ROZDZIELANIE I OCZYSZCZANIE SUBSTANCJI. DESTYLACJA.

Podobne dokumenty
Wykonanie destylacji:

ROZDZIELANIE I OCZYSZCZANIE SUBSTANCJI. DESTYLACJA.

PROCESY JEDNOSTKOWE W TECHNOLOGIACH ŚRODOWISKOWYCH DESTYLACJA

DESTYLACJA JAKO METODA WYODRĘBNIANIA I OCZYSZCZANIA ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH

Rektyfikacja - destylacja wielokrotna. Wpisany przez Administrator czwartek, 05 lipca :01 -

Ściąga eksperta. Mieszaniny. - filmy edukacyjne on-line Strona 1/8. Jak dzielimy substancje chemiczne?

Destylacja z parą wodną

KRYSTALIZACJA JAKO METODA OCZYSZCZANIA I ROZDZIELANIA SUBSTANCJI STAŁYCH

Para pozostająca w równowadze z roztworem jest bogatsza w ten składnik, którego dodanie do roztworu zwiększa sumaryczną prężność pary nad nim.

AUTOMATYKA I STEROWANIE W CHŁODNICTWIE, KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWIE L4 STEROWANIE KOLUMNĄ REKTYFIKACYJNĄ

stożek tulejka płaskie stożkowe kuliste Nominalna długość powierzchni szlifowanej 14/ / /32 29.

RÓWNOWAGA CIECZ PARA W UKŁADZIE DWUSKŁADNIKOWYM

PODSTAWOWE TECHNIKI PRACY LABORATORYJNEJ: OCZYSZCZANIE SUBSTANCJI PRZEZ DESTYLACJĘ I EKSTRAKCJĘ

ZALEŻNOŚĆ CIŚNIENIA PARY NASYCONEJ WODY OD TEM- PERATURY. WYZNACZANIE MOLOWEGO CIEPŁA PARO- WANIA

chemia wykład 3 Przemiany fazowe

Warunki izochoryczno-izotermiczne

FERMENTACJA ALKOHOLOWA I DESTYLACJA PROSTA

ĆWICZENIE 22 WYZNACZANIE CIEPŁA PAROWANIA WODY W TEMPERETATURZE WRZENIA

Operacje wymiany masy oraz wymiany ciepła i masy

Adsorpcyjne oczyszczanie gazów z zanieczyszczeń związkami organicznymi

Chemia Organiczna Syntezy

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Badanie zależności temperatury wrzenia cieczy od ciśnienia

Prawo dyfuzji (prawo Ficka) G = k. F. t (c 1 c 2 )

Katedra Chemii Organicznej. Przemysłowe Syntezy Związków Organicznych Ćwiczenia Laboratoryjne 10 h (2 x5h) Dr hab.

Wykład 8. Równowaga fazowa Roztwory rzeczywiste

Zadanie: 1 (1pkt) Zadanie: 2 (1 pkt)

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

LABORATORIUM CHEMII ORGANICZNEJ PROGRAM ĆWICZEŃ

Ćwiczenie 1. Ekstrakcja ciągła w aparacie Soxhleta

1 ekwiwalent 1,45 ekwiwalenta 0,6 ekwiwalenta

(12) OPIS PATENTOWY. (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (61) Patent dodatkowy do patentu:

3. Przejścia fazowe pomiędzy trzema stanami skupienia materii:

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

WNIKANIE CIEPŁA PRZY WRZENIU CIECZY

Magazynowanie cieczy

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

DESTYLACJA AZEOTROPOWA

Zaawansowane oczyszczanie

ĆWICZENIA PRZEPROWADZANE W FORMIE POKAZÓW:

Ćwiczenie 4. Reakcje charakterystyczne alkoholi jedno- i wielohydroksylowych. Destylacja etanolu jako metoda rozdziału cieczy.

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Zakład Chemii Organicznej, Wydział Chemii UMCS Strona 1

Równanie gazu doskonałego

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

PL B1. Sposób i urządzenie do przemysłowego czyszczenia, mycia lub odtłuszczania wyrobów lub detali w rozpuszczalnikach

Wykład 3. Diagramy fazowe P-v-T dla substancji czystych w trzech stanach. skupienia. skupienia

(54) Sposób otrzymywania cykloheksanonu o wysokiej czystości

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA ABSORPCYJNEJ POMPY CIEPŁA

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Temat: Skraplarka La Rouge a i skraplarka Gersza. Karol Szostak Inżynieria Mechaniczno Medyczna

Okresowa kolumna rektyfikacyjna

Skraplarki Claude a oraz Heylandta budowa, działanie, bilans cieplny oraz charakterystyka techniczna

Deflegmator przekrój poprzeczny

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

MGR Analiza energetyczna przejść fazowych.

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2018 CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Badanie równowag ciecz para w układach dwuskładnikowych

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

(54) Sposób wydzielania zanieczyszczeń organicznych z wody

Wykład 8B. Układy o ograniczonej mieszalności

PVD-COATING PRÓŻNIOWE NAPYLANIE ALUMINIUM NA DETALE Z TWORZYWA SZTUCZNEGO (METALIZACJA PRÓŻNIOWA)

Technologia chemiczna. Zajęcia 2

Wersja z dnia: Metoda piknometryczna jest metodą porównawczą. Wyznaczanie gęstości substancji ciekłych

Automatyzacja procesu odszraniania wentylatorowych chłodnic powietrza gorącymi parami czynnika w małych urządzeniach chłodniczych

O LPG W PROSTYCH SŁOWACH. Mieszanina propanu i butanu- LPG GAZ, który ulega skropleniu w temperaturze pokojowej gdy ciśnienie wynosi od 2.2 do 4 atm.

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie względnej przenikalności elektrycznej kilku związków organicznych

Praca objętościowa - pv (wymiana energii na sposób pracy) Ciepło reakcji Q (wymiana energii na sposób ciepła) Energia wewnętrzna

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. opracowali dr L.Bartel, dr M.Wasiak

WNIKANIE CIEPŁA PRZY KONDENSACJI PAR

(21) Numer zgłoszenia:

Sonochemia. Schemat 1. Strefy reakcji. Rodzaje efektów sonochemicznych. Oscylujący pęcherzyk gazu. Woda w stanie nadkrytycznym?

Podstawowe wiadomości o zagrożeniach

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

DESTYLACJA KOTŁOWA MIESZANINY DWUSKŁADNIKOWEJ

PRAWO DZIAŁANIA MAS I REGUŁA PRZEKORY

POLITECHNIKA GDAŃSKA

URZĄDZENIE DO ODZYSKU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO VRR12A INSTRUKCJA OBSŁUGI

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

OSUSZACZE POWIETRZA AQUA-AIR AQUA-AIR DR120, AQUA-AIR DR190, AQUA-AIR DR250, AQUA-AIR DR310, AQUA-AIR DR70

Szczegóły budowy kolektora próżniowego typu HeatPipe. Część 1.

Plan wykładu. 1. Rodzaje chłodzenia 2. Chłodzenie aktywne 3. Chłodzenie pasywne 4. Źródła hałasu 5. Metody zmniejszania hałasu

Kaskadowe urządzenia do skraplania gazów. Justyna Jaskółowska IMM. Techniki niskotemperaturowe w medycynie Gdańsk

SZKOLENIE PODSTAWOWE STRAŻAKÓW RATOWNIKÓW OSP Temat 11: Spalanie wybuchowe. Piotr Wójcik

Zaawansowane oczyszczanie

STACJA ODZYSKU FREONU VRR12A/MRB


Laboratorium 1. Izolacja i wykrywanie trucizn cz. 1

prof. dr hab. Małgorzata Jóźwiak

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

LXVIII OLIMPIADA FIZYCZNA

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNYCH. RÓWNOWAGA CHEMICZNA

Termodynamika równowag fazowych w układach dwuskładnikowych

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1 B01D 63/00

INSTRUKCJA OBSŁUGI CHŁODNICY M-COOLER 1700 M-COOLER 1700R

Transkrypt:

ROZDZIELANIE I OCZYSZCZANIE SUBSTANCJI. DESTYLACJA. Destylacja jest jedną z metod oczyszczania substancji. Stosuje się ją w celu oddzielenia substancji lotnych od mniej lotnych zanieczyszczeń lub do rozdzielenia mieszaniny kilku cieczy różniących się temperaturami wrzenia. Proces destylacji polega na przeprowadzeniu cieczy w stan pary, a następnie skropleniu w celu ponownego przeprowadzenia w ciecz. Substancję oczyszczaną ogrzewa się w kolbie destylacyjnej. Temperatura cieczy rośnie i jednocześnie wzrasta ciśnienie par nad cieczą, aż do osiągnięcia stanu wrzenia, tj. do momentu, gdy prężność par osiągnie wartość równą ciśnieniu nad ogrzewaną cieczą. Wtedy temperatura przyjmuje stałą wartość i nie zmienia się, mimo intensywnego ogrzewania, dopóki nie przedestyluje składnik wrzący w tej temperaturze. Całe dostarczone ciepło zostanie więc zużyte na przemianę cieczy w parę. Para przechodzi dalej do chłodnicy, gdzie zostaje oziębiona i skrapla się, spływając do odbieralnika. Można wyróżnić następujące rodzaje destylacji: a. destylacja prosta pod ciśnieniem atmosferycznym, b. destylacja próżniowa pod obniżonym ciśnieniem, c. destylacja z parą wodną, d. destylacja frakcyjna z kolumną destylacyjną, e. destylacja azeotropowa. PAROWANIE, WRZENIE I PRZEGRZANIE CIECZY Cząsteczki cieczy i cząsteczki gazu znajdują się w ustawicznym ruchu i zderzając się ze sobą wymieniają wzajemnie energię. Na powierzchni cieczy cząsteczki posiadające dużą energię mogą przejść do wolnej przestrzeni, tworząc fazę gazową danej substancji. Proces ten, zachodzący coraz intensywniej wraz ze wzrostem temperatury, nazywamy parowaniem. Gdy prężność par zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym, wówczas ciecz paruje nie tylko na powierzchni, ale i w całej objętości, o czym świadczą powstające wewnątrz pęcherze. Mówimy wtedy, że następuje wrzenie cieczy. Temperaturę, w której zachodzi ten proces nazywamy temperaturą wrzenia. W czasie destylacji może wystąpić niekorzystne zjawisko zwane przegrzaniem cieczy. Jest ono spowodowane znacznym opóźnieniem w ustaleniu się równowagi między fazą ciekłą a gazową. Ciecz może być przegrzana do znacznie wyższej temperatury od jej normalnej temperatury wrzenia i mimo to nie będzie wrzeć. Aby uniknąć przegrzania cieczy, należy wrzucić do naczynia środki ułatwiające powstawanie drobnych pęcherzyków tzw. zarodków fazy gazowej. Tymi środkami mogą być np. niepowlekany fajans, pumeks lub jednostronnie zatopione kapilary. W czasie ogrzewania cieczy wydobywają się z nich pęcherzyki powietrza, 1

które są zaczątkiem dużych pęcherzy pary, ułatwiając w ten sposób wrzenie cieczy. Kawałki potłuczonej porcelany nie mogą być stosowane ze względu na brak porów i rysowanie szkła. Uwaga! Nie należy do rozgrzanej cieczy wrzucać kawałków pumeksu czy innych ciał porowatych ze względu na niebezpieczeństwo gwałtownego wyrzucenia zawartości z naczynia, co może niekiedy powodować groźne poparzenia, a nawet pożar. DESTYLACJA PROSTA Ten rodzaj destylacji stosuje się do substancji, których temperatura wrzenia nie przekracza na ogół 200 o C i do takich cieczy, które w charakterystycznych dla nich temperaturach wrzenia nie ulegają rozkładowi. Stosuje się ją do rozdzielenia mieszanin, w których tylko jeden składnik jest lotny lub temperatury wrzenia składników różnią się w sposób zasadniczy (co najmniej 80 o C), bądź do odparowania rozpuszczalnika z roztworu. Główny produkt destylacji (czyli skroplona ciecz) nazywany jest destylatem. Pozostałość po destylacji nazywana jest cieczą wyczerpaną. Podczas destylacji prostej destylat dzieli się najczęściej na trzy frakcje: przedgon (zawierający łatwopalne zanieczyszczenia), frakcję główną (koncentrat oczyszczanego związku) oraz tzw. pogon (zawierający niewielką ilość zanieczyszczeń o wyższej temperaturze wrzenia). Pozostałość w kolbie destylacyjnej zawiera nielotne lub trudno lotne zanieczyszczenia. Typowe zestawy aparatury do wykonania destylacji prostej składają się z następujących elementów: kolba, nasadka destylacyjna, termometr, chłodnica, przedłużacz i odbieralnik. Wielkość i rodzaj aparatury muszą być dobrane w zależności od ilości substancji, przewidywanej temperatury wrzenia oraz właściwości fizykochemicznych substancji. Kolba destylacyjna może mieć każdą, odpowiednią do ilości cieczy pojemność, jednak do małych ilości (od 3 do 25 cm 3 ) lepiej użyć kolby gruszkowej. Kolba nie może być wypełniona bardziej niż do 2/3 jej nominalnej objętości. Większe wypełnienie kolby może spowodować zanieczyszczenie destylatu przez przerzucenie cieczy z kolby do odbieralnika związane z gwałtownym wrzeniem lub pienieniem się substancji, a niekiedy nawet rozerwanie aparatury. Ciecz w kolbie należy zabezpieczyć przed przegrzaniem. W tym celu należy wrzucić do kolby tzw. kamyczki wrzenne (z reguły kawałki wyprażonego fajansu o rozmiarach ok. 5 mm). Do destylacji należy używać sprawdzonego i dopasowanego termometru. Kulka z cieczą termometryczną musi być całkowicie omywana przez pary substancji (nieprzestrzeganie tego stanowi źródło poważnych błędów w odczytywaniu temperatury wrzenia), a termometr musi mieć zakres dopasowany do przewidywanej temperatury wrzenia. Rodzaj i długość chłodnicy powinny być dobrane do temperatury wrzenia cieczy. Dla cieczy o temperaturze wrzenia do 30 o C najlepiej jest używać chłodnicy o płaszczu chłodzonym mieszaniną chłodzącą (np. aceton stały CO 2 ), od 30 o C do 150 o C chłodnicy z płaszczem wodnym, a powyżej 150 o C stosuje się zwykle chłodnice powietrzne, ze względu na duże naprężenia, na jakie jest narażone szkło ogrzane do tych 2

temperatur. Aparatura powinna być dobrana wielkością do ilości substancji. Użycie zbyt dużej aparatury powoduje znaczne straty ze względu na dużą powierzchnię szkła zwilżonego warstewką cieczy i utratę ciepła przez dużą powierzchnię aparatury. W przypadku destylacji cieczy higroskopijnej stosuje się rurkę ze środkiem wiążącym wilgoć, którą dołącza się do przedłużacza. Jeżeli destyluje się ciecz, która w czasie ogrzewania wydziela niebezpieczne gazy lub pary, należy zastosować odpowiedni absorbent, lub w ostateczności podłączyć aparaturę do pompki wodnej przez T-rurkę. Aparatura do destylacji musi być dobrze zestawiona i szczelna, a jej wnętrze musi być bezwzględnie połączone z atmosferą (Ryc. 1). Ryc. 1. Zestaw do destylacji prostej: a kolba destylacyjna, b nasadka destylacyjna, c termometr, d chłodnica Liebiga, e przedłużacz, f odbieralnik, g elektryczny płaszcz grzejny. Po zestawieniu aparatury napełnia się kolbę destylacyjną cieczą, wrzuca kamyczki wrzenne (!), po czym rozpoczyna ogrzewanie, obserwując jednocześnie zachowanie cieczy. Po pewnym czasie pojawiają się pierwsze krople destylatu. Wówczas reguluje się tempo destylacji tak, aby ciecz łagodnie wrzała, a szybkość destylacji nie przekraczała od 1 do 3 kropli na sekundę. Po niedługim czasie temperatura przestaje się podnosić i ustala się w granicach 1-2 stopni. Wówczas zmienia się odbieralnik zawierający przedgon i zbiera frakcję główną w nowym odbieralniku, dopóki termometr wskazuje stałą temperaturę. Gdy temperatura zaczyna wzrastać, zmienia się ponownie odbieralnik, zbierając tak zwany pogon, zawierający z reguły wyżej wrzące zanieczyszczenia. Kiedy w kolbie destylacyjnej pozostanie 1-3 cm 3 cieczy, przerywa się ogrzewanie, odłącza się odbieralnik i rozmontowuje aparaturę. Należy pamiętać, że destylacji nie prowadzi się do sucha, ponieważ można doprowadzić do niekontrolowanego rozkładu pozostałości w kolbie destylacyjnej. 3

DESTYLACJA FRAKCYJNA Destylacja frakcyjna znajduje zastosowanie w przypadku konieczności rozdzielenia mieszaniny dwóch lub kilku związków, których temperatury wrzenia różnią się nieznaczne. Destylację frakcyjną wykonać można poprzez wielokrotne powtarzanie destylacji prostej. Uzyskuje się trzy frakcje: przedgon, frakcję główną i pogon (pozostałość destylacyjna) o wzrastającej temperaturze wrzenia, następnie łączy się ze sobą frakcje niżej wrzące i osobno frakcje o wyższej temperaturze wrzenia i ponownie poddaje destylacji. Powtarzając wielokrotnie taką operację można rozdzielić w skrajnych frakcjach składnik najniżej wrzący od najwyżej wrzącego. Metoda ta jest jednak bardzo pracochłonna i mało wydajna. Ten długi i skomplikowany sposób destylacji można uprościć przez zastosowanie tzw. deflegmatora lub kolumny destylacyjnej, na których jednocześnie zachodzi wiele jednostkowych procesów wymiany masy i ciepła miedzy fazą ciekłą i parową. Najprostsza aparatura do rektyfikacji składa się z: kolby destylacyjnej, kolumny destylacyjnej lub deflegmatora, chłodnicy i odbieralnika (Ryc. 2). Do kolby destylacyjnej w celu uniknięcia przegrzania cieczy wrzuca się kamyczki wrzenne. Dobre wyniki rozdziału mieszaniny uzyskuje się tylko przy powolnym i równomiernym ogrzewaniu kolby. Ryc. 2. Aparatura do destylacji frakcyjnej: a kolba destylacyjna, b kolumna Vigreux, c nasadka destylacyjna, d termometr, e chłodnica, f przedłużacz, g odbieralnik. Proces destylacji z kolumną destylacyjną nazywa się rektyfikacją. Podczas rektyfikacji w ruchu są dwie fazy: ciekła i parowa. Kolumna destylacyjna jest to najczęściej pionowa rura, poprzez którą pary destylowanej cieczy wędrują do góry, oziębiając się po drodze i ulegając częściowemu skropleniu. Utworzony kondensat 4

spływa wzdłuż kolumny ku dołowi. Wewnątrz kolumny następuje bezpośrednie zetknięcie się zawracanej cieczy z dążącymi ku górze parami. Mniej lotne składniki skraplają się szybko w dolnej części kolumny, pary zaś wzbogacają się w składniki bardziej lotne i w wyższych częściach kolumny ulegają ponownie częściowemu skropleniu, zaś najbardziej lotny składnik dostaje się najwyżej i następnie zostaje skroplony w chłodnicy. Zatem na różnych poziomach kolumny zachodzi cząstkowe parowanie i skraplanie. Po zestawieniu aparatury i napełnieniu kolby cieczą destylacyjną (kamyczki wrzenne!), podłącza się chłodnicę do wody i włącza ogrzewanie kolby. Podczas ogrzewania obserwuje się ustalenie równowagi pracy kolumny regulując odpowiednio ogrzewanie płaszcza. Następnie rozpoczyna się odbieranie destylatu, pamiętając, że w czasie destylacji frakcyjnej zbiera się zawsze osobno tę część destylatu tj. frakcję, w czasie wrzenia której termometr wskazuje stałą temperaturę lub waha się ona w nieznacznych granicach. Przeciętna szybkość destylacji wynosi 1 kroplę na 2-3 sekundy. Gdy po odebraniu pewnej frakcji tempo destylacji słabnie, mimo równomiernego ogrzewania, wtedy wzmaga się ogrzewanie, aż do momentu, kiedy zacznie destylować frakcja wyżej wrząca. Po zakończeniu destylacji aparaturę myje się przez przedestylowanie odpowiedniego, niskowrzącego rozpuszczalnika, po czym suszy strumieniem ciepłego powietrza. Nie należy myć aparatury wodą. DESTYLACJA PRÓŻNIOWA Destylację pod zmniejszonym ciśnieniem stosuje się do oczyszczania substancji wrzących powyżej 200 o C oraz takich, które w podwyższonej temperaturze ulegają rozkładowi. Wiadomym jest, że ciecz wrze wtedy, gdy prężność pary nasyconej zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym. Im wyższe jest ciśnienie otaczającego gazu, tym wyższa musi być prężność pary. A zatem, aby nastąpiło wrzenie, ciecz należy ogrzać do wyższej temperatury. Analogicznie, pod zmniejszonym ciśnieniem zewnętrznym, w niższej temperaturze nastąpi zrównanie prężności pary i wrzenie cieczy. Zasadnicze elementy aparatury do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem są takie same, jak do destylacji pod ciśnieniem normalnym. Obowiązują również podobne zasady prowadzenia procesu. Wszelkie różnice wynikają z wytworzenia w aparaturze ciśnienia mniejszego niż normalne. Podczas zestawienia aparatury do wykonania destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem, zwanej też próżniową, należy kierować się następującymi zasadami: 1. Do destylacji próżniowej należy używać wyłącznie kolb okrągłodennych lub naczyń wykonanych specjalnie do prac pod zmniejszonym ciśnieniem. Płyn w kolbie powinien sięgać w przybliżeniu 1/2 jej objętości. Dla płynów pieniących się stosuje się kolby większe i napełnia je do 1/3 objętości kolby. 2. Na kolbę nakłada się nasadkę Claisena z boczną szyjką, która zmniejsza możliwość przerzucenia cieczy z kolby do chłodnicy. W bocznej szyi nasadki umieszcza się termometr, a drugą zamyka rurką kapilarną, sięgającą prawie do dna kolby. 5

3. Na rurkę kapilarną nakłada się kawałek węża gumowego ze ściskaczem śrubowym, do regulacji dopływu powietrza. Przechodzące przez kapilarę pęcherzyki powietrza lub gazu obojętnego, zapewniają równomierne wrzenie cieczy podczas destylacji, zapobiegając jej przegrzaniu. 4. Odbieralniki są to najczęściej kolby okrągłodenne, których ilość dobieramy zależnie od ilości destylowanej cieczy oraz ilości spodziewanych frakcji. Odbieralnik połączony jest z chłodnicą za pomocą przedłużacza. 5. Przedłużacz łączy się z pompą próżniową przez zestaw zabezpieczający. Wskazane jest również połączenie układu z manometrem. Najprostszą pompą próżniową jest pompa wodna (szklana, teflonowa lub metalowa). Działanie pompki wodnej polega na porywaniu powietrza z zestawu destylacyjnego przez szybki strumień wody wypływającej z dyszy. Zaletą pompek wodnych szklanych lub teflonowych jest ich odporność na działanie par o charakterze kwaśnym lub zasadowym. Uciążliwą wadą pompek wodnych jest możliwość wciągania wody do układu próżniowego w przypadku obniżenia się ciśnienia wody w sieci wodociągowej. W tym celu między pompę próżniową, a zestaw próżniowy należy włączyć zestaw zabezpieczający. 6. Aparatura musi być szczelna. Duże nieszczelności uniemożliwiają wykonanie destylacji, drobne nieszczelności natomiast są przyczyną poważnych kłopotów podczas prowadzenia procesu, polegających na niekontrolowanych zmianach ciśnienia w aparaturze w związku z czym substancja chwilami destyluje bardzo energicznie i ciecz jest przerzucana do odbieralnika, albo nie destyluje wcale. Poniżej przedstawiono schematy zestawów do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w skali mikro (Ryc. 3) i makro (Ryc. 4). Jeśli konieczne jest kontrolowanie ciśnienia podczas destylacji stosujemy manometry (Ryc. 5). Uwaga! Prace pod zmniejszonym ciśnieniem kryją zawsze niebezpieczeństwo pęknięcia aparatury i drobnej eksplozji. Konieczne zatem jest używanie okularów ochronnych. Ryc. 3. Zestaw do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w skali mikro: a termometr, b chłodnicza powietrzna z przedłużaczem próżniowym, c podłączenie do pompy próżniowej, d odbieralnik, e kapilara, f kolba destylacyjna z kolumną Vigreux. 6

Ryc. 4. Zestaw do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w skali makro: a termometr, b chłodnica, c przedłużacz próżniowy, d rozdzielnik czteroramienny ( krówka laboratoryjna ), e kolba destylacyjna, f kapilara. d b woda chłodząca a c e f do pompy g Ryc. 5. Aparatura do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem: a kolba destylacyjna, b kapilara, c nasadka Claisena, d termometr, e chłodnica, f przedłużacz próżniowy, g odbieralnik, h manometr, i kolba ssawkowa. h i 7

DESTYLACJA Z PARĄ WODNĄ Tą drogą można oczyścić substancje stałe lub ciekłe pod warunkiem, że substancja destylowana nie miesza się i nie reaguje z wodą oraz jest lotna z parą wodną, tzn. wykazuje w temperaturze bliskiej 100 o C dość znaczną prężność par. W destylacji z parą wodną wykorzystuje się fakt, że całkowite ciśnienie pary nasyconej nad układem nie mieszających się składników jest równe sumie ciśnień cząstkowych poszczególnych składników. Taka mieszanina osiągnie temperaturę wrzenia wtedy, gdy suma ciśnień cząstkowych poszczególnych składników zrównoważy ciśnienie atmosferyczne (ciśnienie zewnętrzne stosowane przy tej destylacji). Zatem temperatura wrzenia mieszaniny będzie zawsze niższa od temperatury wrzenia składnika najbardziej lotnego. Aparatura do destylacji z parą wodną składa się: z kociołka blaszanego lub kolby kulistej do wytwarzania pary wodnej, kolby kulistej, w której umieszcza się ciecz do destylacji oraz chłodnicy i odbieralnika. W destylacji wodnej uproszczonej (bez kociołków), woda spływając kroplami z wkraplacza wytwarza parę wodną bezpośrednio w kolbie destylacyjnej. Gdy wodę w kociołku nagrzewamy, wentyl jest otwarty, a gdy woda wrze, wentyl zamykamy przy pomocy ściskacza, wprowadzając w ten sposób parę do kolby destylacyjnej. Kolbę destylacyjną montuje się ukośnie, zapobiega to przerzuceniu cieczy z kolby do chłodnicy. Przewód gumowy łączący kociołek z nasadką powinien być jak najkrótszy, aby przechodząca para nie ulegała po drodze kondensacji. Po ukończeniu destylacji należy najpierw zdjąć ściskacz z wentyla, a następnie dopiero odłączyć grzanie. c woda chłodząca b a d e g f h Ryc. 6. Aparatura do destylacji z parą wodną (zestaw uproszczony): a kolba destylacyjna, b nasadka Claisena, c wkraplacz, d chłodnica, e przedłużacz, f odbieralnik, g elektryczny płaszcz grzejny, h podnośnik. 8

c woda chłodząca a b d e f Ryc. 7. Aparatura do destylacji z parą wodną przy użyciu kociołka: a kociołek, b kolba destylacyjna, c nasadka destylacyjna, d chłodnica, e przedłużacz, f odbieralnik. DESTYLACJA AZEOTROPOWA Nie wszystkie jednak mieszaniny związków, nawet różniące się dość znacznie temperaturą wrzenia, mogą być rozdzielone na składniki za pomocą destylacji. Są to tzw. mieszaniny azeotropowe, których skład fazy parowej nie różni się od składu fazy ciekłej i wraz ze zmianą ciśnienia zmienia się jednak nie tylko temperatura wrzenia, lecz i skład destylatu, co dowodzi, że mamy do czynienia z mieszaniną, a nie ze związkiem jednorodnym. W związku z tym rozróżniamy dwa zasadnicze typy mieszanin dwuskładnikowych, zależnie od zachowania się ich podczas destylacji: 1. Mieszaniny wrzące w temp. niższej od obu składników (t. wrz. osiąga minimum, np. mieszanina dwusiarczku węgla i acetonu lub etanolu i wody). 2. Mieszaniny wrzące w temp. wyższej od obu składników (t. wrz. osiąga maksimum, np. mieszanina chloroformu i acetonu). Typ 1 i 2 stanowią mieszaniny azeotropowe, które nie dają się rozdzielić na składniki czyste. W dowolnej mieszaninie dwóch związków A i B, które w pewnym stosunku tworzą azeotrop M, można wyróżnić zawsze mieszaninę azeotropową i składnik A lub B, będący w nadmiarze. W wyniku destylacji takiej mieszaniny o dowolnym stosunku związków A i B nie otrzymuje się czystych związków A i B, lecz tylko rozdzielenie na mieszaninę azeotropową (M) i składnik, który był w nadmiarze (A lub B) 9

Tabela I. Częściej spotykane mieszaniny azeotropowe. Mieszanina azeotropowa Temperatura wrzenia składników ( o C) Skład mieszaniny azeotropowej (% wag) Temperatura wrzenia mieszaniny azeotropowej ( o C) woda etanol 100 78.3 5 95 78.15 woda octan etylu 100 78 9 91 70 woda benzen 100 80.6 9 91 69.2 woda toluen 100 110.6 20 80 84.1 etanol octan etylu 78.3 78 30 70 72 etanol benzen 78.3 80.6 32 68 68.2 etanol chloroform 78.3 61.2 7 93 59.4 metanol benzen 64.7 80.6 39 61 48.3 chloroform aceton 61.2 56.4 80 20 64.7 toluen kwas octowy 110.6 118.5 72 28 105.4 etanol benzen woda 78.3 80.6 100 19 74 7 64.9 Rozdziału dwu składników azeotropów można dokonać tylko drogą pośrednią, np. przez destylację z substancją trzecią, która zmienia stosunki prężności par. Przykładem może być 95.5% handlowy etanol (o t.w. 78.15 o C) do którego dodaje się benzen, co powoduje powstanie nowej trójskładnikowej mieszaniny azeotropowej (o t.w. 64.8 o C) o składzie 7.4% wody, 18.5% etanolu i 74.1% benzenu. Mieszanina taka jako niżej wrząca destylować będzie tak długo, aż zabraknie wody. Następnie będzie destylować frakcja o t.w. 68.2 o C stanowiąca nowy azeotrop (32.4% benzenu i 67.6% etanolu). W tej frakcji usuwa się resztki benzenu. Pozostałość najwyżej wrząca stanowi 100% etanol. Ryc. 8. Aparatura do destylacji azeotropowej: a chłodnica zwrotna, b nasadka azeotropowa, c kolba okrągłodenna, d płaszcz grzejny. 10

Kolbę okrągłodenną z mieszaniną azeotropową ustawia się w płaszczu grzejnym, dołącza nasadkę azeotropową i chłodnicę zwrotną i rozpoczyna ogrzewanie. Pary azeotropu po skropleniu w chłodnicy są kierowane do nasadki, w której następuje rozdzielenie się warstw. Po wypełnieniu się całej nasadki lżejszy składnik jest kierowany z powrotem do kolby, natomiast cięższy np. woda można oddzielić po otwarciu kranu znajdującego się na spodzie ramienia nasadki. Pytania sprawdzające 1. Wyjaśnij następujące pojęcia: a) wrzenie cieczy, b) parowanie cieczy, c) przegrzanie cieczy, d) przedgon, e) pogon, f) destylat, g) krzywa destylacyjna. 2. Od czego zależy rodzaj chłodnicy użytej do destylacji? 3. Narysuj i podpisz elementy aparatury do destylacji prostej (frakcyjnej; uproszczony z parą wodną; z parą wodną z kociołkiem). 4. Metody zapobiegania przegrzaniu cieczy podczas destylacji. 5. Z czego powinien składać się zestaw do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem (z parą wodną; azeotropowej)? 6. Na czym polega destylacja frakcyjna? 7. Jakie właściwości musi posiadać substancja, aby można ją było poddać destylacji z parą wodną? 8. Co to są mieszaniny azeotropowe? Podaj przykłady. 9. Na czym polega istota destylacji azeotropowej? Opisz na przykładzie otrzymywania 100% etanolu za pomocą benzenu. 10. Jakie podstawowe warunki BHP muszą być zachowane podczas każdej destylacji bez względu na jej rodzaj? 11