Дистилляция

Мы объясним, что такое дистилляция, примеры этого метода разделения и типы дистилляции, которые могут быть использованы
Дистилляция использует испарение и конденсацию для разделения смесей

Что такое дистилляция?

Дистилляция – это метод разделения фаз , который относится к методам разделения смесей. Дистилляция заключается в последовательном и контролируемом использовании двух физических процессов: испарения и конденсации , используя их избирательно для разделения компонентов смеси , которая обычно является однородной, т.е. в которой компоненты невозможно различить невооруженным глазом

Смеси, которые можно разделить на отдельные компоненты с помощью дистилляции, могут содержать две жидкости твердое вещество в жидкости или даже сжиженные газы. Этот метод разделения основан на разнице в точках кипения (свойство, присущее материи , которое представляет собой температуру , при которой давление паров жидкости равно давлению окружающей жидкости) различных веществ. Вещество с самой низкой температурой кипения сначала перейдет в паровую фазу, затем это вещество сконденсируется в другом сосуде и останется относительно чистым

Таким образом, чтобы дистилляция была проведена правильно, мы должны кипятить смесь до достижения температуры кипения одного из составляющих веществ, которое затем превратится в пар и может быть проведено в охлажденный сосуд, где оно конденсируется и снова становится жидкостью

Другое составляющее вещество, с другой стороны, останется в сосуде неизменным; но в обоих случаях мы будем иметь чистые вещества , свободные от первоначальной смеси

Вы можете найти это полезным: Фильтрация

Закон Раульта

Когда мы имеем идеальную смесь жидкостей (смесь, в которой взаимодействия между различными частицами считаются равными взаимодействиям между одинаковыми частицами), закон Раульта выполняется

Этот закон гласит, что парциальное давление пара каждого компонента в газообразной смеси равно давлению пара чистого компонента, умноженному на его мольную долю в жидкой смеси

Общее давление пара является суммой парциальных давлений компонентов смеси в газовой фазе. С другой стороны, мольная доля компонента в смеси является безразмерной мерой его концентрации. Вышеуказанные величины могут быть рассчитаны с помощью следующих уравнений:

Где:

•   px и py – парциальные давления компонентов x и y соответственно в паровой смеси, окружающей жидкую смесь.
• px* и py* – давления паров компонентов x и y.
• xx и xy – мольные доли компонентов x и y в жидкой смеси.
• nx и ny – количество вещества компонентов x и y в жидкой смеси.

Закон Раульта, изложенный выше, действителен для идеальных смесей (которые являются моделью, установленной людьми для упрощения исследований), но в действительности этот закон страдает отклонениями, когда смесь является реальной

Таким образом, если различные частицы в смеси имеют более сильные межмолекулярные силы, чем частицы в чистой жидкости, то давление пара в смеси ниже, чем давление пара в чистой жидкости, что приводит к отрицательному отклонению от закона Раульта

Если, с другой стороны, межмолекулярные силы между частицами в чистой жидкости больше, чем между частицами в смеси , частицы в смеси смогут легче перейти в паровую фазу, поэтому давление пара в смеси будет выше, что приведет к положительному отклонению от закона Раульта

Когда вы хотите перегнать азеотропную смесь (например, этанол и воду), необходимо добавить какой-либо компонент (в данном случае бензол), чтобы азеотроп модифицировался и таким образом можно было разделить компоненты смеси. Азеотроп – это жидкая смесь с определенным составом, при кипячении которой образующиеся пары имеют тот же состав, что и смесь (так что компоненты азеотропной смеси не могут быть разделены простой или дробной дистилляцией)

Азеотропы имеют определенную температуру кипения, например, при давлении 1 атм этанол кипит при 78,37 °C, вода кипит при 100 °C, а азеотроп этанол-вода кипит при 78,2 °C. Азеотропные смеси имеют отрицательные или положительные отклонения от закона Раульта в зависимости от ситуации

Виды дистилляции

Дистилляция может происходить различными способами:

• Простая дистилляция Самый элементарный метод заключается в кипячении смеси до разделения различных компонентов. Это эффективный метод разделения, когда точки кипения компонентов смеси сильно различаются (в идеале они должны иметь разницу не менее 25°C, иначе не гарантируется полная чистота перегоняемого вещества).
  
• Фракционная дистилляция Он осуществляется с помощью фракционирующей колонны, состоящей из различных тарелок, в которых последовательно происходят испарение и конденсация, что гарантирует более высокую чистоту отделяемых компонентов.
  
• Вакуумная дистилляция. Понижая давление до образования вакуума, процесс катализируется для снижения температуры кипения компонентов, так как некоторые из них имеют очень высокую температуру кипения, которая может быть снижена при значительном снижении давления, что ускоряет процесс дистилляции.
• азеотропная дистилляция. Это дистилляция, необходимая для разрушения азеотропа, то есть смеси, вещества которой ведут себя как одно целое, хотя имеют общую точку кипения, и поэтому не могут быть разделены простой или дробной дистилляцией. Для разделения азеотропной смеси необходимо изменить условия ее получения, например, добавить какой-либо разделяющий компонент.
• Летучие и нелетучие компоненты смеси разделяются путем прямого впрыска водяного пара.
• Сухая дистилляция заключается в нагревании твердых материалов без присутствия растворителей жидкостей, получении газов и последующей их конденсации в другом сосуде.
• Расширенная дистилляция, также называемая возвратно-поступательной или реактивной дистилляцией, применяется в особых случаях для трудноразделимых смесей или смесей с одинаковой температурой кипения.

Примеры дистилляции

Для получения жидкого органического топлива из угля используется сухая перегонка.

• Переработка нефти Разделение различных углеводородов , присутствующих в нефти , осуществляется путем дробной дистилляции, при этом каждое соединение, полученное в результате приготовления сырой нефти, хранится в отдельных слоях или отсеках дистилляционной колонны. Эти газы поднимаются и конденсируются в верхних слоях столба, в то время как более плотные вещества, такие как асфальт и парафин, остаются в нижних слоях.
• каталитический крекинг Так называют некоторые виды вакуумной дистилляции, распространенные в нефтепереработке, с использованием вакуумных колонн для отделения варочных газов от сырой нефти. Это ускоряет кипение углеводородов и ускоряет процесс. Крекинг – это тип деструктивной дистилляции, при которой более крупные углеводороды разбиваются (при высоких температурах и с использованием катализаторов) на более мелкие углеводороды, имеющие более низкие температуры кипения.
• Очистка этанола. Для отделения спиртов , таких как этанол, от воды при лабораторной обработке применяется азеотропная дистилляция путем добавления в смесь бензола или других компонентов, которые способствуют или ускоряют разделение и которые могут быть легко удалены без изменения химического состава продукта
• Переработка угля Для получения жидкого органического топлива уголь или древесина используются в процессах сухой перегонки, чтобы газы, выделяющиеся при сгорании , могли быть сконденсированы.
• Термолиз минеральных солей С помощью сухой дистилляции из эманации и конденсации газов, полученных при сжигании минеральных солей, получают различные минеральные вещества, имеющие высокую промышленную ценность.
• Алембик – это название аппарата, изобретенного в арабской древности для производства духов, лекарств и спирта из перебродивших фруктов. Он работает по принципу дистилляции: вещества нагреваются в небольшом котле, а образующиеся газы охлаждаются в змеевике, который ведет в другой сосуд, где собирается жидкость, образующаяся в результате конденсации этих газов.
• Производство парфюмерии Паровая дистилляция используется в производстве духов путем кипячения воды вместе с консервированными цветами для получения газа с желаемым запахом, который после конденсации может быть использован в качестве базовой жидкости в парфюмерии.