We leggen uit wat distillatie is, voorbeelden van deze scheidingsmethode en de soorten distillatie die gebruikt kunnen worden.
Wat is distillatie?
Destillatie wordt een methode van fasescheiding genoemd, een van de methoden voor het scheiden van mengsels. Destillatie bestaat uit het achtereenvolgens en gecontroleerd gebruik van twee fysische processen: de verdamping en de condensatie, ze selectief gebruiken om de componenten van a . te scheiden mengsel meestal van een homogeen type, dat wil zeggen, waarvan de componenten niet met het blote oog kunnen worden onderscheiden.
Mengsels die met behulp van destillatie in hun afzonderlijke componenten kunnen worden gescheiden, kunnen twee vloeistoffen, een stevig in een vloeistof of zelfs gassen smoothies. Deze scheidingsmethode is gebaseerd op het verschil in kookpunten (een inherente eigenschap van de materie, wat is de temperatuur- waarop de Druk damp van een vloeistof gelijk is aan de druk rond de vloeistof) van verschillende stoffen. De stof met de laagste Kookpunt hebben, dan condenseert deze stof in een andere container en is deze relatief zuiver.
Op deze manier, om de distillatie correct uit te voeren, moeten we het mengsel koken totdat het het kookpunt van een van de stoffen componenten, die dan damp worden en naar een gekoelde container kunnen worden geleid, waar het condenseert en weer vloeibaar wordt.
De andere samenstellende stof daarentegen blijft ongewijzigd in de container; maar in beide gevallen zullen we hebben pure substanties, vrij van de initiële mix.
Wet van Raoult
Wanneer we een ideaal mengsel van vloeistoffen hebben (een mengsel waarin de interacties tussen de deeltjes verschillend worden beschouwd als gelijk aan de interacties tussen gelijke deeltjes) is voldaan aan de wet van Raoult.
Deze wet stelt dat de partiële dampdruk van elke component in het gasmengsel gelijk is aan de dampdruk van de zuivere component vermenigvuldigd met zijn molfractie in het vloeibare mengsel.
De totale dampdruk is dan de som van de partiële drukken van de componenten van het mengsel in de gasfase. Aan de andere kant is de molfractie van een component in een mengsel een dimensieloze maatstaf voor de concentratie ervan. De bovengenoemde grootheden kunnen worden berekend met behulp van de volgende vergelijkingen:
Waar:
- px ja py zijn de partiële drukken van de componenten x en ja respectievelijk in het mengsel van dampen dat het vloeibare mengsel omringt.
- px * en py * zijn de dampdrukken van de componenten x en J.
- xx ja xy zijn de molfracties van de componenten x en ja in het vloeibare mengsel.
- nx ja nee zijn de hoeveelheid stof van de componenten x en ja in het vloeibare mengsel.
De hierboven genoemde wet van Raoult is geldig voor ideale mengsels (die een model zijn dat door de mens is opgesteld om studies te vereenvoudigen), maar in werkelijkheid lijdt deze wet aan afwijkingen wanneer het mengsel echt is.
Dus als de verschillende deeltjes in het mengsel sterkere intermoleculaire krachten hebben dan de deeltjes in de zuivere vloeistof, dan is de dampdruk van het mengsel lager dan de dampdruk van de zuivere vloeistof, wat een negatieve afwijking van de wet van Raoult oplevert.
Als daarentegen de intermoleculaire krachten tussen de deeltjes in de zuivere vloeistof groter zijn dan die van de deeltjes in het mengsel, zullen de deeltjes in het mengsel gemakkelijker naar de dampfase kunnen ontsnappen, waardoor de dampdruk van het mengsel zal groter zijn, wat een positieve afwijking van de wet van Raoult oplevert
Wanneer je een azeotroop mengsel wilt destilleren (bijvoorbeeld ethanol en water), is het noodzakelijk om een component (benzeen, in dit geval) toe te voegen zodat de azeotroop wordt gemodificeerd en op deze manier de componenten van de mengsel. Een azeotroop is een vloeibaar mengsel met een gedefinieerde samenstelling dat wanneer het kookt, de gegenereerde dampen dezelfde samenstelling hebben als het mengsel (zodat de componenten van het azeotrope mengsel niet kunnen worden gescheiden door eenvoudige of gefractioneerde destillatie).
Azeotropen hebben een gedefinieerde kooktemperatuur, bijvoorbeeld bij een druk van 1 atm, ethanol kookt bij 78,37 ° C en water kookt bij 100 ° C, terwijl ethanol-waterazeotroop kookt bij 78,2 ° C. Azeotropische mengsels hebben, afhankelijk van het geval, negatieve of positieve afwijkingen van de wet van Raoult.
Soorten distillatie
Destillatie kan op verschillende manieren plaatsvinden:
- Eenvoudige distillatie. De meest elementaire bestaat uit het koken van het mengsel totdat de verschillende componenten zijn gescheiden. Het is een effectieve scheidingsmethode wanneer de kookpunten van de componenten van het mengsel sterk verschillen (idealiter zouden ze een verschil van minimaal 25 ° C moeten hebben, anders is de totale zuiverheid van de gedestilleerde stof niet gegarandeerd).
- Gefractioneerde destillatie. Het wordt uitgevoerd door middel van een fractioneringskolom, die is samengesteld uit verschillende platen waarin verdamping en condensatie achtereenvolgens plaatsvinden, waardoor een grotere zuiverheid in de gescheiden componenten wordt gegarandeerd.
- Vacuum destillatie. Door de druk te verlagen totdat een vacuüm wordt gegenereerd, wordt het proces gekatalyseerd om het kookpunt van de componenten te verlagen, aangezien sommige zeer hoge kookpunten hebben die kunnen worden verlaagd wanneer de druk sterk wordt verlaagd en zo het destillatieproces versnellen.
- Azeotropische distillatie. Het is de distillatie die nodig is om een azeotroop te breken, dat wil zeggen een mengsel waarvan de stoffen zich als één geheel gedragen, zelfs het kookpunt delen, zodat ze niet kunnen worden gescheiden door eenvoudige of gefractioneerde destillatie. Om een azeotroop mengsel te scheiden is het nodig om de mengcondities aan te passen, bijvoorbeeld door een scheidingscomponent toe te voegen.
- Stoomdestillatie. De vluchtige en niet-vluchtige componenten van een mengsel worden gescheiden door directe injectie van waterdamp.
- Droge distillatie. Het bestaat uit het verwarmen van vaste materialen zonder de aanwezigheid van oplosmiddelen vloeistoffen, verkrijg gassen en condenseer ze vervolgens in een andere container.
- Verbeterde distillatie. Ook wel alternatieve of reactieve destillatie genoemd, is aangepast aan de specifieke gevallen van mengsels die moeilijk te scheiden zijn of hetzelfde kookpunt hebben.
Voorbeelden van distillatie
- Olie raffinage. De scheiding van de verschillende koolwaterstoffen aanwezig in de Aardolie Het wordt uitgevoerd door gefractioneerde destillatie, waarbij elke verbinding wordt opgeslagen in verschillende lagen of afzonderlijke compartimenten van een destillatiekolom, die is afgeleid van het koken van ruwe olie. Deze gassen stijgen op en condenseren in de bovenste lagen van de kolom, terwijl dichtere stoffen zoals asfalt en paraffine in de onderste lagen achterblijven.
- Katalytisch kraken. Dit is de naam die wordt gegeven aan bepaalde gebruikelijke vacuümdestillaties bij olieverwerking, waarbij vacuümtorens worden gebruikt om de gassen van het ruwe koken te scheiden. Zo wordt het koken van de koolwaterstoffen versneld en de werkwijze. Kraken is een vorm van destructieve destillatie, waarbij grotere koolwaterstoffen (bij hoge temperaturen en met behulp van katalysatoren) worden afgebroken tot kleinere koolwaterstoffen, die een lager kookpunt hebben.
- Ethanol zuivering. Scheiden alcoholen Net als ethanol uit water tijdens de productie in het laboratorium, wordt een azeotropische destillatie gebruikt, waarbij aan het mengsel benzeen of andere componenten worden toegevoegd die de scheiding bevorderen of versnellen, en die vervolgens gemakkelijk kunnen worden verwijderd zonder de chemische samenstelling van de Product.
- Kolen verwerking. Om vloeibare organische brandstoffen te verkrijgen, worden kolen of hout gebruikt door middel van droge destillatieprocedures, waardoor de gassen die vrijkomen in de verbranding.
- Thermolyse van minerale zouten. Door middel van droge destillatie worden verschillende minerale stoffen van hoge industriële bruikbaarheid verkregen uit de emanatie en condensatie van gassen die worden verkregen door verbranding van minerale zouten.
- De alambiek. Dit is de naam die is gegeven aan het apparaat dat in de Arabische oudheid is uitgevonden en dat tot doel heeft parfums, medicijnen en alcohol te maken van gefermenteerd fruit. Bij de werking worden de principes van destillatie gebruikt: stoffen worden verwarmd in een kleine ketel en de geproduceerde gassen worden gekoeld in een spiraal die naar een andere container leidt waar de vloeistof die wordt geproduceerd door de condensatie van genoemde gassen wordt verzameld.
- Parfum productie. Stoomdestillatie wordt gebruikt om parfums te verkrijgen, kokend water samen met geconserveerde bloemen, om een gas met de gewenste geur te produceren en dat, wanneer gecondenseerd, kan worden gebruikt als basisvloeistof in parfums.