Destylacja prosta

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Destylacja prosta (destylacja różniczkowa, destylacja kotłowa)destylacja polegająca na jednorazowym odparowaniu i skropleniu cieczy[1]. 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.

Do grupy ”destylacji prostych” bywa zaliczana destylacja równowagowa (rzutowa)[2], która jest procesem ciągłym, ale prowadzi do rozdzielenia mieszaniny na tylko dwie frakcje o różnej lotności (wywar 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[3][4].

Podstawy fizykochemiczne[edytuj | edytuj kod]

Przebieg destylacji na wykresach fazowych
Rodzaje odchyleń od prawa Raoulta1 – 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)
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)
Podstawowy sprzęt laboratoryjny
Laboratoryjny zestaw destylacyjny 1. palnik, 2. kolba, 3. nasadka destylacyjna, 4. termometr, 5. chłodnica, 6. oliwka wlotowa wody, 7. oliwka wylotowa wody, 8. odbieralnik, 9. oliwka próżniowa/gazu obojętnego, 10. łącznik destylacyjny
Laboratoryjny zestaw destylacyjny
1. palnik, 2. kolba, 3. nasadka destylacyjna, 4. termometr, 5. chłodnica, 6. oliwka wlotowa wody, 7. oliwka wylotowa wody, 8. odbieralnik, 9. oliwka próżniowa/gazu obojętnego, 10. łącznik destylacyjny

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 tzw. „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.

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 góną granicą „rybki”, czyli krzywą pary nasyconej[5][6][7].

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.

Aparatura[edytuj | 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 destylacyjną lub specjalnej kolbie destylacyjnej. Powstająca para nasycona jest kierowana stąd wprost do chłodnicy, w której skrapla się (kondensacja). W przemyśle stosowane są kotły i skraplacze o różnej konstrukcji.

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 tzw. „krówki". Kondensaty dwufazowe (np. warstwa wodna i organiczna), znacznie różniące się chemicznym składem, są rozdzielane np. z użyciem rozdzielaczy laboratoryjnych lub przemysłowych separatorów, analogicznych do stosowanych w procesach ekstrakcji[8].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

  • Szczegółowa instrukcja montażu klasycznego zestawu do destylacji prostej: Dr. Scott Allen, Assistant Professor, Chemistry/Physics, University of Tampa; Directed by: Gordon McClelland, Computing and Information Services, Vassar College; Produced by: Cristian Oazo, Academic Computing Services, Vassar College; Production Assistants: Ken Bolton and Steve Taylor, Academic Computing Services, Vassar College: 10 Organic Chemistry Lab Demo: Distillations (ang.). You Tube, 28 lis 2007. [dostęp 2010-12-31].

Przypisy

  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. (pol.)
  2. Zakład Systemów Technicznych i Ochrony Środowiska: Badania aparatu do destylacji prostej (pol.). Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im.J.J. Śniadeckich w Bydgoszczy, 23-Nov-2010. [dostęp 2010-12-29].
  3. Janusz Ciborowski: Inżynieria chemiczna. Wyd. Wyd. 2. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1955, s. 704-708. (pol.)
  4. Janusz Ciborowski: Podstawy inżynierii chemicznej. Wyd. Wyd. 1. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1965, s. 536-538. (pol.)
  5. Antoni Basiński, Adam Bielański, Kazimierz Gumiński, i inni: Chemie fizyczna. Wyd. Wyd. 3. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1966. (pol.)
  6. Stanisław Bursa: Chemia fizyczna. Wyd. 2. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1979. ISBN 83-01-00152-6. (pol.)
  7. 1. Teoretyczne podstawy techniki laboratoryjnej. W: Artur I. Vogel: Preparatyka organiczna. Wyd. 4. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 1964, s. 1-17. (pol.)
  8. 2. Technika laboratoryjna. W: Artur I. Vogel, op. cit.: Preparatyka organiczna. s. 82-87, 148-150.