Nguyên tắc của phương pháp chưng cất

các chưng cất đơn giản là một quá trình trong đó hơi được tạo ra từ chất lỏng được đưa trực tiếp vào thiết bị ngưng tụ, bên trong đó nhiệt độ của hơi đi xuống và quá trình ngưng tụ của nó diễn ra.

Nó được sử dụng để tách một thành phần dễ bay hơi khỏi các thành phần không bay hơi có trong chất lỏng. Nó cũng được sử dụng để tách hai chất lỏng có trong dung dịch có điểm sôi rất khác nhau.

Nguyên tắc của phương pháp chưng cất

Chưng cất đơn giản không phải là một phương pháp hiệu quả để tách hai chất lỏng dễ bay hơi có trong dung dịch. Khi nhiệt độ của nó tăng lên thông qua việc cung cấp nhiệt, động năng của các phân tử cũng tăng lên, cho phép chúng vượt qua lực kết dính giữa chúng.

Các chất lỏng dễ bay hơi bắt đầu sôi khi áp suất hơi của chúng bằng với áp suất bên ngoài tác động lên bề mặt dung dịch. Cả hai chất lỏng đều góp phần vào thành phần của hơi được tạo thành, sự hiện diện của chất lỏng dễ bay hơi càng lớn; đó là, điểm có điểm sôi thấp nhất.

Do đó, chất lỏng dễ bay hơi nhất chiếm phần lớn chất chưng cất được hình thành. Quá trình được lặp lại cho đến khi đạt được độ tinh khiết mong muốn hoặc nồng độ tối đa có thể.

Chỉ số

  • 1 Quy trình chưng cất đơn giản
    • Đội 1.1
    • 1.2 Bình ngưng
    • 1.3 Hệ thống sưởi
  • 2 ví dụ
    • 2.1 Chưng cất nước và rượu
    • 2.2 Tách lỏng-rắn
    • 2.3 Rượu và glycerin
  • 3 tài liệu tham khảo

Quy trình chưng cất đơn giản

Trong chưng cất đơn giản, nhiệt độ của dung dịch được tăng lên cho đến khi đạt đến điểm sôi. Tại thời điểm đó, sự chuyển đổi giữa trạng thái lỏng và khí xảy ra. Điều này được quan sát thấy khi một sự sủi bọt liên tục bắt đầu trong quá trình hòa tan.

Đội

Các thiết bị để thực hiện chưng cất đơn giản thường bao gồm một cái bật lửa hoặc chăn sưởi (xem hình ảnh); một bình thủy tinh chịu lửa tròn với miệng thủy tinh mờ, để cho phép khớp nối của nó; và một số hạt thủy tinh (một số sử dụng một thanh gỗ) để giảm kích thước của các bong bóng hình thành.

Các hạt thủy tinh đóng vai trò là lõi hình thành bong bóng, cho phép chất lỏng sôi chậm, ngăn ngừa quá nhiệt dẫn đến sự hình thành của một loại bong bóng khổng lồ; thậm chí có khả năng đẩy một khối chất lỏng ra khỏi bong bóng chưng cất.

Được gắn vào miệng bình là một bộ chuyển đổi thủy tinh chịu lửa với ba vòi phun, được làm bằng thủy tinh mờ. Một miệng được ghép với bình chưng cất, một miệng thứ hai được ghép với bình ngưng và miệng thứ ba được đóng lại bằng cách sử dụng nút cao su.

Trong ảnh, lắp ráp thiếu bộ chuyển đổi này; và thay vào đó, thông qua cùng một nút cao su, nhiệt kế và một đầu nối trực tiếp với thiết bị ngưng tụ được đặt.

Bình ngưng

Thiết bị ngưng tụ là một thiết bị được thiết kế để thực hiện chức năng được chỉ định bởi tên của nó: để ngưng tụ hơi nước di chuyển qua bên trong nó. Bằng miệng trên của nó được ghép nối với bộ chuyển đổi, và bằng miệng dưới của nó được kết nối với một quả bóng nơi các sản phẩm chưng cất được thu thập.

Trong trường hợp hình ảnh, họ sử dụng (mặc dù không phải lúc nào cũng đúng) một hình trụ chia độ, để đo thể tích chưng cất cùng một lúc.

Nước lưu thông qua lớp vỏ ngoài của thiết bị ngưng tụ, xâm nhập vào phần này bởi phần kém hơn và rời khỏi phần vượt trội. Điều này đảm bảo rằng nhiệt độ ngưng tụ đủ thấp để cho phép ngưng tụ hơi được tạo ra trong bình chưng cất.

Tất cả các bộ phận tạo nên thiết bị chưng cất được cố định bằng các kẹp được nối với giá đỡ bằng kim loại.

Một thể tích dung dịch được chưng cất được đặt trong bình tròn có dung tích phù hợp.

Các kết nối thích hợp được thực hiện bằng cách sử dụng than chì hoặc dầu mỡ để đảm bảo rằng niêm phong có hiệu quả và bắt đầu làm nóng dung dịch. Đồng thời, dòng nước qua thiết bị ngưng tụ được bắt đầu.

Hệ thống sưởi

Khi quá trình gia nhiệt của chưng cất tiến hành, nhiệt độ tăng lên được quan sát trong nhiệt kế, cho đến khi đạt đến điểm mà nhiệt độ không đổi. Điều này vẫn còn như vậy ngay cả khi sưởi ấm tiếp tục; trừ khi tất cả các chất lỏng dễ bay hơi đã bay hơi hoàn toàn.

Giải thích cho hành vi này là đã đạt được điểm sôi của thành phần sôi thấp hơn của hỗn hợp chất lỏng, trong đó áp suất hơi của nó bằng với áp suất bên ngoài (760 mm Hg).

Tại thời điểm này, tất cả năng lượng nhiệt được sử dụng trong sự thay đổi từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí liên quan đến sự hết hạn của lực kết dính liên phân tử của chất lỏng. Do đó, việc cung cấp nhiệt không làm tăng nhiệt độ.

Sản phẩm lỏng của quá trình chưng cất được thu thập trong bình, được dán nhãn đúng, khối lượng của chúng sẽ phụ thuộc vào thể tích ban đầu được đặt trong bình chưng cất.

Ví dụ

Chưng cất nước và rượu

Có dung dịch cồn 50% trong nước. Biết rằng điểm sôi của rượu là 78,4 ° C và điểm sôi của nước là khoảng 100 ° C, sau đó người ta có thể có được một loại rượu nguyên chất với một bước chưng cất đơn giản? Câu trả lời là không.

Bằng cách đun nóng hỗn hợp cồn-nước, điểm sôi của chất lỏng dễ bay hơi nhất ban đầu đạt được; trong trường hợp này, rượu. Hơi được tạo thành sẽ có tỷ lệ lớn hơn của rượu, nhưng cũng sẽ có sự hiện diện cao của nước trong hơi, vì các điểm sôi tương tự nhau..

Chất lỏng thu được từ quá trình chưng cất và ngưng tụ sẽ có tỷ lệ cồn lớn hơn 50%. Nếu chất lỏng này được chưng cất liên tiếp, có thể đạt được dung dịch cồn đậm đặc; nhưng không nguyên chất, vì hơi nước sẽ tiếp tục kéo nước đến một thành phần nhất định, tạo thành cái gọi là azeotrope

Sản phẩm lỏng của quá trình lên men đường có tỷ lệ cồn là 10%. Nồng độ này có thể được thực hiện ở mức 50%, như trong trường hợp của Whisky, bằng cách chưng cất đơn giản.

Tách chất lỏng-rắn

Dung dịch muối trong nước được tạo thành bởi một chất lỏng có thể bay hơi và hợp chất không bay hơi, có nhiệt độ sôi cao: muối.

Khi dung dịch được chưng cất, nước tinh khiết có thể thu được trong chất lỏng ngưng tụ. Trong khi đó, ở đáy bình chưng cất, muối sẽ lắng đọng.

Rượu và glycerin

Nó có hỗn hợp rượu ethyl, với điểm sôi là 78,4 ºC và glycerin, với điểm sôi là 260 ºC. Khi được chưng cất đơn giản, hơi được tạo thành sẽ có tỷ lệ cồn rất cao, gần 100%.

Vì vậy, bạn sẽ nhận được một chất lỏng chưng cất với tỷ lệ phần trăm của rượu, tương tự như hơi nước. Điều này xảy ra bởi vì điểm sôi của chất lỏng rất khác nhau.

Tài liệu tham khảo

  1. Claude Yoder (2019). Chưng cất Hóa học có dây Lấy từ: Wiredchemist.com
  2. Whites, Davis, Peck & Stanley. (2008). Hóa học (Tái bản lần thứ 8). Học tập.
  3. Dragani, Rạch. (Ngày 17 tháng 5 năm 2018). Ba ví dụ về hỗn hợp chưng cất đơn giản. Kinh dị. Lấy từ: sciences.com
  4. Helmenstine, Anne Marie, Tiến sĩ (Ngày 2 tháng 1 năm 2019). Chưng cất là gì? Định nghĩa hóa học. Lấy từ: thinkco.com
  5. Tiến sĩ thợ hàn (s.f.). Chưng cất đơn giản. Lấy từ: dartmouth.edu
  6. Đại học Barcelona. (s.f.). Chưng cất Lấy từ: ub.edu

Chưng cất là một quá trình tách quan trọng trong hóa học, công nghiệp và khoa học thực phẩm. Dưới đây là định nghĩa về chưng cất và xem xét các loại chưng cất và công dụng của nó.

  • Chưng cất là quá trình tách các thành phần của hỗn hợp dựa trên các điểm sôi khác nhau.
  • Ví dụ về việc sử dụng chưng cất bao gồm tinh chế rượu, khử muối, lọc dầu thô và tạo khí hóa lỏng từ không khí.
  • Con người đã sử dụng phương pháp chưng cất từ ​​ít nhất 3000 năm trước Công nguyên ở thung lũng Indus.

Chưng cất là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách hỗn hợp dựa trên sự khác biệt về các điều kiện cần thiết để thay đổi pha của các thành phần của hỗn hợp. Để tách một hỗn hợp chất lỏng, chất lỏng có thể được đun nóng để ép các thành phần có nhiệt độ sôi khác nhau vào pha khí . Sau đó khí được ngưng tụ lại thành dạng lỏng và thu lại. Lặp lại quá trình trên chất lỏng thu được để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm được gọi là chưng cất kép. Mặc dù thuật ngữ này được áp dụng phổ biến nhất cho chất lỏng, nhưng quá trình ngược lại có thể được sử dụng để tách khí bằng cách hóa lỏng các thành phần bằng cách sử dụng các thay đổi về nhiệt độ và / hoặc áp suất.

Nhà máy thực hiện quá trình chưng cất được gọi là nhà máy chưng cất . Thiết bị được sử dụng để thực hiện quá trình chưng cất được gọi là tĩnh .

Bằng chứng sớm nhất được biết đến về quá trình chưng cất đến từ một thiết bị chưng cất bằng đất nung có niên đại 3000 năm trước Công nguyên ở thung lũng Indus của Pakistan. Chưng cất đã được sử dụng bởi người Babylon ở Lưỡng Hà. Ban đầu, chưng cất được cho là đã được sử dụng để sản xuất nước hoa. Quá trình chưng cất đồ uống diễn ra muộn hơn nhiều. Nhà hóa học người Ả Rập Al-Kindi đã chưng cất rượu ở Irag thế kỷ thứ 9. Chưng cất đồ uống có cồn xuất hiện phổ biến ở Ý và Trung Quốc bắt đầu từ thế kỷ 12.

Chưng cất được sử dụng cho nhiều quy trình thương mại, chẳng hạn như sản xuất xăng, nước cất, xylen, rượu, parafin, dầu hỏa, và nhiều chất lỏng khác . Khí có thể được hóa lỏng và tách biệt. Ví dụ: nitơ, oxy và argon được chưng cất từ ​​không khí.

Các loại chưng cất bao gồm chưng cất đơn giản, chưng cất phân đoạn (các 'phân đoạn' dễ bay hơi khác nhau được thu thập khi chúng được sản xuất) và chưng cất phá hủy (thông thường, một vật liệu được đun nóng để phân hủy thành các hợp chất để thu gom).

Có thể sử dụng phương pháp chưng cất đơn giản khi điểm sôi của hai chất lỏng khác nhau đáng kể hoặc để tách chất lỏng khỏi chất rắn hoặc các thành phần không bay hơi. Trong chưng cất đơn giản, một hỗn hợp được đun nóng để thay đổi thành phần dễ bay hơi nhất từ ​​thể lỏng thành hơi. Hơi bốc lên và đi vào bình ngưng. Thông thường, bình ngưng được làm mát (ví dụ: bằng cách cho nước lạnh chảy xung quanh) để thúc đẩy sự ngưng tụ của hơi, hơi được thu lại.

Chưng cất bằng hơi nước được sử dụng để tách các thành phần nhạy cảm với nhiệt. Hơi nước được thêm vào hỗn hợp, làm cho một số nó bốc hơi. Hơi này được làm lạnh và ngưng tụ thành hai phần lỏng. Đôi khi các phân số được thu thập riêng biệt, hoặc chúng có thể có các giá trị mật độ khác nhau , vì vậy chúng tự tách ra. Một ví dụ là chưng cất hoa bằng hơi nước để thu được tinh dầu và sản phẩm chưng cất từ ​​nước.

Chưng cất phân đoạn được sử dụng khi điểm sôi của các thành phần của hỗn hợp gần nhau, được xác định bằng cách sử dụng định luật Raoult . Một cột chưng cất phân đoạn được sử dụng để tách các thành phần được sử dụng một loạt các quá trình chưng cất được gọi là chỉnh lưu. Trong chưng cất phân đoạn, hỗn hợp được đốt nóng để hơi bốc lên và đi vào cột chưng cất phân đoạn. Khi hơi nguội đi, nó sẽ ngưng tụ trên vật liệu đóng gói của cột. Nhiệt của hơi bốc lên làm cho chất lỏng này hóa hơi một lần nữa, di chuyển nó dọc theo cột và cuối cùng thu được một mẫu có độ tinh khiết cao hơn của thành phần dễ bay hơi hơn của hỗn hợp.

Chưng cất chân không được sử dụng để tách các thành phần có nhiệt độ sôi cao. Giảm áp suất của thiết bị cũng làm giảm điểm sôi. Nếu không, quá trình này tương tự như các hình thức chưng cất khác. Chưng cất chân không đặc biệt hữu ích khi nhiệt độ sôi bình thường vượt quá nhiệt độ phân hủy của hợp chất.

  • Allchin, FR (1979). "Ấn Độ: Ngôi nhà cổ xưa của chưng cất?". Người đàn ông . 14 (1): 55–63. doi: 10.2307 / 2801640
  • Forbes, RJ (1970). Lược sử ngắn về nghệ thuật chưng cất từ ​​thuở sơ khai cho đến khi Cellier Blumenthal qua đời . VÒNG TAY. ISBN 978-90-04-00617-1.
  • Harwood, Laurence M.; Moody, Christopher J. (1989). Thực nghiệm hóa học hữu cơ: Nguyên tắc và Thực hành (Bản minh họa). Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0-632-02017-1.