Damıtmanın ne olduğunu, bu ayırma yönteminin örneklerini ve kullanılabilecek damıtma türlerini açıklıyoruz.
Damıtma nedir?
Damıtma, aşağıdakiler arasında yer alan bir faz ayırma yöntemi olarak adlandırılır. karışımları ayırma yöntemleri. Damıtma, iki fiziksel işlemin ardışık ve kontrollü kullanımından oluşur: buharlaşma ve yoğunlaşmabileşenlerini ayırmak için bunları seçici olarak kullanarak karışım genellikle homojen tiptedir, yani bileşenleri çıplak gözle ayırt edilemez.
Damıtma kullanılarak kendi bileşenlerine ayrılabilen karışımlar iki tane içerebilir. sıvılar, a sağlam bir sıvı veya hatta gazlar smoothie'ler. Bu ayırma yöntemi, kaynama noktalarındaki farka dayanır (bunun doğal bir özelliğidir). konu, nedir hava sıcaklığı hangi Baskı yapmak Bir sıvının buharı, farklı maddelerin sıvıyı çevreleyen basıncına eşittir). En düşük olan madde Kaynama noktası varsa, bu madde başka bir kapta yoğunlaşacak ve nispeten saf olacaktır.
Bu şekilde distilasyonun doğru bir şekilde yapılabilmesi için karışımı kaynama noktasına gelene kadar kaynatmalıyız. maddeler daha sonra buharlaşacak ve soğutulmuş bir kaba iletilebilecek bileşenler, burada yoğunlaşır ve tekrar sıvı hale gelir.
Diğer bileşen madde ise, değişmeden kapta kalacaktır; ama her iki durumda da sahip olacağız saf maddeler, ilk karışımdan arındırılmış.
Raoult Yasası
İdeal bir sıvı karışımımız olduğunda (arasındaki etkileşimlerin olduğu bir karışım) parçacıklar farklı eşit parçacıklar arasındaki etkileşimlere eşit kabul edilir) Raoult Yasası yerine getirilir.
Bu yasa, gaz karışımındaki her bileşenin kısmi buhar basıncının, sıvı karışımdaki mol fraksiyonu ile çarpılan saf bileşenin buhar basıncına eşit olduğunu belirtir.
Toplam buhar basıncı, bu durumda, gaz fazındaki karışımın bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamıdır. Öte yandan, bir karışımdaki bir bileşenin mol kesri, konsantrasyonunun boyutsuz bir ölçüsüdür. Yukarıda belirtilen büyüklükler aşağıdaki denklemler kullanılarak hesaplanabilir:
Neresi:
- piksel Y p bileşenlerin kısmi basınçlarıdır x ve Y sırasıyla sıvı karışımı çevreleyen buhar karışımında.
- px * ve py * bileşenlerin buhar basınçlarıdır x ve Y.
- xx Y xy bileşenlerin mol kesirleridir x ve Y sıvı karışımda.
- nx Y ny bileşenlerin madde miktarıdır x ve Y sıvı karışımda.
Yukarıda bahsedilen Raoult Yasası ideal karışımlar için geçerlidir (insan tarafından çalışmaları basitleştirmek için oluşturulmuş bir modeldir), ancak gerçekte bu yasa, karışım gerçek olduğunda sapmalara maruz kalır.
Bu nedenle, karışımdaki farklı parçacıklar, saf sıvıdaki parçacıklardan daha güçlü moleküller arası kuvvetlere sahipse, karışımın buhar basıncı, Raoult Yasasından negatif bir sapma oluşturan saf sıvının buhar basıncından daha düşüktür.
Öte yandan, saf sıvıdaki tanecikler arasındaki moleküller arası kuvvetler karışımdaki taneciklerinkinden daha büyükse, karışımdaki tanecikler daha kolay buhar fazına kaçabilecek ve böylece buhar basıncı karışımın miktarı daha büyük olacak ve Raoult yasasından pozitif bir sapma üretecektir.
Bir azeotropik karışımı (örneğin, etanol ve su) damıtmak istediğinizde, azeotropun modifiye edilmesi ve bu şekilde bileşenlerini ayırabilmek için bir miktar bileşen (bu durumda benzen) eklemek gerekir. karışım. Bir azeotrop, kaynadığında oluşan buharların karışımın aynı bileşimine sahip olduğu tanımlanmış bir bileşime sahip sıvı bir karışımdır (böylece azeotropik karışımın bileşenleri basit veya fraksiyonel damıtma ile ayrılamaz).
Azeotropların tanımlanmış bir kaynama sıcaklığı vardır, örneğin 1 atm basınçta etanol 78.37 ° C'de kaynar ve su 100 ° C'de kaynarken, etanol-su azeotropu 78,2 ° C'de kaynar. Azeotropik karışımlar duruma göre Raoult Yasasından negatif veya pozitif sapmalara sahiptir.
damıtma türleri
Damıtma farklı şekillerde gerçekleşebilir:
- Basit damıtma. En basit olanı, farklı bileşenler ayrılana kadar karışımı kaynatmaktan ibarettir. Karışımın bileşenlerinin kaynama noktaları büyük ölçüde farklılık gösterdiğinde etkili bir ayırma yöntemidir (ideal olarak aralarında en az 25 °C fark olmalıdır, aksi takdirde damıtılmış maddenin toplam saflığını garanti etmez).
- Kademeli damıtma. Buharlaşma ve yoğuşmanın art arda gerçekleştiği farklı plakalardan oluşan bir fraksiyonasyon kolonu vasıtasıyla gerçekleştirilir ve ayrılan bileşenlerde daha fazla saflığı garanti eder.
- Vakumla damıtma. Bir vakum oluşturulana kadar basıncı azaltarak, işlem, bileşenlerin kaynama noktasını düşürmek için katalize edilir, çünkü bazılarının çok yüksek kaynama noktaları vardır ve bunlar basınç büyük ölçüde düşürüldüğünde düşürülebilir ve böylece damıtma sürecini hızlandırır.
- Azeotropik damıtma. Bir azeotropu, yani maddeleri bir gibi davranan, hatta kaynama noktasını paylaşan, bu nedenle basit veya fraksiyonel damıtma ile ayrılamayan bir karışımı kırmak için gerekli damıtmadır. Bir azeotropik karışımı ayırmak için, örneğin bir miktar ayırıcı bileşen ekleyerek karıştırma koşullarını değiştirmek gerekir.
- Buhar damıtma. Bir karışımın uçucu ve uçucu olmayan bileşenleri, doğrudan su buharı enjeksiyonu ile ayrılır.
- Kuru damıtma. Olmadan katı malzemelerin ısıtılmasından oluşur. çözücüler sıvılar, gazlar elde edin ve daha sonra bunları başka bir kapta yoğunlaştırın.
- Geliştirilmiş damıtma. Alternatif veya reaktif damıtma olarak da adlandırılan bu yöntem, ayrılması zor veya aynı kaynama noktasına sahip karışımların belirli durumlarına uyarlanır.
damıtma örnekleri
- Petrol arıtma. Çeşitlilerin ayrılması hidrokarbonlar içinde mevcut Petrol Her bir bileşiğin ham petrolün pişirilmesinden elde edilen bir damıtma kolonunun farklı katmanlarında veya ayrı bölmelerinde depolanması, fraksiyonel damıtma ile gerçekleştirilir. Bu gazlar kolonun üst katmanlarında yükselir ve yoğunlaşırken, asfalt ve parafin gibi daha yoğun maddeler alt katmanlarda kalır.
- Katalitik çatlama. Bu, gazları ham pişirmeden ayırmak için vakum kuleleri kullanan, yağ işlemede belirli olağan vakum damıtmalarına verilen addır. Böylece hidrokarbonların kaynaması hızlanır ve işlem. Çatlama, daha büyük hidrokarbonların (yüksek sıcaklıklarda ve katalizörler kullanılarak) daha düşük kaynama noktalarına sahip daha küçük hidrokarbonlara ayrıldığı bir tür yıkıcı damıtmadır.
- Etanol saflaştırma. Ayırmak alkoller Laboratuarda üretimi sırasında sudan etanol gibi, karışıma benzen veya ayrılmayı destekleyen veya hızlandıran diğer bileşenler eklenerek azeotropik bir damıtma kullanılır ve daha sonra kimyasal bileşimini değiştirmeden kolayca çıkarılabilir. ürün.
- Kömür işleme. Sıvı organik yakıtlar elde etmek için kuru damıtma prosedürleri ile kömür veya odun kullanılır, bu nedenle emisyonlarda yayılan gazlar. yanma.
- Mineral tuzların termolizi. Kuru damıtma yoluyla, mineral tuzların yakılmasıyla elde edilen gazların yayılması ve yoğunlaşmasından, endüstriyel kullanımı yüksek çeşitli mineral maddeler elde edilir.
- Alembik. Bu, Arap antikitesinde icat edilmiş, fermente meyvelerden parfüm, ilaç ve alkol üretmeyi amaçlayan cihaza verilen isimdir. Çalışmasında damıtma prensipleri kullanılır: maddeler küçük bir kazanda ısıtılır ve üretilen gazlar bir bobinde soğutulur, bu da söz konusu gazların yoğuşmasıyla üretilen sıvının toplandığı başka bir kaba yol açar.
- Parfüm üretimi. Buhar damıtma, parfüm elde etmek, korunmuş çiçeklerle birlikte suyu kaynatmak, istenen kokuya sahip bir gaz üretmek ve yoğunlaştırıldığında daha sonra parfümlerde baz sıvı olarak kullanılabilecek bir gaz üretmek için kullanılır.