Distilarea este o metodă de separare a componentelor dintr-un amestec lichid, profitând de diferențele lor de punct de fierbere. Este o separare lichid-gaz și implică vaporizarea și condensarea ulterioară a fiecărui lichid. Există câteva beneficii ale distilării fracționate față de distilarea simplă.
Tipurile obișnuite de distilare sunt distilarea simplă, distilarea fracționată, distilarea în vid și distilarea cu abur. Acestea diferă în principal prin configurarea aparatului și aplicațiile lor.
Distilarea fracționată este mai eficientă decât distilarea simplă în separare datorită unui număr mare de plăci teoretice. Este un proces important în chimie, industrie și știința alimentelor. Utilizările distilării fracționate includ procese precum desalinizarea, rafinarea țițeiului și purificarea chimică.
Tipuri de distilare
Distilarea simplă este eficientă numai pentru lichidele ale căror puncte de fierbere diferă cu mai mult de 30 ° C. Dimpotrivă, distilarea fracționată este potrivită pentru separări mai dificile, unde diferența punctului de fierbere este mai mică de 30 ° C.
Teoria distilării fracționate
Pentru a înțelege cum funcționează distilarea fracționată, trebuie să știm Legea lui Raoult, care afirmă că presiunea de vapori a unei soluții este dependentă de presiunea de vapori a fiecărui component și de fracția molară a componentului din soluție. În timp ce mențineți presiunea constantă, se poate genera un diagramă temperatură-compoziție.
•••Modificat din Tehnica de laborator în chimie organică (Ediția a patra, 2014): paginile 173-206
Pentru un amestec de pentan-hexan la o presiune atmosferică, un amestec lichid inițial (L1) de hexan (bp = 69 ° C) și pentan (bp = 36 ° C) fierbe la 48 ° C pentru a produce vapori V1, care se condensează pentru a forma L2. După primul ciclu de vaporizare-condensare, procentul de pentan a crescut de la 48 la 73 la sută.
L2 apoi se vaporizează în V2, rezultând o îmbogățire suplimentară în pentan. L5, care este lichidul obținut după patru cicluri, este aproape pur pentan. Fiecare ciclu de vaporizare-condensare, numit și placă teoretică, produce o soluție mai pură a componentei mai volatile.
Avantajele distilării fracționare față de distilarea simplă
Într-un sistem de distilare fracționată, o coloană de fracționare este plasată de obicei între balonul de distilare și cap pentru a crește separarea lichidelor de amestec. Aceste coloane au o suprafață mai mare pe care pot apărea echilibre lichid-vapori și astfel mai multe plăci teoretice. Exemple de coloane de fracționare sunt Vigreux și coloanele cu margele de sticlă, care au șase până la opt plăci teoretice.
Într-o distilare simplă, nu se folosește o coloană de fracționare, iar vaporii din balonul de distilare intră direct în condensare. Are doar una sau două plăci teoretice, deci nu ar fi eficientă pentru separarea amestecurilor precum L1, care necesită mai mult de patru cicluri de vaporizare-condensare pentru purificare.
Utilizări ale distilării fracționate
Distilarea fracționată este utilizată în rafinării de petrol pentru a separa țițeiul în hidrocarburi, care au un număr de atomi de carbon, puncte de fierbere și aplicații diferite. Unele dintre produsele izolate includ benzină, motorină, uleiuri și ceruri. Această metodă este utilizată și în instalațiile chimice, prelucrarea gazelor naturale și instalațiile de separare a aerului criogenice.
Distilarea fracționată este, de asemenea, o tehnică comună în laboratoarele de chimie organică. De exemplu, ciclopentadiena se vinde de obicei sub formă de diciclopentadienă deoarece ciclopentadiena se poate dimeriza spontan pentru a forma diciclopentadienă. Distilarea fracționată este adesea utilizată pentru a readuce diciclopentadiena în ciclopentadienă.
Impactul distilării fracționate asupra mediului
Distilarea fracționată singură nu dăunează mediului înconjurător. De fapt, distilarea fracționată transformă țițeiul, altfel inutilizabil, în produse mai valoroase. Cu toate acestea, rafinăriile de petrol, unde se efectuează distilarea fracționată a țițeiului, pot fi o sursă de poluare dacă produsele secundare nu sunt tratate corespunzător în conformitate cu reglementările.
Rafinăriile reprezintă o sursă majoră de poluanți atmosferici, cum ar fi particule, oxizi de azot și monoxid de carbon. Apele uzate de la rafinării provoacă, de asemenea, poluarea apei și a solului, deoarece se așează în acvifere, sol și ape subterane.