KAZALO
Uvod............................................................................................................................................2
Idealne
raztopine.........................................................................................................................3
Neidealne (realne)
raztopine.......................................................................................................3
Negativno
odstopanje..................................................................................................................4
Pozitivno
odstopanje...................................................................................................................4
Azeotrop......................................................................................................................................5
Azeotrop z maksimumom
vrelia..............................................................................................6
Zmesi ki se ne
meajo.................................................................................................................7
Vrste
destilacij.............................................................................................................................7
Navadna
destilacija.....................................................................................................................8
Frakcionirana
destilacija.............................................................................................................8
Vakuumska
destilacija................................................................................................................9
Air-sensitivevakuumska
destilacija........................................................................................10
Short
pathdestilacija...............................................................................................................11
Destilacija z vodno
paro............................................................................................................13
Osnove......................................................................................................................................13
Sestava
destilata........................................................................................................................15
Koliina
pare.............................................................................................................................16
a)kot spremljevalno
paro...........................................................................................................16
b) Para, potrebna za ogrevanje oziroma za potrebe po
toploti..................................................16
Zgodovina in
uporaba...............................................................................................................17
Destilacijo z vodno paro je izumil Perzijski kemik Ibn Sina, v
zaetku 11. stoletja. Potreboval jo je pri izdelavi eterinih olj.
Izum destilacije z vodno paro se je vedno bolj izpopolnjeval zaradi
ekstrakcije diav na podroju prfumerije. Tehnologija destilacije z
vodno paro je vidno vplival na razvoj, saj je doprinesla to so se
doloene sestavine katere prej ni bilo mono dobiti pripravljale v
istih oblikah. Sedaj se ta tehnika uporablja v irem podroju.
Najbolj je rairjena v prfumski industriji pravzaprav povsod kjer
pridobivajo diave. Primer je pridobivanje olja oziroma eterinih olj
iz agrumov. V destilacijski kotel nareemo lupine agrumov v katere
uvajamo vodno paro katera slui ne le omenjenim toplotnim zahtevam
ter trensportnim hlapom temve slui tudi kot mealno sredstvo.
Dovedena para priteka na dnu kotla kjer je temperatura zaradi
segrevanja s dvojnim plaem najvija, s tem pa prepreimo, da bi se
lupine za dlje asa izpostavile visokim temperaturam, katere bi
uniila eterina olja. Pare meanice olj in vode preidejo v enotaven
protitoen hladilnik kjer se skondenzirajo. Te lovimo v predloko, ki
je obiajno steklena posoda. Dobljeno zmes enostavno loimo z
ekstrakcijo organske faze od vodne faze. Eterina olja, ki jih
uporabljamo v prfumih, milih, kopelih in losionih v industrijskem
merilu proizvajajo v veih primerih brez dodatnega segrevanja s
enostavno ekstrakcijo z vodno
paro.............................................................................................................................17
Destilacija z vodno paro se veliko uporablja tudi v idustriji
petrokeminih izdelkov,farmacevtski in v naftni industriji. V
slednji jo uporabljajo pri kreking postopku kjer dolge verige
alkanov elijo razbiti na molekule z manjim tevilom C-atomov. V
meanico alkenov uvajajo pregreto vodno paro pri 8000C, zato se s
pomojo monih medsebojnih trkov mulekulske vezi v dolgih molekulah
razcepijo......................................18
Zakljuek...................................................................................................................................18
Postopek destilacije z vodno paro je zanimiv in uporaben nain
loevanja spojin, ki se med sabo ne meata. Prikazuje uinkovito
izrabljanje fizikalnih pojavov v tem sistemu............18
1
UvodNamen nae seminarske naloge je, predstaviti razline zmesi
tekoin, njihovo soodvisnost, postopke loevanja ter destilacijo z
vodno paro za sisteme, kjer se A in B ne meata. V naravi poznamo
dvokomponentne ter vekomponentne zmesi vendar se bomo za lajo
obrazloitev osredotoili le na dvokomponentne . Glede na soodvisnost
razloimo spojine: A in B se meata Idealne raztopine Realne
raztopine A in B se ne meata Za obrazloitev doloenih zgoraj natetih
sistemov bomo predstavili Raoultov ter Daltonov zakon. Raoultov
zakonpi = xi Pi
pri emer je pi parcialni tlak i-te komponente xi je molski dele
i-tekomponente v zmesi Pi je isti parni tlak i-te komponente.
Daltonov zakon 2
P = Pi + Pj
.
Iz tega vidimo, da se tlaki posameznih komponent v zmesi nad
raztopino setevajo.
Idealne raztopineZa raztopine z idealnim pomeanjem je znailno da
sledijo Raoultovemu zakonu, vendar je treba omeniti da strogo
idealne raztopine ne obstajajo. Za razliko od plinov so interakcije
v tekoinah relativno mone. Da je raztopina idealna moramo
predpostaviti, da je vseeno ali ima molekula A za sosednjo molekulo
A ali B. Drugae povedano interakcije med raznovrstnimi in
istovrstnimi molekulami morajo biti enake. Prav tako je za idealne
raztopine znailno da se volumni posameznih komponent pri meanju
setevajo, prav tako ne pride do toplotnih efektov. V naravi strogo
idealnih raztopin ni, so le njeni pribliki. Parni diagram za
idealno raztopino:
Neidealne (realne) raztopineZa neidealne raztopine prav tako
lahko uporabimo raoultov zakon pri emer vpeljemo dva nova faktorja,
to sta: Fugativnostni koeficient , le ta je popravek za neidealnost
plinov je eksperimentalno i doloen 3
Aktivnosti koeficient i pa je popravek za interakcije med
raznovrstnimi molekulami v tekoini Modificiran Raoultov zakon se
tako glasi:p i i = i xi Pi
Zaradi razlinih interakcij med istovrstnimi in raznovrstnimi
molekulami pride do odstopanja od Raoultovega zakona poznamo
raztopine z : -negativnim odstopanjem -pozitivnim odstopanjem
Negativno odstopanjeNegativno odstopanje od Raoultovega zakona
nastopa takrat ko so interakcije med A in B molekulami veje kot med
istovrstnimi molekulami A ali B, zatorej je parni tlak raztopine
manji od priakovanega po Raoultovem zakonu Parni diagram za
negativno odstopanje:
Pozitivno odstopanjeDo pozitivnega odstopanja od Raoultovega
zakona pride kadar so interakcije med istovrstnimi molekualmi A ali
B veje od interakcij med molekulami A in B. Posledica tega je da je
parni tlak take raztopine veji od napovedanega po Raoultovem
zakonu: 4
Parni diagram za pozitivno odstopanje.
AzeotropAzeotrop je zmes dveh ali veih tekoin v takem razmerju
da njegove sestave ni mono loiti z navadno destilacijo. Do tega
pride ker je molski dele par nad tekoino v azeotropski toki enak
molskemu deleu v tekoi fazi. Kot posledica negativnega in
pozitivnega odstopanja od Raoultovega se tudi pri azeotropih
pojavijo zmesi z maksimumom in minimumom vrelia. Azeotrop z
minimumom vrelia Dobro znan azetrop te vrste je zmes etanola (95.63
ut.%) in vode (4.37 ut.%). Etanol dosee vrelie pri 78.4 C voda pa
pri 100C pri 101.3 Kpa. Azeotrop s tako sestavo dosee vrelie pri
78.2 C in je najnija temperatura vrelia za zmes ethanol voda v
celotnem koncentracijskem obmoju pri 101.3 Kpa. Nasplono lahko
povzamemo, da pozitivni azeotropi vrejo pri najniji
temperaturi.
5
Azeotrop z maksimumom vreliaPrimer negativnega azeotropa je
klorovodikova kislina (20.2 ut.%) v vodi. Vodikov klorid ima
temperaturo vrelia pri-84 C, voda pa pri 100 C pri 101,3 Kpa .
Azeotrop dosee vrelie pri 110 C pri 101,3 kPa. Kot lahko vidimo je
pri tem primeru vrelie za 10 C veje od vode ter za 194 C veje od
vodikovega klorida.
6
Zmesi ki se ne meajoPri tvorbi zmesi dveh tekoin ki se med seboj
ne meajo je parni tlak nad zmesjo enak vsoti tlakov istih komponent
saj velja:pi = xi Pi
Pri emer je vrednost xi enak 1 iz tega sledi da je Parcialni
parni tlak enak parnemu tlaku iste komponente. Sledi:P = Pi +
Pj
Iz Daltonovega zakona vidimo da je parni tlak te zmesi veji kot
parni tlak posameznih komponent i in j. Posledica tega je znianje
vrelia te zmesi.
Vrste destilacijKljub temu, da gre pri destilaciji vedno za
enostaven proces, to je, prevedbo tekoine v paro in nato pare nazaj
v tekoino, razlikujemo ve vrst destilacij. Navadna in frakcionirana
7
destilacija se razlikujeta v uinkovitosti loitve, z vakuumsko
destilacijo pa lahko destiliramo tekoine z visokimi vrelii oziroma
termino neobstojne spojine. Destilacijo z vodno paro uporabljamo v
glavnem za izolacijo v vodi netopnih spojin in zmesi z
vodotopnimi.
Navadna destilacijaPri navadni destilaciji so proizvedeni vroi
hlapi speljani v kondenzator, kjer s kondenzirajo in ohladijo. Zato
pa destilat ne bo ist, njegova kompozicija bo identina kompoziciji
hlapov pri dani temperaturi in tlaku. Z navadno destilacijo navadno
loujemo idealne zmesi tekoin, katerih vrelia se razlikujejo vsaj za
80 C.
Frakcionirana destilacijaFrakcionirana destilacija je
uinkoviteja od navadne destilacije in jo uporabljamo za loevanje
idealnih zmesi tekoin, katerih vrelia se razlikujejo vsaj za 5-10 C
in jih zato ni mogoe dovolj uinkovito loiti z navadno
destilacijo.
Loitev tekoin a in b doseemo s frakcionirano destilacijo. Pri
frakcionirani destilaciji med destilacijsko buko in destilacijski
nastavek vstavimo frakcionirno kolono, to je termino izolirana cev,
ki ima posebno oblikovano steno (kolona po Vigreuxju) ali pa je
napolnjena z razlinimi polnili (npr. Raschigovimi obroki, koki
karborunda, kovinskimi spiralami itd.). Zelo uinkovite so kolone, v
katerih se vrti prilegajo se kovinski trak (spinning band
distillation-uporablja se teflon ali kovina). Delovanje
frakcionirne kolone razloimo na primeru frakcionirne destilacije
dane idealne zmesi z uporabo idealizirane kolone s prekati. V
destilacijski buki je zaetna zmes s sestavo A1B1, katere vrelie je
T1. Pare nad tekoino, ki imajo sestavo A2B2, prodrejo na prvi
prekat in ker je tam nija temperatura, kondenzirajo. Kondenzat na
prvem prekatu ima enako sestavo kot para nad tekoino v buki (A2B2).
S segrevanjem nadaljujemo, zato se tudi temperatura na prvem
prekatu dviga in ko 8
naraste do T2, tekoina na prvem prekatu zavre. Nastala para na
prvem prekatu ima sestavo A3B3. Ta para prodre na drugi prekat in
tam kondenzira v tekoino z isto sestavo. Ko se temperatura na
drugem prekatu dvigne na T3, tekoina zavre in nastane para s
sestavo A4B4 itd. Na vrhu frakcionirne kolone bo para iste tekoine
a, v destilacijski buki in delno v frakcionirni koloni pa ostane
tekoina b. Najprej lovimo destilat, ki vsebuje isto tekoino a, nato
dvignemo temperaturo kopeli in lovimo nekaj zmesne frakcije obeh
spojin in konno destilat, ki vsebuje isto spojino b. Opisane
razmere se vzpostavijo le pod ravnotenimi pogoji. Destilacija pa ni
ravnoteen proces, ker odvzemamo destilat in se zato sestava tekoine
v buki in na prekatih med destilacijo stalno spreminja. Loitev s
frakcionirno destilacijo je hitra in uinkovita, izgube tekoine pa
so majhne.
Vakuumska destilacijaDestilacijo pod znianim tlakom (vakuumsko
destilacijo) izvedemo v primeru, ko ima tekoina ali zmes, ki jo
hoemo oistiti, visoko vrelie ali pa pri vreliu pri atmosferskem
tlaku razpada. Z znianjem tlaka v aparaturi se tekoini znia vrelie.
Po enakih kriterijih, kot se odloimo med navadno in frakcionirno
destilacijo pri atmosferskem tlaku, se odloimo tudi za ustrezno
vrsto vakuumske destilacije. Vakuumska destilacija je tudi zelo
uporabna za zmesi, katerih vrelie presega temperaturo dekompozicije
oz razpada, pri atmosferskem tlaku. Tako zniamo tlak in se izognemo
razpadu zmesi.
9
Air-sensitivevakuumska destilacijaNekatere zmesi imajo visoka
vrelia in so obutljiva na zrak, prav tako se uporablja aparatura za
vakuumsko destilacijo prikazana spodaj, samo da se namesto vakuuma
uporablja inertni plin po konani destilaciji. e elimo zbirati
frakcijo pod zmanjanim tlakom, uporabimo pig adapter, ki ga
pritrdimo na konec kondenzatorja. Za zmesi, ki so zelo obutljive na
zrak uporabljamo Perkinov trikotnik. Perkinov trikotnik: ima
vgrajene tri ventile, ki omogoajo zamenjavo predloke, ne da bi bilo
potrebno izenaiti pritisk v celotni aparaturi; vime pa je
modificiran podaljek za hladilnik, na katerega lahko hkrati
pritrdimo ve buk. Aparatura: Perkinov trikotnik:
10
Legenda: Perkinov trikotnik 1. magnetno mealo 2. buka 3.
frakcionirna kolona 4. termometer 5. teflonski ventil 1 6. mrzli
prst 7. izstop hlad. vode8. vstop hlad. Vode
9. teflonski ventil 2 10. 11. 12. vakuum/plin rpalka teflonski
ventil 3 predloka
Short pathdestilacijaJe destilacija pri kateri destilat potuje
iz ene buke v drugo, pot, ki jo destilat pre
11
potuje je kratka le nekaj centimetrov. Med eno in drugo buko ne
potrebujemo kondenzatorja, ki bi ju loeval. To destilacijo
uporabimo, kadar hoemo oistiti malo koliino zmesi ali za zmesi, ki
so ne stabilne pri visokih temperaturah. Prednost je ta, da je
temperatura segrevanja precej nizka (pri znianem tlaku) kot
temperatura vrelia tekoine pri standardnem tlaku in destilat
prepotuje kratko razdaljo, da s kondenzira. Kratka razdalja
zagotavlja majhne izgube zmesi ali tekoine na obeh straneh
aparature. Kugelrohr(ogasta cev) je ena izmed Short
pathdestilacijskih naprav, ki pogosto vsebuje ve komor v katerih se
zbirajo destilacijske frakcije. Aparatura:
Short path vakuumska destilacijska aparatura z vertikalnim
kondenzatorjem (mrzli prst) za zmanjanje poti destilata. 1. buka z
mag. mealom 2. mrzli prst usmerjen v neposredni kondenzat 3.
hladilna voda izstop 4. hladilna voda vstop 5. vakuum/plin rpalka
6. predloka-destilat 12
Destilacija z vodno paro OsnoveDestilacija z vodno paro je vrsta
loevalne metode oz. je ena izmed destilacij,ki se uporablja za
ienje teko hlapnih organskih tekoin, ki se z vodo ne meajo. Po
veini so te teko hlapne organske spojine pri visokih temperaturah
neobstojne in zanejo razpadati zato loitev z obiajno destilacijo ni
mogoa. To vrsto destilacije izvajamo v podobni aparaturi kot
diferencialno destilacijo z razliko, da dodajamo vodo oz. paro s
pomojo parorazvijalnika. To je dodatna posoda kjer se voda segreje
do vrelia nato pa se jo uvaja preko cevi v samo aparaturo.
13
Odvene pare
parorazvijalec
kotel
hladilnik
predloka
aro v kotlu segrevamo s pomojo dvojnega plaa, para pa je
spremljevalka oz. nosilka organskih hlapov do hladilnika. V kotlu
ostanejo samo nehlapne organske neistoe. Toploto , ki jo
potrebujemo za uparjanje organske spojine lahko delno pokrijemo
tudi s presekom vodne pare.torej del pare lahko slui kot dovod
energije del pa transportne komponente. Glavni pomen pare pa je, da
se vrelie na principu Dalton-ovega zakona znia pod temperaturo, pri
katerih poslabanje organske spojine oziroma elenega produkta
postane znatno.
Parni tlaki so premo sorazmerni s temperaturo na podlagi splone
plinske enabe.e so snovi, ki jih je treba destilirati, so zelo
obutljivi na toploto, lahko destilacijo s paro nadgradimo oziroma
kombiniramo z vakuumsko destilacijo . Tako zmes spojin in posamezne
komponente zavrejo pri nijem tlaku in temperaturi. S Dalton-ovim
zakonom je vidno, da se skupna vsota tlakov zniata(zniamo tlak v
aparaturi) se mora zniati tudi posamezni parcialni tlak na desni
strani enabe. Iz splone plinske enabe pa vidimo, da se tudi
temperatura vrelia ustrezno znia.
14
Paparature
