• Što je destilacija?
• Raoultov zakon
• Vrste destilacije
• Primjeri destilacije

Objašnjavamo što je destilacija, primjere ove metode odvajanja i vrste destilacije koje se mogu koristiti.

Destilacija koristi isparavanje i kondenzaciju za razdvajanje smjesa.

Što je destilacija?

Destilacijom se naziva metoda odvajanja faza, koja je među metode odvajanja smjesa. Destilacija se sastoji od uzastopne i kontrolirane upotrebe dvaju fizičkih procesa: isparavanje i kondenzacija, koristeći ih selektivno za odvajanje komponenti a smjesa obično homogenog tipa, odnosno u kojemu se njegove komponente ne mogu razlikovati golim okom.

Smjese koje se destilacijom mogu odvojiti na pojedinačne komponente mogu sadržavati dvije tekućine, a čvrsta u tekućini ili čak plinovi smoothieji. Ova metoda odvajanja temelji se na razlici u točkama vrelišta (inherentno svojstvo materija, što je temperatura na koje se Pritisak para tekućine jednak je tlaku koji okružuje tekućinu) različitih tvari. Tvar s najnižom Vrelište imati, tada će se ova tvar kondenzirati u drugom spremniku i bit će relativno čista.

Na taj način, da bi destilacija bila ispravno provedena, moramo kuhati smjesu dok ne dostigne točku vrelišta jednog od tvari komponente, koje će tada postati para i mogu se odvesti u ohlađeni spremnik, gdje se kondenziraju i ponovno postaju tekućine.

Druga sastavna tvar, s druge strane, ostat će u spremniku bez izmjena; ali u oba slučaja imat ćemo čiste tvari, bez početne mješavine.

Raoultov zakon

Kada imamo idealnu smjesu tekućina (smjesu u kojoj su interakcije između čestice različiti se smatraju jednakim interakcijama između jednakih čestica) ispunjen je Raoultov zakon.

Ovaj zakon kaže da je parcijalni tlak pare svake komponente u mješavini plina jednak tlaku pare čiste komponente pomnoženom s njezinim molskim udjelom u tekućoj smjesi.

Ukupni tlak pare je, dakle, zbroj parcijalnih tlakova komponenti smjese u plinskoj fazi. S druge strane, molski udio komponente u smjesi je bezdimenzionalna mjera njezine koncentracije. Gore spomenute veličine mogu se izračunati pomoću sljedećih jednadžbi:

Gdje:

•   px Y py su parcijalni pritisci komponenti x i Y odnosno u smjesi para koja okružuje tekuću smjesu.
• px * i py * su tlakovi pare komponenti x i Y.
• xx Y xy su molni udjeli komponenti x i Y u tekućoj smjesi.
• nx Y ny su količine tvari komponenti x i Y u tekućoj smjesi.

Raoultov zakon koji je gore postavljen vrijedi za idealne smjese (koje su model koji je ljudsko biće uspostavilo radi pojednostavljenja studija), ali u stvarnosti ovaj zakon trpi odstupanja kada je smjesa stvarna.

Dakle, ako različite čestice u smjesi imaju jače intermolekularne sile od čestica u čistoj tekućini, tada je tlak pare smjese manji od tlaka pare čiste tekućine, što proizvodi negativno odstupanje od Raoultovog zakona.

Ako su, s druge strane, međumolekularne sile između čestica u čistoj tekućini veće od onih čestica u smjesi, čestice u smjesi će lakše pobjeći u parnu fazu, tako da tlak pare mješavine će biti veće, što će proizvesti pozitivno odstupanje od Raoultovog zakona

Kada želite destilirati azeotropnu smjesu (npr. etanol i vodu), potrebno je dodati neku komponentu (u ovom slučaju benzen) kako bi se azeotrop modificirao i na taj način mogao odvojiti komponente smjesa. Azeotrop je tekuća smjesa s definiranim sastavom da kada proključa, nastale pare imaju isti sastav smjese (tako da se komponente azeotropne smjese ne mogu odvojiti jednostavnom ili frakcijskom destilacijom).

Azeotropi imaju definiranu temperaturu vrenja, na primjer, pri tlaku od 1 atm, etanol vrije na 78,37 °C i voda vrije na 100 °C, dok azeotrop etanol-voda vrije na 78,2 °C. Azeotropne smjese imaju negativna ili pozitivna odstupanja od Raoultovog zakona ovisno o slučaju.

Vrste destilacije

Destilacija se može odvijati na različite načine:

• Jednostavna destilacija. Najelementarnije se sastoji od kuhanja smjese dok se različite komponente ne razdvoje. To je učinkovita metoda razdvajanja kada se točke vrelišta komponenti smjese jako razlikuju (idealno bi trebalo imati razliku od najmanje 25 °C, inače ne jamči potpunu čistoću destilirane tvari).
  

  

• Frakcijska destilacija. Provodi se pomoću kolone za frakcioniranje, koja se sastoji od različitih ploča u kojima se sukcesivno odvijaju isparavanje i kondenzacija, jamčeći veću čistoću u odvojenim komponentama.
  

  

• Vakuumska destilacija. Smanjenjem tlaka dok se ne stvori vakuum, proces se katalizira kako bi se smanjila točka vrelišta komponenti, budući da neke imaju vrlo visoke točke vrelišta koje se mogu smanjiti kada se tlak jako smanji i tako ubrzati proces destilacije.
• Azeotropna destilacija. Destilacija je neophodna za razbijanje azeotropa, odnosno smjese čije se tvari ponašaju kao jedna, čak i dijele točku vrelišta, pa se ne mogu odvojiti jednostavnom ili frakcijskom destilacijom. Za odvajanje azeotropne smjese potrebno je modificirati uvjete miješanja, na primjer dodavanjem neke komponente za odvajanje.
• Destilacija vodenom parom. Hlapljive i nehlapljive komponente smjese odvajaju se izravnim ubrizgavanjem vodene pare.
• Suha destilacija. Sastoji se od zagrijavanja čvrstih materijala bez prisustva otapala tekućine, dobivaju plinove i zatim ih kondenziraju u drugom spremniku.
• Poboljšana destilacija. Također se naziva alternativna ili reaktivna destilacija, prilagođena je specifičnim slučajevima smjesa koje je teško odvojiti ili koje imaju istu točku vrelišta.

Primjeri destilacije

Ugljen koristi suhu destilaciju za dobivanje tekućih organskih goriva.

• Rafiniranje nafte. Razdvajanje raznih ugljikovodici prisutan u Nafta Provodi se frakcijskom destilacijom, pohranjivanjem u različitim slojevima ili odvojenim odjeljcima destilacijske kolone svaki spoj dobiven kuhanjem sirovog ulja. Ti se plinovi dižu i kondenziraju u gornjim slojevima stupa, dok gušće tvari poput asfalta i parafina ostaju u donjim slojevima.
• Katalitičko pucanje. Ovo je naziv za određene uobičajene vakuumske destilacije u preradi ulja, korištenjem vakuumskih tornjeva za odvajanje plinova od sirovog kuhanja. Tako se vrenje ugljikovodika ubrzava i postupak. Krekiranje je vrsta destruktivne destilacije, u kojoj se veći ugljikovodici razbijaju (na visokim temperaturama i uz pomoć katalizatora) u manje ugljikovodike, koji imaju niže vrelište.
• Pročišćavanje etanolom. Odvojiti alkoholi Poput etanola iz vode tijekom njegove proizvodnje u laboratoriju, koristi se azeotropna destilacija, dodajući u smjesu benzen ili druge komponente koje pospješuju ili ubrzavaju odvajanje, a koje se zatim mogu lako ukloniti bez promjene kemijskog sastava proizvod.
• Prerada ugljena. Za dobivanje tekućih organskih goriva postupkom suhe destilacije koriste se ugljen ili drvo, čime se ispuštaju plinovi u izgaranje.
• Termoliza mineralnih soli. Suhom destilacijom dobivaju se razne mineralne tvari visoke industrijske korisnosti, od emanacije i kondenzacije plinova dobivenih spaljivanjem mineralnih soli.
• Alembic. Ovo je naziv za uređaj izumljen u arapskoj antici, čija je svrha proizvodnja parfema, lijekova i alkohola od fermentiranog voća. U njegovom radu koriste se principi destilacije: tvari se zagrijavaju u malom kotlu, a nastali plinovi se hlade u zavojnici koja vodi u drugu posudu u kojoj se skuplja tekućina nastala kondenzacijom navedenih plinova.
• Proizvodnja parfema. Destilacijom s parom dobivaju se parfemi, kipuća voda zajedno s konzerviranim cvjetovima, kako bi se dobio plin željenog mirisa koji se nakon kondenzacije može koristiti kao bazna tekućina u parfemima.