Jak skomponować krzywą destylacji

Kiedy fermentujesz owoce w celu uzyskania alkoholu, możesz destylować płynną mieszankę, aby wyizolować jej części. Ta metoda destylacji wykorzystuje różne składy, które tworzą ciecz w procesie takim jak fermentacja. Chemicy doskonale wykorzystują te procesy do oczyszczania rozpuszczalników i innych produktów reakcji ciekłych, w tym oddzielania składników ropy naftowej.

Wykresy destylacji pokazują ilości zmierzone w eksperymentach destylacji, które oddzielają składniki cieczy. Te eksperymenty wykorzystująkolumny do destylacji frakcyjnejskładający się z kolumny, która umożliwia ściekanie cieczy do kolby okrągłodennej z termometrem umieszczonym na szczycie kolumny w celu określenia temperatury pary.

Ukośna komora cieczy łączy się z punktem wzdłuż kolumny frakcyjnej w pobliżu góry, który rozciąga się od komory. Tworzy to powierzchnię, na której para może się skraplać i gromadzić w zewnętrznej kolbie.

Dzięki konfiguracji destylacji z prostego schematu destylacji ciecz wrze w gaz, kondensuje z powrotem do cieczy i kontynuuj ten proces, aż ciecz, którą chcesz destylować, zbierze się na zewnątrz kolba. Urządzenie działa na zasadzie podgrzewania cieczy, która zbiera się w kolbie, tak że kolumna frakcyjna podaje ciśnienie pary postaci gazowej mieszaniny cieczy.

Termometr na górze powinien wskazywać temperaturę wrzenia cieczy. Zewnętrzna kolba pozwala na zebranie płynu, który chcesz destylować, a także służy jako odpowietrznik, aby urządzenie nie pękło w wyniku przegrzania.

Bardzo dokładnie kontroluj temperaturę, maksymalizując kontakt między cieczą, która ścieka z powrotem do kolby okrągłodennej, a parą, która unosi się przez kolumnę frakcyjną. Czasami kolumna frakcyjna ma szklane kulki lub poziomice wystające z wewnętrznych boków, aby zmaksymalizować powierzchnię kontaktu. Śledź temperaturę za pomocą termometru, aby dowiedzieć się, w jakiej temperaturze to się dzieje. Powinieneś otrzymać ciśnienie pary płynów w mieszaninie.

Konfiguracja aparatury gwarantuje, że prężność pary związku o niższej temperaturze wrzenia w mieszaninie jest większa niż prężność pary związku o wyższej temperaturze wrzenia. Pozwala to również zdefiniować temperaturę wrzenia jako temperaturę, w której ciśnienie pary jest równe ciśnieniu atmosferycznemu cieczy w otwartym pojemniku. Jest to najniższa temperatura, w której ciekła postać mieszaniny lub związku wrze w gaz. Te metody destylacji frakcyjnej sprawiają, że są one przydatne w warunkach przemysłowych do wytwarzania związków chemicznych.

Możesz również użyć ułamka gazu, który jest destylowany jako ułamek molowy, aby wykreślić wykres temperatury ciecz, mieszanina ciecz-para i sama para w celu określenia temperatury wrzenia dwóch lub więcej składników złożony. Wiele konfiguracji aparatury destylacyjnej automatycznie mierzy temperaturę podczas ogrzewania eksperymentu. Może to zapewnić ciągły zestaw punktów danych w czasie, które można łatwo wykreślić za pomocą programu Excel lub innego oprogramowania.

Krzywa mówi o tym, ponieważ para nagrzewająca się i przechodząca przez kolumnę frakcyjną powinna rozdzielić się na dwie oddzielne mieszaniny cieczy i gazów. Rejestrując temperaturę w trakcie procesu destylacji, możesz dowiedzieć się, jakie związki faktycznie są oparte na temperaturze wrzenia.

Lub możesz użyć tego samego procesu do określenia temperatury wrzenia znanego związku. Proces jest jednak ograniczony przez temperatury, które można osiągnąć przy źródle ciepła działającym na kolbę okrągłodenną.

Prosty wykres destylacji powinien pokazać wykres destylacji objętości w funkcji temperatury mieszaniny z punkty, w których przecinają się temperatury obu lub wszystkich gazów, określają temperaturę wrzenia każdego składnika gaz. Ta krzywa składu pozwala określić odpowiednią konfigurację aparatu i temperaturę w celu oddzielenia mieszaniny gazu lub cieczy. Możesz eksperymentować z różnymi typami kolumn ułamkowych, aby dowiedzieć się, która z nich daje najjaśniejszy obraz temperatury wrzenia składników.

Prosty wykres destylacji wynika z prostej teorii destylacji.Prosta destylacjaoznacza, że ​​gaz jednorazowo skrapla się w ciecz, więc musisz to zrobić na cieczach lub gazach, których temperatura wrzenia jest wystarczająco daleko od siebie, aby je rozpoznać.

Korzystanie z wielu etapów kondensacji nazywa siędestylacja frakcyjna, a w tym przypadku użyjesz wykresu destylacji frakcyjnej objętości vs. temperatura. Możesz ekstrapolować, aby obliczyć teoretyczne ustawienia dla innych cieczy i mieszanin, ponieważ masz więcej kulek lub płytek w układzie powinien teoretycznie poprawić metodę rozdziału przy jednoczesnym zwiększeniu czasu potrzebnego do rozdzielenia mieszaniny.

Mieszaniny, które destylują w wyniku eksperymentów, nie dają czystych próbek, ale powodują zanieczyszczenia w różnych mierzonych mieszaninach. Oznacza to, że możesz użyć równań do wyjaśnienia wyników eksperymentalnych z destylacji, a także prognoz opartych na wcześniej ustalonych danych dotyczących składu gazów i cieczy. Prawo Raoulta i prawo Daltona dają sposoby mierzenia tych proporcji prostej teorii destylacji.

Następuje dokładny skład tej pary, która przełącza się między wrzeniem a kondensacjąPrawo Raoulta, który mówi, że prężność pary związku zmniejsza się, gdy jest w roztworze i może być związana ze składem molowym. Równanie

mówi, że ciśnienie cząstkowe pewnego składnika AP_ZAjest produkowany dla procentu składnikaP​^o_ZA i ułamek molowy A „chi”χ​_ZA.

Ciśnienie cząstkowe to ciśnienie, jakie miałby gaz składowy mieszaniny, gdyby miał całą objętość tej mieszaniny w tej samej temperaturze. Pozwala to określić, ile gazu powinno być obecne, jeśli znasz wcześniej ułamek molowy.

Możesz wtedy użyćPrawo Daltonaktóry mówi, że całkowite ciśnienie mieszaniny gazów jest równe sumie ciśnień cząstkowych, które ją tworzą. Wyjaśnia to teoria poruszania się i interakcji cząstek gazu.

Możesz opisać prężność pary związku za pomocą temperatury roztworu i temperatury wrzenia związku, ponieważ kiedy temperatura wzrasta, więcej cząsteczek gazu będzie miało wystarczającą energię kinetyczną, aby uderzyć się nawzajem w odpowiedniej orientacji, aby umożliwić reakcja. Potrzebują tego do pokonania sił międzycząsteczkowych, które utrzymywałyby cząstki razem w fazie ciekłej.

Oprócz badań nad temperaturą wrzenia i właściwościami gazowymi związków, destylacja znajduje zastosowanie w wielu zastosowaniach w przemyśle. Służy do badania i tworzenia reakcji między olejem, wodą i innymi składnikami, takimi jak metan, które są wykorzystywane w paliwie. Naukowcy i producenci żywności mogą z niego korzystać do produkcji likierów, piwa i różnych rodzajów wina. Techniki destylacji znalazły praktyczne zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, farmaceutycznym i innych chemicznych metodach wytwarzania.

Technikę tę stosuje się nawet w żarówkach, aby zapobiec uszkodzeniu żarnika wolframowego i zapewnić blask żarówkom. Robią to, oddzielając powietrze w celu wytworzenia gazów niezbędnych do produkcji żarówek. Te metody destylacji są zgodne z teorią i eksperymentalnymi metodami rozdzielania.