Destylacja prosta

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Przebieg destylacji na wykresach fazowych
Rodzaje odchyleń od prawa Raoulta
1 – ciecz doskonała, czerwone 2,3,4 i punkt – rosnące odchylenia dodatnie (maksimum – azeotrop dodatni), niebieskie 2',3',4' i punkt – rosnące odchylenia ujemne (minimum – azeotrop ujemny)
Przebieg prostej destylacji zeotropu AB
I,II, III – kolejno odbierane frakcje destylatu o rosnącej względnej zawartości związku mniej lotnego (A))
Przebieg prostej destylacji azeotropu AB
I,II, III – kolejno odbierane frakcje destylatu o rosnącej względnej zawartości związku mniej lotnego (A))
Podstawowy sprzęt laboratoryjny
Laboratoryjny zestaw destylacyjny
1. palnik, 2. kolba, 3. nasadka, 4. termometr, 5. chłodnica, 6. oliwka wlotowa wody, 7. oliwka wylotowa wody, 8. odbieralnik, 9. oliwka gazu obojętnego lub próżniowa, 10. łącznik destylacyjny
Laboratoryjny zestaw destylacyjny, umożliwiający odbieranie kolejnych frakcji
1. kolba, 2. termometr, 3. chłodnica, 4. oliwka próżniowa, 5. krówka destylacyjna 6. odbieralniki frakcji

Destylacja prosta, destylacja różniczkowa, destylacja kotłowa – destylacja polegająca na jednorazowym odparowaniu i skropleniu cieczy. Jest to proces okresowy, w którym para powstająca w czasie wrzenia cieczy, zawierająca więcej związków niskowrzących, jest natychmiast odprowadzana z przestrzeni parowania. Powoduje to stopniowe zmiany składu układu gaz-ciecz, czyli obu współistniejących faz. Wskutek zmian składu pary odbierane są frakcje destylatu o różnej temperaturze wrzenia. Metoda nie umożliwia odzyskania składników w postaci czystej. Jest stosowana w przypadkach, gdy ich składniki znacząco różnią się lotnością.

Alembik (łac. alembicus) – dawny sprzęt laboratoryjny w postaci szklanego lub metalowego naczynia - zbiornika, zakończonego szyjką, w której osadzano korek lub specjalną głowicę z wychodzącą z niej zagiętą rurką. Służył do destylacji prostej.Mieszanina – układ dwóch lub więcej pierwiastków lub związków chemicznych zmieszanych ze sobą w dowolnym stosunku i wykazujących swoje indywidualne właściwości.

Do grupy destylacji prostych bywa zaliczana destylacja równowagowa, która jest procesem ciągłym, ale prowadzi do rozdzielenia mieszaniny na tylko dwie frakcje o różnej lotności (pogon i destylat).

Sprawność rozdzielania składników metodami destylacji kotłowej i rzutowej można zwiększyć stosując wielokrotne powtórzenia procesu (destylacja wielostopniowa), jednak bardziej korzystne jest ich zastępowanie ciągłymi procesami rektyfikacji.

Podstawy fizykochemiczne[ | edytuj kod]

Efektywność rozdzielania mieszanin ciekłych (roztworów) zależy od względnych lotności ich składników, a pośrednio od wielkości sił oddziaływań międzycząsteczkowych w cieczy. Wpływa to na kształt i wielkość obszarów współistnienia w stanie równowagi pary i cieczy (szerokość tak zwanej rybki układów zeotropowych), w tym na wielkość różnic między składem obu faz w różnych temperaturach, możliwość tworzenia azeotropów, heterozeotropów, heteroazeotropów lub innych układów o ograniczonej mieszalności cieczy.

Frakcja – część mieszaniny wyodrębniana w procesie rozdzielania (np. rektyfikacji, destylacji, chromatografii, odwirowywania, rekrystalizacji, wymrażania). Rozdział mieszaniny na frakcje jest możliwy dzięki zróżnicowaniu właściwości fizycznych jej składników.Proces technologiczny okresowy (periodyczny) – proces technologiczny cyklicznie powtarzany, co jest związane z cyklicznymi zmianami parametrów technologicznych (np. temperatura, ciśnienie, stężenia reagentów). Surowce są dostarczane do instalacji w odstępach czasu, wynikających z technologicznej koncepcji procesu. Produkty i półprodukty są odbierane okresowo po zakończeniu procesu lub osiągnięciu stanu określonego w tej koncepcji. W przypadku procesów wieloetapowych, wymienione warunki spełnia każdy z etapów: są prowadzone w warunkach niezmiennych w czasie, a półprodukty są w sposób ciągły kierowanych do kolejnych etapów.

W przypadku układów dwuskładnikowych AB przebieg destylacji może być przedstawiany z wykorzystaniem wykresów fazowych równowagi ciecz–para w układzie współrzędnych temperatura (T) – udział molowy (np. xB). Destylacja cieczy o określonej wartości xB rozpoczyna się w temperaturze, w której linia składu przecina linię temperatur wrzenia (dolna granica „rybki”). W tj temperaturze powstaje pierwszy pęcherzyk pary, która jest bogatsza od cieczy w składnik bardziej lotny (np. B) lub bardziej lotny dodatni azeotrop. Ten skład określa punkt przecięcia izotermy z górną granicą „rybki”, czyli krzywą pary nasyconej.

Rektyfikacja (destylacja frakcyjna/frakcjonowana/frakcjonująca) – z fizycznego punktu widzenia destylacja kaskadowa (wielopoziomowa), w której każdy stopień procesu jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego; z punktu widzenia inżynierii procesowej rektyfikacja jest procesem jednostkowym, w którym mieszanina ciekła jest rozdzielana na frakcje o różnej (zwykle zbliżonej) lotności.Destylacja wielostopniowa (destylacja wielokrotna) – rzadko stosowany proces destylacji, polegający na kilkakrotnym powtórzeniu destylacji równowagowej lub prostej. Prowadzony jest w ten sposób, że destylat lub frakcja z jednego stopnia są kierowane na kolejny stopień jako roztwór do destylacji (roztwór surowy, surówka). Są przenoszone do następnej kolby destylacyjnej lub kierowane do następnego kotła. Ułatwia to wyodrębnienie określonych związków z ich mieszanin.

W chwili odprowadzenia z kolby do chłodnicy pierwszej porcji pary zaczyna się zmniejszać zawartość lotniejszego składnika (B) we wrzącej cieczy. Równocześnie wzrasta temperatura wrzenia roztworu. Zawartość B w kolejnych porcjach pary jest również coraz mniejsza. Prowadząc destylację można odpływające z chłodnicy porcje kondensatu (frakcje) kierować do odrębnych odbieralników, notując zakres temperatur wrzenia.

Temperatura wrzenia – temperatura, przy której ciśnienie powstającej pary (ciśnienie pary nasyconej) jest równe ciśnieniu otoczenia, skutkiem czego parowanie następuje w całej objętości cieczy (dana substancja wrze).Rozdzielacz - to naczynie laboratoryjne, w którym prowadzi się procesy rozdzielania ciekłych mieszanin, ekstrakcję i płukanie.

Aparatura[ | edytuj kod]

Destylacja prosta jest jednym z najstarszych procesów przeróbczych mających zastosowanie w alchemii. Naczynie do jej prowadzenia nazywano dawniej alembikiem. We współczesnych laboratoriach destylowana ciecz jest ogrzewana do wrzenia w kolbie z nasadką lub specjalnej kolbie destylacyjnej. Powstająca para nasycona jest kierowana stąd wprost do chłodnicy, w której się skrapla. W przemyśle stosowane są kotły i skraplacze o różnej konstrukcji.

Zeotrop (mieszanina zeotropowa) – taki układ ciecz–para, w którym skład ciekłej mieszaniny (roztworu) dwóch lub więcej związków chemicznych jest zawsze inny niż skład pary nasyconej, powstającej z tej cieczy. Na wykresach fazowych prężność pary–skład (izotermy) i temperatura–skład (izobary), ilustrujących warunki równowagi termodynamicznej, nie występują punkty ekstremalne, charakterystyczne dla azeotropów dodatnich i ujemnych. Jest to konsekwencją występowania niewielkich odchyleń od prawa Raoulta, dotyczącego roztworów doskonałych.Skraplanie lub kondensacja – zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekłą. Przeciwieństwo parowania.

Kondensat, wypływający z chłodnicy w czasie destylacji w różnych zakresach temperatury wrzenia (frakcje), jest gromadzony w osobnych naczyniach. W laboratoriach odbieralniki są łączone z chłodnicą za pośrednictwem tak zwanej krówki. Kondensaty dwufazowe (na przykład warstwa wodna i organiczna), znacznie różniące się chemicznym składem, są rozdzielane przy pomocy rozdzielaczy laboratoryjnych lub przemysłowych separatorów, analogicznych do stosowanych w procesach ekstrakcji.

Ciecz wyczerpana (pogon) - ciecz pozostała po procesie destylacji lub rektyfikacji, w której nie ma już prawie wcale pożądanego produktu.Mieszalność cieczy jest zjawiskiem, które dotyczy cieczy o zbliżonych właściwościach (znana reguła "podobne w podobnym"), np. ciecze polarne mieszają się z innymi cieczami polarnymi, ciecze niepolarne mieszają się dobrze z innymi cieczami niepolarnymi (zobacz np. napięcie powierzchniowe, heteroazeotrop, heterozeotrop).

Przypisy[ | edytuj kod]

  1. Zespół redaktorów Działu Słownictwa Technicznego WNT: Leksykon naukowo–techniczny z suplementem. Wyd. 4. T. A–O. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo–Techniczne, 1989. ISBN 83-204-0967-5.
  2. Zakład Systemów Technicznych i Ochrony Środowiska: Badania aparatu do destylacji prostej. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Śniadeckich w Bydgoszczy, 23 listopada 2010. [dostęp 2010-12-29].
  3. Janusz Ciborowski: Inżynieria chemiczna. Wyd. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1955, s. 704–708.
  4. Janusz Ciborowski: Podstawy inżynierii chemicznej. Wyd. Wyd. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1965, s. 536–538.
  5. Antoni Basiński, Adam Bielański, Kazimierz Gumiński, i inni: Chemie fizyczna. Wyd. Wyd. 3. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1966.
  6. Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. 2. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979. ISBN 83-01-00152-6.
  7. 1. Teoretyczne podstawy techniki laboratoryjnej. W: Artur I. Vogel: Preparatyka organiczna. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1964, s. 1–17.
  8. 2. Technika laboratoryjna. W: Artur I. Vogel, op. cit.: Preparatyka organiczna. s. 82–87, 148–150.
Nasadka destylacyjna to sprzęt laboratoryjny, element aparatury do destylacji, którego zadaniem jest łączenie kolby zawierającej destylowaną substancję z chłodnicą i termometrem.Wykres fazowy (diagram fazowy) – dla różnych faz pozostających w stanie równowagi – zależność składu danej fazy od składu innej fazy; wykres taki zawiera informację na temat obszarów lub punktów współistnienia, w których istnieją jednocześnie różne fazy.




Warto wiedzieć że... beta

Kolba – podstawowe naczynie laboratoryjne, które służy do prowadzenia reakcji chemicznych, przechowywania odczynników, destylacji i wielu innych procesów prowadzonych z ciekłymi materiałami.
Skraplacz, kondensator – urządzenie, którego zadaniem jest zamiana gazów w ciecze, czyli skraplanie. Jest zwykle elementem składowym większych instalacji technologicznych lub energetycznych.
Łącznik destylacyjny (zwany też przedłużaczem) to sprzęt laboratoryjny stosowany w trakcie prowadzenia destylacji, który służy do łączenia chłodnicy z kolbą, w której zbiera się destylowaną ciecz.
Heterozeotrop – układ ciecz-para, w którym nie występuje punkt azeotropowy, a występuje obszar ograniczonej mieszalności cieczy, połączony z obszarem współistnienia cieczy i pary. Na wykresach fazowych odniesionych do układów dwuskładnikowych i stałego ciśnienia znajduje się odcinek izotermy, na którym mieszczą się punkty określające skład pary i obu współistniejących z nią cieczy. Para zawiera więcej składnika o większej lotności niż obie ciecze. Skład pary i temperatura heterozeotropu nie zależą od udziałów obu faz ciekłych układzie, co jest konsekwencją reguły faz Gibbsa.
Heteroazeotrop – trójfazowa mieszanina azeotropowa, czyli taki azeotrop, w którym z parą współistnieją różne niemieszające się roztwory, np. dwie fazy ciekłe (w przypadku układów dwuskładnikowych). Na wykresach fazowych odniesionych do stałego ciśnienia znajduje się odcinek izotermy, którego końce określają zawartości składników w obu współistniejących roztworach (roztwory wzajemnie nasycone). Punkt określający skład pary leży pomiędzy nimi. Skład pary nie zależy od udziałów obu faz ciekłych w układzie – nie ulega zmianom dopóki w układzie znajdują się oba roztwory, co jest konsekwencją reguły faz Gibbsa.
Proces technologiczny ciągły – proces technologiczny, który przebiega w ustalonych warunkach, a doprowadzanie surowców i odbieranie produktów odbywa się równocześnie, w sposób nieprzerwany. W przypadku procesów wieloetapowych, wymienione warunki spełnia każdy z etapów: są prowadzone w warunkach niezmiennych w czasie, a półprodukty są w sposób ciągły kierowane do kolejnych etapów.
Mieszanina azeotropowa (azeotrop) – ciekła mieszanina (roztwór) dwóch lub więcej związków chemicznych, która jest w równowadze termodynamicznej z parą nasyconą powstającą z tej mieszaniny. Skład pary i cieczy jest taki sam. Gdy mówimy o azeotropie w kontekście wykresu fazowego, parametry takie określamy nazwą punktu azeotropowego.

Reklama