Wir erklären, was Destillation ist, Beispiele für diese Trennmethode und die möglichen Destillationsarten.
Was ist Destillation?
Destillation wird ein Verfahren der Phasentrennung genannt, das zu den Methoden zur Trennung von Gemischen. Die Destillation besteht aus der aufeinanderfolgenden und kontrollierten Anwendung zweier physikalischer Prozesse: dem Verdampfung und das Kondensation, um sie selektiv zu verwenden, um die Komponenten von a . zu trennen Mischung in der Regel von homogener Art, d. h., ihre Bestandteile sind mit bloßem Auge nicht zu unterscheiden.
Gemische, die durch Destillation in ihre Einzelkomponenten aufgetrennt werden können, können zwei Flüssigkeiten, ein fest in einer Flüssigkeit oder sogar Gase Smoothies. Diese Trennmethode basiert auf dem Unterschied der Siedepunkte (eine inhärente Eigenschaft des Angelegenheit, was ist der Temperatur zu denen die Druck Dampf einer Flüssigkeit gleich dem Druck, der die Flüssigkeit umgibt) verschiedener Stoffe. Der Stoff mit dem niedrigsten Siedepunkt haben, dann kondensiert diese Substanz in einem anderen Behälter und ist relativ rein.
Damit die Destillation richtig durchgeführt werden kann, müssen wir die Mischung auf diese Weise kochen, bis sie den Siedepunkt eines der Substanzen Bestandteile, die dann zu Dampf werden und in einen gekühlten Behälter geleitet werden können, wo sie kondensieren und wieder flüssig werden.
Der andere Inhaltsstoff hingegen verbleibt unverändert im Behälter; aber in beiden Fällen werden wir haben reine Stoffe, frei von der Ausgangsmischung.
Raoults Gesetz
Wenn wir eine ideale Mischung von Flüssigkeiten haben (eine Mischung, in der die Wechselwirkungen zwischen den Partikel verschiedene werden als gleich den Wechselwirkungen zwischen gleichen Teilchen betrachtet) ist das Gesetz von Raoult erfüllt.
Dieses Gesetz besagt, dass der Partialdampfdruck jeder Komponente in der Gasmischung gleich dem Dampfdruck der reinen Komponente multipliziert mit ihrem Molenbruch in der flüssigen Mischung ist.
Der Gesamtdampfdruck ist dann die Summe der Partialdrücke der Gemischkomponenten in der Gasphase. Andererseits ist der Molenbruch einer Komponente in einer Mischung ein dimensionsloses Maß für ihre Konzentration. Die oben genannten Größen können mit den folgenden Gleichungen berechnet werden:
Wo:
- px Ja py sind die Partialdrücke der Komponenten x und Ja jeweils in dem das Flüssigkeitsgemisch umgebenden Dampfgemisch.
- px * und py * sind die Dampfdrücke der Komponenten x und Y.
- xx Ja xy sind die Stoffmengenanteile der Komponenten x und Ja in der flüssigen Mischung.
- nx Ja ny sind die Stoffmengen der Komponenten x und Ja in der flüssigen Mischung.
Das oben aufgestellte Raoult-Gesetz gilt für ideale Mischungen (die ein vom Menschen erstelltes Modell sind, um Studien zu vereinfachen), aber in Wirklichkeit erleidet dieses Gesetz Abweichungen, wenn die Mischung real ist.
Wenn also die verschiedenen Partikel in der Mischung stärkere intermolekulare Kräfte aufweisen als die Partikel in der reinen Flüssigkeit, dann ist der Dampfdruck der Mischung geringer als der Dampfdruck der reinen Flüssigkeit, was eine negative Abweichung vom Gesetz von Raoult erzeugt.
Sind dagegen die intermolekularen Kräfte zwischen den Partikeln in der reinen Flüssigkeit größer als die der Partikel in der Mischung, können die Partikel in der Mischung leichter in die Dampfphase entweichen, so dass der Dampfdruck der Mischung wird größer sein, was eine positive Abweichung vom Raoult-Gesetz ergibt
Wenn Sie ein azeotropes Gemisch (z. B. Ethanol und Wasser) destillieren möchten, ist es erforderlich, eine Komponente (in diesem Fall Benzol) zuzugeben, damit das Azeotrop modifiziert wird und auf diese Weise die Komponenten des Mischung. Ein Azeotrop ist ein flüssiges Gemisch mit einer definierten Zusammensetzung, bei dem die erzeugten Dämpfe beim Sieden die gleiche Zusammensetzung wie das Gemisch haben (also die Bestandteile des azeotropen Gemischs nicht durch einfache oder fraktionierte Destillation getrennt werden können).
Azeotrope haben eine definierte Siedetemperatur, beispielsweise bei einem Druck von 1 atm, Ethanol siedet bei 78,37 °C und Wasser siedet bei 100 °C, während Ethanol-Wasser-Azeotrop bei 78,2 °C siedet. Azeotrope Mischungen weisen je nach Fall negative oder positive Abweichungen vom Raoult'schen Gesetz auf.
Arten der Destillation
Die Destillation kann auf unterschiedliche Weise erfolgen:
- Einfache Destillation. Die elementarste besteht darin, die Mischung zu kochen, bis die verschiedenen Komponenten getrennt sind. Es ist ein wirksames Trennverfahren, wenn die Siedepunkte der Komponenten des Gemisches stark voneinander abweichen (idealerweise sollten sie einen Unterschied von mindestens 25 °C aufweisen, sonst ist die vollständige Reinheit des destillierten Stoffes nicht gewährleistet).
- Fraktionierte Destillation. Sie erfolgt mittels einer Fraktionierungskolonne, die aus verschiedenen Böden besteht, in denen nacheinander Verdampfung und Kondensation erfolgen, wodurch eine höhere Reinheit der getrennten Komponenten gewährleistet wird.
- Vakuumdestillation. Durch das Absenken des Drucks bis zur Erzeugung eines Vakuums wird der Prozess katalysiert, um den Siedepunkt der Komponenten zu senken, da einige sehr hohe Siedepunkte aufweisen, die bei starker Druckreduzierung abgesenkt werden können und so den Destillationsprozess beschleunigen.
- Azeotrope Destillation. Es ist die Destillation, die notwendig ist, um ein Azeotrop zu brechen, dh ein Gemisch, dessen Substanzen sich wie ein Ganzes verhalten, sogar den Siedepunkt teilen, so dass sie nicht durch einfache oder fraktionierte Destillation getrennt werden können. Um ein azeotropes Gemisch zu trennen, müssen die Mischbedingungen geändert werden, beispielsweise durch Zugabe einer Trennkomponente.
- Wasserdampfdestillation. Die flüchtigen und nichtflüchtigen Bestandteile eines Gemisches werden durch Direkteinspritzung von Wasserdampf getrennt.
- Trockendestillation. Es besteht darin, feste Materialien ohne Anwesenheit von zu erhitzen Lösungsmittel Flüssigkeiten, gewinnen Gase und kondensieren diese dann in einem anderen Behälter.
- Verbesserte Destillation. Sie wird auch als Wechsel- oder Reaktivdestillation bezeichnet und ist an die speziellen Fälle von Gemischen angepasst, die schwer zu trennen sind oder den gleichen Siedepunkt haben.
Beispiele für Destillation
- Öl-Raffination. Die Trennung der verschiedenen Kohlenwasserstoffe vorhanden in der Petroleum Es wird durch fraktionierte Destillation durchgeführt, wobei in verschiedenen Schichten oder separaten Abteilen einer Destillationskolonne jede Verbindung gespeichert wird, die aus dem Kochen von Rohöl stammt. Diese Gase steigen auf und kondensieren in den oberen Schichten der Kolonne, während dichtere Stoffe wie Asphalt und Paraffin in den unteren Schichten verbleiben.
- Katalytische Zersetzung. Dies ist die Bezeichnung für bestimmte übliche Vakuumdestillationen in der Ölverarbeitung, bei denen Vakuumtürme verwendet werden, um die Gase aus dem Rohkochprodukt zu trennen. Dadurch wird das Sieden der Kohlenwasserstoffe beschleunigt und die Prozess. Cracken ist eine Art der destruktiven Destillation, bei der größere Kohlenwasserstoffe (bei hohen Temperaturen und unter Verwendung von Katalysatoren) in kleinere Kohlenwasserstoffe mit niedrigeren Siedepunkten zerlegt werden.
- Ethanol-Reinigung. Zu trennen Alkohole Wie Ethanol aus Wasser bei seiner Herstellung im Labor wird eine azeotrope Destillation verwendet, bei der dem Gemisch Benzol oder andere Komponenten zugesetzt werden, die die Trennung fördern oder beschleunigen und die dann leicht entfernt werden können, ohne die chemische Zusammensetzung des Produkt.
- Kohleverarbeitung. Zur Gewinnung flüssiger organischer Brennstoffe werden Kohle oder Holz mittels Trockendestillationsverfahren verwendet, so dass die in der Verbrennung.
- Thermolyse von Mineralsalzen. Durch Trockendestillation werden aus der Emanation und Kondensation von Gasen, die durch Verbrennen von Mineralsalzen gewonnen werden, verschiedene mineralische Stoffe von hohem industriellem Nutzen gewonnen.
- Der Destillierkolben. So heißt das in der arabischen Antike erfundene Gerät, das aus fermentierten Früchten Parfüms, Medikamente und Alkohol herstellen soll. Bei seinem Betrieb werden die Prinzipien der Destillation verwendet: Stoffe werden in einem kleinen Kessel erhitzt und die erzeugten Gase werden in einer Rohrschlange abgekühlt, die zu einem anderen Behälter führt, in dem die durch die Kondensation dieser Gase erzeugte Flüssigkeit gesammelt wird.
- Parfümherstellung. Wasserdampfdestillation wird verwendet, um Parfüms zu gewinnen, wobei Wasser zusammen mit konservierten Blumen gekocht wird, um ein Gas mit dem gewünschten Geruch zu erzeugen, das dann, wenn es kondensiert wird, als Basisflüssigkeit in Parfüms verwendet werden kann.