Εξηγούμε τι είναι η απόσταξη, παραδείγματα αυτής της μεθόδου διαχωρισμού και τους τύπους απόσταξης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Τι είναι η απόσταξη;
Η απόσταξη ονομάζεται μέθοδος διαχωρισμού φάσεων, η οποία είναι μεταξύ των μέθοδοι διαχωρισμού των μειγμάτων. Η απόσταξη συνίσταται στη διαδοχική και ελεγχόμενη χρήση δύο φυσικών διεργασιών: της εξάτμιση και το συμπύκνωση, χρησιμοποιώντας τα επιλεκτικά για να διαχωρίσει τα συστατικά του α μίγμα συνήθως ομοιογενούς τύπου, δηλαδή στον οποίο τα συστατικά του δεν διακρίνονται με γυμνό μάτι.
Τα μείγματα που μπορούν να διαχωριστούν στα επιμέρους συστατικά τους με απόσταξη μπορούν να περιέχουν δύο υγρά, ένα στερεός σε υγρό ή ακόμη αέρια smoothies. Αυτή η μέθοδος διαχωρισμού βασίζεται στη διαφορά στα σημεία βρασμού (μια εγγενής ιδιότητα του ύλη, τι είναι το θερμοκρασία στο οποίο το Πίεση ατμός ενός υγρού ισούται με την πίεση που περιβάλλει το υγρό) διαφορετικών ουσιών. Η ουσία με το χαμηλότερο Σημείο βρασμού έχουν, τότε αυτή η ουσία θα συμπυκνωθεί σε άλλο δοχείο και θα είναι σχετικά καθαρή.
Με αυτόν τον τρόπο, για να γίνει σωστά η απόσταξη, πρέπει να βράσουμε το μείγμα μέχρι να φτάσει στο σημείο βρασμού ενός από τα ουσίες συστατικά, τα οποία στη συνέχεια θα γίνουν ατμοί και μπορούν να οδηγηθούν σε ένα ψυχρό δοχείο, όπου συμπυκνώνεται και γίνεται ξανά υγρό.
Η άλλη συστατική ουσία, από την άλλη πλευρά, θα παραμείνει στο δοχείο χωρίς αλλοιώσεις. αλλά και στις δύο περιπτώσεις θα έχουμε καθαρές ουσίες, απαλλαγμένο από το αρχικό μείγμα.
Ο νόμος του Ραούλ
Όταν έχουμε ένα ιδανικό μείγμα υγρών (ένα μείγμα στο οποίο οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματίδια διαφορετικά θεωρούνται ίσα με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ίσων σωματιδίων) πληρούται ο νόμος του Raoult.
Αυτός ο νόμος ορίζει ότι η μερική τάση ατμών κάθε συστατικού στο μείγμα αερίων είναι ίση με την τάση ατμών του καθαρού συστατικού πολλαπλασιαζόμενη με το μοριακό του κλάσμα στο υγρό μείγμα.
Η ολική τάση ατμών είναι, λοιπόν, το άθροισμα των μερικών πιέσεων των συστατικών του μείγματος στην αέρια φάση. Από την άλλη πλευρά, το μοριακό κλάσμα ενός συστατικού σε ένα μείγμα είναι ένα αδιάστατο μέτρο της συγκέντρωσής του. Τα μεγέθη που αναφέρονται παραπάνω μπορούν να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας τις ακόλουθες εξισώσεις:
Που:
- px Υ py είναι οι μερικές πιέσεις των εξαρτημάτων Χ και Υ αντίστοιχα στο μείγμα των ατμών που περιβάλλουν το υγρό μείγμα.
- px * και py * είναι οι πιέσεις ατμών των συστατικών Χ και Υ.
- xx Υ xy είναι τα μοριακά κλάσματα των συστατικών Χ και Υ στο υγρό μείγμα.
- nx Υ ny είναι η ποσότητα της ουσίας των συστατικών Χ και Υ στο υγρό μείγμα.
Ο νόμος του Raoult που αναφέρθηκε παραπάνω ισχύει για ιδανικά μείγματα (τα οποία είναι ένα μοντέλο που καθιερώθηκε από τον άνθρωπο για να απλοποιήσει τις μελέτες), αλλά στην πραγματικότητα αυτός ο νόμος υφίσταται αποκλίσεις όταν το μείγμα είναι πραγματικό.
Έτσι, εάν τα διαφορετικά σωματίδια στο μείγμα έχουν ισχυρότερες διαμοριακές δυνάμεις από τα σωματίδια στο καθαρό υγρό, τότε η τάση ατμών του μείγματος είναι μικρότερη από την τάση ατμών του καθαρού υγρού, γεγονός που παράγει αρνητική απόκλιση από τον νόμο του Raoult.
Εάν, από την άλλη πλευρά, οι διαμοριακές δυνάμεις μεταξύ των σωματιδίων στο καθαρό υγρό είναι μεγαλύτερες από εκείνες των σωματιδίων στο μείγμα, τα σωματίδια του μείγματος θα μπορούν να διαφύγουν στη φάση ατμού πιο εύκολα, έτσι ώστε η τάση ατμών του μείγματος θα είναι μεγαλύτερο, παράγοντας θετική απόκλιση από το νόμο του Raoult
Όταν θέλετε να αποστάξετε ένα αζεοτροπικό μείγμα (για παράδειγμα, αιθανόλη και νερό), είναι απαραίτητο να προσθέσετε κάποιο συστατικό (βενζόλιο, σε αυτήν την περίπτωση) έτσι ώστε το αζεότροπο να τροποποιηθεί και με αυτόν τον τρόπο να μπορέσετε να διαχωρίσετε τα συστατικά του μίγμα. Ένα αζεότροπο είναι ένα υγρό μείγμα με καθορισμένη σύνθεση που όταν βράζει, οι ατμοί που παράγονται έχουν την ίδια σύνθεση με το μείγμα (άρα τα συστατικά του αζεοτροπικού μείγματος δεν μπορούν να διαχωριστούν με απλή ή κλασματική απόσταξη).
Τα αζεότροπα έχουν καθορισμένη θερμοκρασία βρασμού, για παράδειγμα, σε πίεση 1 atm, η αιθανόλη βράζει στους 78,37 ° C και το νερό βράζει στους 100 ° C, ενώ το αζεότροπο αιθανόλης-νερού βράζει στους 78,2 ° C. Τα αζεοτροπικά μείγματα έχουν αρνητικές ή θετικές αποκλίσεις από το νόμο του Raoult ανάλογα με την περίπτωση.
Τύποι απόσταξης
Η απόσταξη μπορεί να γίνει με διάφορους τρόπους:
- Απλή απόσταξη. Το πιο στοιχειώδες συνίσταται στο βράσιμο του μείγματος μέχρι να διαχωριστούν τα διάφορα συστατικά. Είναι μια αποτελεσματική μέθοδος διαχωρισμού όταν τα σημεία βρασμού των συστατικών του μείγματος διαφέρουν πολύ, (ιδανικά θα πρέπει να έχουν διαφορά τουλάχιστον 25 ° C, διαφορετικά δεν εγγυάται τη συνολική καθαρότητα της αποσταγμένης ουσίας).
- Κλασματική απόσταξη. Πραγματοποιείται μέσω μιας στήλης κλασματοποίησης, η οποία αποτελείται από διαφορετικές πλάκες στις οποίες η εξάτμιση και η συμπύκνωση λαμβάνουν χώρα διαδοχικά, εξασφαλίζοντας μεγαλύτερη καθαρότητα στα διαχωρισμένα εξαρτήματα.
- Απόσταξη υπό κενό. Μειώνοντας την πίεση μέχρι να δημιουργηθεί κενό, η διαδικασία καταλύεται για να μειωθεί το σημείο βρασμού των συστατικών, καθώς ορισμένα έχουν πολύ υψηλά σημεία βρασμού που μπορούν να μειωθούν όταν η πίεση μειωθεί πολύ και έτσι να επιταχυνθεί η διαδικασία απόσταξης.
- Αζεοτροπική απόσταξη. Η απόσταξη είναι απαραίτητη για να σπάσει ένα αζεότροπο, δηλαδή ένα μείγμα του οποίου οι ουσίες συμπεριφέρονται ως ένα, μοιράζοντας ακόμη και το σημείο βρασμού, έτσι ώστε να μην μπορούν να διαχωριστούν με απλή ή κλασματική απόσταξη. Για να διαχωριστεί ένα αζεοτροπικό μείγμα είναι απαραίτητο να τροποποιηθούν οι συνθήκες ανάμειξης, για παράδειγμα με την προσθήκη κάποιου διαχωριστικού συστατικού.
- Απόσταξη ατμού. Τα πτητικά και τα μη πτητικά συστατικά ενός μείγματος διαχωρίζονται με άμεση έγχυση υδρατμών.
- Ξηρή απόσταξη. Αποτελείται από θέρμανση στερεών υλικών χωρίς την παρουσία διαλύτες υγρά, λάβετε αέρια και στη συνέχεια συμπυκνώστε τα σε άλλο δοχείο.
- Βελτιωμένη απόσταξη. Ονομάζεται και εναλλακτική ή αντιδραστική απόσταξη, προσαρμόζεται στις συγκεκριμένες περιπτώσεις μιγμάτων που είναι δύσκολο να διαχωριστούν ή που έχουν το ίδιο σημείο βρασμού.
Παραδείγματα απόσταξης
- Διύλιση πετρελαίου. Ο διαχωρισμός των διαφόρων υδρογονάνθρακες παρόντες στο Πετρέλαιο Πραγματοποιείται με κλασματική απόσταξη, αποθήκευση σε διαφορετικά στρώματα ή χωριστά διαμερίσματα μιας αποστακτικής στήλης κάθε ένωσης που προέρχεται από το μαγείρεμα του αργού ελαίου. Αυτά τα αέρια ανεβαίνουν και συμπυκνώνονται στα ανώτερα στρώματα της στήλης, ενώ πυκνότερες ουσίες όπως η άσφαλτος και η παραφίνη παραμένουν στα κατώτερα στρώματα.
- Καταλυτική πυρόλυση. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται σε ορισμένες συνήθεις αποστάξεις κενού στην επεξεργασία λαδιού, χρησιμοποιώντας πύργους κενού για τον διαχωρισμό των αερίων από το ακατέργαστο μαγείρεμα. Έτσι ο βρασμός των υδρογονανθράκων επιταχύνεται και η επεξεργάζομαι, διαδικασία. Η πυρόλυση είναι ένας τύπος καταστροφικής απόσταξης, κατά την οποία μεγαλύτεροι υδρογονάνθρακες διασπώνται (σε υψηλές θερμοκρασίες και χρησιμοποιώντας καταλύτες) σε μικρότερους υδρογονάνθρακες, οι οποίοι έχουν χαμηλότερα σημεία βρασμού.
- Καθαρισμός με αιθανόλη. Να διαχωριστούν αλκοόλες Όπως η αιθανόλη από το νερό κατά την παραγωγή της στο εργαστήριο, χρησιμοποιείται αζεοτροπική απόσταξη, προσθέτοντας στο μείγμα βενζόλιο ή άλλα συστατικά που προάγουν ή επιταχύνουν τον διαχωρισμό και τα οποία μπορούν στη συνέχεια να αφαιρεθούν εύκολα χωρίς να αλλοιωθεί η χημική σύνθεση του προϊόν.
- Επεξεργασία άνθρακα. Για την παραγωγή υγρών οργανικών καυσίμων, χρησιμοποιείται άνθρακας ή ξύλο με διαδικασίες ξηρής απόσταξης, επομένως τα αέρια που εκπέμπονται στο καύση.
- Θερμόλυση ορυκτών αλάτων. Με ξηρή απόσταξη, λαμβάνονται διάφορες ορυκτές ουσίες υψηλής βιομηχανικής χρησιμότητας, από την έκλυση και τη συμπύκνωση αερίων που λαμβάνονται με την καύση ορυκτών αλάτων.
- Το αλέμβιο. Αυτό είναι το όνομα που δόθηκε στη συσκευή που εφευρέθηκε στην αραβική αρχαιότητα, σκοπός της οποίας είναι να παράγει αρώματα, φάρμακα και αλκοόλ από φρούτα που έχουν υποστεί ζύμωση. Στη λειτουργία του χρησιμοποιούνται οι αρχές της απόσταξης: οι ουσίες θερμαίνονται σε ένα μικρό λέβητα και τα παραγόμενα αέρια ψύχονται σε ένα πηνίο που οδηγεί σε άλλο δοχείο όπου συλλέγεται το υγρό που παράγεται από τη συμπύκνωση των εν λόγω αερίων.
- Παραγωγή αρωμάτων. Η απόσταξη με ατμό χρησιμοποιείται για τη λήψη αρωμάτων, βραστό νερό μαζί με διατηρημένα λουλούδια, για την παραγωγή ενός αερίου με την επιθυμητή οσμή και το οποίο, όταν συμπυκνωθεί, μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως υγρό βάσης στα αρώματα.