Chúng tôi giải thích chưng cất là gì, các ví dụ về phương pháp tách này và các loại chưng cất có thể được sử dụng.
Chưng cất là gì?
Chưng cất được gọi là một phương pháp tách pha, là một trong những phương pháp phương pháp tách hỗn hợp. Chưng cất bao gồm việc sử dụng liên tiếp và có kiểm soát của hai quá trình vật lý: hóa hơi và sự ngưng tụ, sử dụng chúng một cách chọn lọc để tách các thành phần của hỗn hợp thường thuộc loại đồng nhất, tức là các thành phần của nó không thể phân biệt được bằng mắt thường.
Các hỗn hợp có thể được tách thành các thành phần riêng lẻ của chúng bằng cách sử dụng phương pháp chưng cất có thể chứa hai chất lỏng, Một cứng ở dạng lỏng hoặc thậm chí khí sinh tố. Phương pháp phân tách này dựa trên sự khác biệt về điểm sôi (một đặc tính cố hữu của vấn đề, cái gì là nhiệt độ cái mà Sức ép hơi của chất lỏng bằng áp suất bao quanh chất lỏng) của các chất khác nhau. Chất có thấp nhất Điểm sôi có, sau đó chất này sẽ ngưng tụ trong một vật chứa khác, và nó sẽ tương đối tinh khiết.
Theo cách này, để quá trình chưng cất được thực hiện một cách chính xác, chúng ta phải đun sôi hỗn hợp cho đến khi nó đạt đến điểm sôi của một trong các vật liệu xây dựng các thành phần, sau đó sẽ trở thành hơi và có thể được dẫn đến một thùng chứa được làm lạnh, nơi nó ngưng tụ và trở lại thành chất lỏng.
Mặt khác, chất cấu thành khác sẽ ở trong vật chứa mà không bị thay đổi; nhưng trong cả hai trường hợp, chúng tôi sẽ có chất tinh khiết, miễn phí từ hỗn hợp ban đầu.
Luật Raoult
Khi chúng ta có một hỗn hợp chất lỏng lý tưởng (một hỗn hợp trong đó các tương tác giữa vật rất nhỏ khác nhau được coi là tương tác giữa các hạt bằng nhau). Định luật Raoult được thực hiện.
Định luật này nói rằng áp suất hơi riêng phần của mỗi thành phần trong hỗn hợp khí bằng áp suất hơi của thành phần nguyên chất nhân với phần mol của nó trong hỗn hợp lỏng.
Khi đó, tổng áp suất hơi là tổng áp suất riêng phần của các thành phần của hỗn hợp trong pha khí. Mặt khác, phần mol của một thành phần trong hỗn hợp là một đơn vị đo nồng độ của nó không có thứ nguyên. Các độ lớn nêu trên có thể được tính bằng các công thức sau:
Ở đâu:
- px Y py là áp suất riêng của các thành phần x và Y tương ứng trong hỗn hợp hơi bao quanh hỗn hợp lỏng.
- px * và py * là áp suất hơi của các thành phần x và Y.
- xx Y xy là phần số mol của các thành phần x và Y trong hỗn hợp chất lỏng.
- nx Y ny là lượng chất của các thành phần x và Y trong hỗn hợp chất lỏng.
Định luật Raoult nêu trên có giá trị đối với các hỗn hợp lý tưởng (là một mô hình do con người thiết lập để đơn giản hóa các nghiên cứu), nhưng trên thực tế, định luật này bị sai lệch khi hỗn hợp là thực.
Do đó, nếu các hạt khác nhau trong hỗn hợp có lực liên phân tử mạnh hơn các hạt trong chất lỏng nguyên chất, thì áp suất hơi của hỗn hợp nhỏ hơn áp suất hơi của chất lỏng nguyên chất, điều này tạo ra độ lệch âm so với định luật Raoult.
Mặt khác, nếu lực liên phân tử giữa các phần tử trong chất lỏng nguyên chất lớn hơn lực lượng của các phần tử trong hỗn hợp thì các phần tử trong hỗn hợp sẽ dễ thoát sang pha hơi hơn, do đó áp suất hơi của hỗn hợp sẽ lớn hơn, tạo ra độ lệch dương so với định luật Raoult
Khi bạn muốn chưng cất một hỗn hợp azeotropic (ví dụ, etanol và nước), cần phải thêm một số thành phần (benzen, trong trường hợp này) để azeotrope được biến đổi và theo cách này để có thể tách các thành phần của hỗn hợp. Azeotrope là một hỗn hợp lỏng có thành phần xác định mà khi đun sôi, các hơi sinh ra có cùng thành phần của hỗn hợp (do đó không thể tách các thành phần của hỗn hợp azeotropic bằng cách chưng cất đơn giản hoặc chưng cất phân đoạn).
Azeotrope có nhiệt độ sôi xác định, ví dụ, ở áp suất 1 atm, etanol sôi ở 78,37 ° C và nước sôi ở 100 ° C, trong khi etanol-nước sôi ở 78,2 ° C. Hỗn hợp azeotropic có độ lệch âm hoặc dương so với Định luật Raoult tùy từng trường hợp.
Các loại chưng cất
Quá trình chưng cất có thể diễn ra theo nhiều cách khác nhau:
- Chưng cất đơn giản. Cơ bản nhất bao gồm đun sôi hỗn hợp cho đến khi các thành phần khác nhau được tách ra. Đây là một phương pháp tách hiệu quả khi điểm sôi của các thành phần của hỗn hợp có sự khác biệt lớn, (lý tưởng là chúng phải chênh lệch ít nhất 25 ° C, nếu không thì không đảm bảo độ tinh khiết toàn phần của chất chưng cất).
- Chưng cất phân đoạn. Nó được thực hiện bằng cột phân đoạn, được tạo thành từ các tấm khác nhau, trong đó quá trình hóa hơi và ngưng tụ diễn ra liên tiếp, đảm bảo độ tinh khiết cao hơn trong các thành phần được tách ra.
- Chưng cất chân không. Bằng cách giảm áp suất cho đến khi tạo ra chân không, quá trình được xúc tác để giảm điểm sôi của các thành phần, vì một số có nhiệt độ sôi rất cao có thể bị giảm khi áp suất giảm rất nhiều và do đó đẩy nhanh quá trình chưng cất.
- Chưng cất azeotropic. Quá trình chưng cất cần thiết để phá vỡ azeotrope, tức là một hỗn hợp mà các chất của nó hoạt động như một, thậm chí có chung điểm sôi, vì vậy chúng không thể được tách ra bằng cách chưng cất đơn giản hoặc phân đoạn. Để tách hỗn hợp azeotropic, cần phải sửa đổi các điều kiện trộn, ví dụ bằng cách thêm một số thành phần phân tách.
- Chưng cất bằng hơi nước. Các thành phần dễ bay hơi và không bay hơi của hỗn hợp được phân tách bằng cách phun trực tiếp hơi nước.
- Chưng cất khô. Nó bao gồm làm nóng các vật liệu rắn mà không có sự hiện diện của dung môi chất lỏng, thu được chất khí và sau đó ngưng tụ chúng trong một bình chứa khác.
- Cải tiến chưng cất. Còn được gọi là chưng cất xen kẽ hoặc chưng cất phản ứng, nó được điều chỉnh cho phù hợp với các trường hợp cụ thể của hỗn hợp khó tách hoặc có cùng điểm sôi.
Ví dụ về chưng cất
- Lọc dầu. Sự tách biệt của các hydrocacbon hiện diện trong Dầu mỏ Nó được thực hiện bằng cách chưng cất phân đoạn, lưu trữ trong các lớp khác nhau hoặc các ngăn riêng biệt của cột chưng cất từng hợp chất có được từ quá trình nấu dầu thô. Các khí này bốc lên và ngưng tụ ở các lớp trên của cột, trong khi các chất đặc hơn như nhựa đường và parafin vẫn ở các lớp dưới.
- Xúc tác crackinh. Đây là tên được đặt cho một số phương pháp chưng cất chân không thông thường trong chế biến dầu, sử dụng tháp chân không để tách khí ra khỏi quá trình nấu thô. Do đó, sự sôi của các hydrocacbon được tăng tốc và tiến trình. Cracking là một kiểu chưng cất phá hủy, trong đó các hydrocacbon lớn hơn bị phá vỡ (ở nhiệt độ cao và sử dụng chất xúc tác) thành các hydrocacbon nhỏ hơn, có nhiệt độ sôi thấp hơn.
- Tinh chế etanol. Tách rượu Giống như etanol từ nước trong quá trình sản xuất trong phòng thí nghiệm, phương pháp chưng cất azeotropic được sử dụng, thêm vào hỗn hợp benzen hoặc các thành phần khác để thúc đẩy hoặc đẩy nhanh quá trình phân tách, và sau đó có thể dễ dàng loại bỏ mà không làm thay đổi thành phần hóa học của sản phẩm.
- Chế biến than. Để thu được nhiên liệu hữu cơ lỏng, người ta sử dụng than hoặc gỗ bằng các quy trình chưng cất khô, do đó khí thải ra trong sự đốt cháy.
- Nhiệt phân các muối khoáng. Bằng phương pháp chưng cất khô, người ta thu được nhiều chất khoáng khác nhau có công dụng công nghiệp cao, từ quá trình hóa hơi và ngưng tụ các khí thu được khi đốt muối khoáng.
- Alembic. Đây là tên đặt cho thiết bị được phát minh từ thời cổ đại Ả Rập, có mục đích sản xuất nước hoa, thuốc và rượu từ trái cây lên men. Trong hoạt động của nó, các nguyên tắc của quá trình chưng cất được sử dụng: các chất được đốt nóng trong một lò hơi nhỏ và các khí sinh ra được làm lạnh trong một cuộn dây dẫn đến một thùng chứa khác, nơi chất lỏng được tạo ra bởi sự ngưng tụ của các khí nói trên được thu thập.
- Sản xuất nước hoa. Chưng cất hơi nước được sử dụng để thu được nước hoa, đun sôi nước cùng với hoa bảo quản, tạo ra một loại khí có mùi mong muốn và khi cô đặc lại, sau đó có thể được sử dụng làm chất lỏng cơ bản trong nước hoa.