Ми пояснюємо, що таке дистиляція, приклади цього методу поділу та типи перегонки, які можна використовувати.
Що таке дистиляція?
Дистиляцією називають метод фазового поділу, який відноситься до числа методи поділу сумішей. Перегонка складається з послідовного та контрольованого використання двох фізичних процесів: випаровування і конденсація, використовуючи їх вибірково для розділення компонентів a суміш зазвичай однорідного типу, тобто в якому його компоненти неможливо розрізнити неозброєним оком.
Суміші, які можна розділити на окремі компоненти за допомогою дистиляції, можуть містити два рідини, а твердий в рідині або навіть газів смузі. Цей метод поділу заснований на різниці в температурах кипіння (невід’ємна властивість матерія, що за температура до якого Тиск пара рідини дорівнює тиску, що оточує рідину) різних речовин. Речовина з найнижч Точка кипіння мати, то ця речовина конденсується в іншій ємності, і вона буде відносно чистою.
Таким чином, щоб перегонка була проведена правильно, ми повинні кип’ятити суміш, поки вона не досягне точки кипіння одного з речовин компонентів, які потім стануть парою і можуть бути перенесені в охолоджений контейнер, де конденсуються і знову стають рідкими.
Інша складова речовина, з іншого боку, залишиться в контейнері без змін; але в обох випадках будемо мати чисті речовини, вільний від початкової суміші.
Закон Рауля
Коли ми маємо ідеальну суміш рідин (суміш, в якій взаємодія між частинок різні вважаються рівними взаємодії між рівними частинками) виконується закон Рауля.
Цей закон стверджує, що парціальний тиск пари кожного компонента в газовій суміші дорівнює тиску пари чистого компонента, помноженому на його мольну частку в рідкій суміші.
Загальний тиск пари, таким чином, є сумою парціальних тисків компонентів суміші в газовій фазі. З іншого боку, мольна частка компонента в суміші є безрозмірною мірою його концентрації. Згадані вище величини можна обчислити за допомогою таких рівнянь:
де:
- пікс Ю py – парціальні тиски компонентів x і Ю відповідно в суміші парів, що оточують рідку суміш.
- px * і py * - тиск пари компонентів x і Ю.
- хх Ю xy – молярні частки компонентів x і Ю в рідкій суміші.
- nx Ю ny – це кількість речовини компонентів x і Ю в рідкій суміші.
Закон Рауля, піднятий вище, справедливий для ідеальних сумішей (які є моделлю, створеною людиною для спрощення досліджень), але насправді цей закон зазнає відхилень, коли суміш реальна.
Таким чином, якщо різні частинки в суміші мають сильніші міжмолекулярні сили, ніж частинки в чистій рідині, тоді тиск пари суміші менше тиску пари чистої рідини, що призводить до негативного відхилення від закону Рауля.
Якщо, з іншого боку, міжмолекулярні сили між частинками в чистій рідині більші, ніж між частинками в суміші, частинки в суміші зможуть легше вийти в парову фазу, так що тиск пари суміші буде більше, що призведе до позитивного відхилення від закону Рауля
Коли ви хочете перегнати азеотропну суміш (наприклад, етанол і воду), необхідно додати деякий компонент (у даному випадку бензол), щоб азеотроп був модифікований і таким чином можна було розділити компоненти суміш. Азеотроп — це рідка суміш із певним складом, що при кипінні пари, що утворюються, мають той самий склад суміші (тому компоненти азеотропної суміші не можуть бути розділені простою або фракційною перегонкою).
Азеотропи мають певну температуру кипіння, наприклад, при тиску 1 атм, етанол кипить при 78,37 °С і вода кипить при 100 °С, а етанол-водний азеотроп кипить при 78,2 °С. Азеотропні суміші мають негативні або позитивні відхилення від закону Рауля залежно від обставин.
Види перегонки
Перегонка може відбуватися різними способами:
- Проста дистиляція. Найпростіший полягає у кип’ятінні суміші до тих пір, поки різні компоненти не розділяються. Це ефективний метод поділу, коли температури кипіння компонентів суміші сильно відрізняються (в ідеалі вони повинні мати різницю не менше 25 ° C, інакше це не гарантує повної чистоти дистильованої речовини).
- Фракційна перегонка. Це здійснюється за допомогою колони фракціонування, яка складається з різних пластин, в яких випаровування та конденсація відбуваються послідовно, гарантуючи більшу чистоту розділених компонентів.
- Вакуумна дистиляція. Знижуючи тиск до утворення вакууму, процес каталізується для зниження температури кипіння компонентів, оскільки деякі з них мають дуже високі температури кипіння, які можна знизити при значному зниженні тиску і таким чином прискорити процес перегонки.
- Азеотропна перегонка. Це перегонка, необхідна для руйнування азеотропа, тобто суміші, речовини якої поводяться як одне ціле, навіть поділяючи температуру кипіння, тому їх не можна розділити простою або фракційною перегонкою. Для розділення азеотропної суміші необхідно змінити умови змішування, наприклад, додавши деякий розділювальний компонент.
- Парова дистиляція. Леткі та нелеткі компоненти суміші розділяються прямим впорскуванням водяної пари.
- Суха дистиляція. Полягає в нагріванні твердих матеріалів без присутності розчинники рідини, отримують гази, а потім конденсують їх в іншій ємності.
- Покращена дистиляція. Також називається альтернативною або реактивною дистиляцією, вона адаптована до конкретних випадків сумішей, які важко розділити або мають однакову температуру кипіння.
Приклади перегонки
- Переробка нафти. Розділення різного вуглеводні присутні в Нафта Його здійснюють шляхом фракційної перегонки, зберігаючи в різних шарах або окремих відділеннях ректифікаційної колони кожну сполуку, отриману при варінні сирої нафти. Ці гази піднімаються і конденсуються у верхніх шарах колони, тоді як більш щільні речовини, такі як асфальт і парафін, залишаються в нижніх шарах.
- Каталітичний крекінг. Так називають деякі звичайні вакуумні перегонки при переробці нафти, які використовують вакуумні башти для відділення газів від сирої сировини. Таким чином кипіння вуглеводнів прискорюється і процес. Крекінг — це тип деструктивної дистиляції, при якій більші вуглеводні розщеплюються (при високих температурах і за допомогою каталізаторів) на більш дрібні вуглеводні, що мають нижчу температуру кипіння.
- Очищення етанолом. Розділяти спирти Як і етанол з води під час його виробництва в лабораторії, використовується азеотропна перегонка, додаючи до суміші бензол або інші компоненти, які сприяють або прискорюють поділ, і які потім можна легко видалити, не змінюючи хімічного складу. продукт.
- Переробка вугілля. Для отримання рідкого органічного палива методом сухої перегонки використовується вугілля або деревина, таким чином гази, що виділяються в горіння.
- Термоліз мінеральних солей. За допомогою сухої перегонки отримують різноманітні мінеральні речовини високої промислової корисності з виділення та конденсації газів, отриманих при спалюванні мінеральних солей.
- Алембік. Так називали пристрій, винайдений в арабській давнині, метою якого є виробництво парфумів, ліків і алкоголю з ферментованих фруктів. При його роботі використовуються принципи перегонки: речовини нагріваються в невеликому котлі, а утворені гази охолоджуються в змійовику, який веде в інший контейнер, де збирається рідина, що утворюється в результаті конденсації цих газів.
- Виробництво парфумів. Перегонка з парою використовується для отримання парфумів, кип’ятіння води разом із консервованими квітами, для отримання газу з потрібним запахом, який після конденсації може бути використаний як базова рідина в парфумах.