переработке нефти, в которых используются вакуумные колонны для отделения газов от варки сырой нефти. Таким образом, кипение углеводородов ускоряется и процесс. Крекинг - это тип деструктивной перегонки, при котором более крупные углеводороды расщепляются (при высоких температурах и с использованием катализаторов) на более мелкие углеводороды с более низкими температурами кипения.
- Очистка этанола. Разделять спирты Подобно этанолу из воды во время его производства в лаборатории, используется азеотропная перегонка, добавляющая к смеси бензол или другие компоненты, которые способствуют или ускоряют разделение, и которые затем могут быть легко удалены без изменения химического состава продукт.
- Переработка угля. Для получения жидкого органического топлива используют уголь или древесину с помощью процедур сухой перегонки, таким образом, газы, выделяемые в горение.
- Термолиз минеральных солей. Посредством сухой перегонки получают различные минеральные вещества, имеющие большое промышленное применение, в результате выделения и конденсации газов, получаемых при сжигании минеральных солей.
- Перегонный куб. Так называется изобретенное в арабской древности устройство, предназначенное для производства духов, лекарств и алкоголя из ферментированных фруктов. В его работе используются принципы дистилляции: вещества нагреваются в небольшом котле, а образовавшиеся газы охлаждаются в змеевике, который ведет в другой контейнер, где собирается жидкость, полученная при конденсации указанных газов.
- Производство парфюмерии. Паровая дистилляция используется для получения духов, кипячение воды вместе с консервированными цветами для получения газа с желаемым запахом, который после конденсации может затем использоваться в качестве базовой жидкости в парфюмерии.