Distilarea
Distilarea este o metod foarte utilizat pt separarea
componenilor amestecurilor lichide bazate pe distribuia
constituenilor amestecurilor ntre lichid i vapori. Aceast metod
este adesea folosit la purificarea probelor organice volatile sau
semivolatile. Scopul principal al distilrii este separarea
componenilor volatili dintr-un amestec de componeni semivolatili
sau de alii.
n general, dac 2 componeni ai unui amestec de lichide cu
presiuni de vapori diferii, analitii pot mbuntii componenii mai
volatili n faz de vapori, cele 2 faze pot fi separate avnd n faza
de vapori compui volatili, iar n faz lichid compui cu volatilitate
sczut. n legile lui Raul i Dalton pot fi aplicate pt un amestec
ideal dar cu excepia amestecurilor de hidrocarburi i a unor
amestecuri de soluii, rareori se ntlnesc amestecuri cu
comportamentul ideal lichid vapor. (Prin combinarea celor 2 legi se
poate obine o ecuaie pt volatilitatea relativ ntre 2 componeni,
aceast volatilitate se noteaz cu , AB=). Pt amestecurile neideale
volatilitatea relativ poate varia rapid cu compoziia temperatura i
structura molecular. Factorul de mbogire sau volatilitatea relativ
() pt un component particular poate fi determinat prin distilare n
condiii de reflux total n care faza de vapori este n echilibru cu
faz lichid i nedistilatul este transferat balonului distilrii.
Acea poriune n care se realizeaz un echilibru dintre faza de
vapori si faza de lichid n coloana de distilare se cheam taler
teoretic. Cu ct o coloan are mai multe coloane de distilare cu att
ea este mai performant. Ex la petrol la nceput este negru, dar din
el se scoate smoal, etc white spirt, pn se ajunge la petrolul.
Numrul talerelor teoretice pt o singur treapt de distilare este
1, fiecare taler (farfurie) reprezint un echilibru ntre faz lichid
i faza de vapori. Adesea mai mult dect un singur taler teoretic
este necesar pt a realiza o separarea bun i o purificare a probei.
n industrie n general se utilizeaz distilarea fracionat (n
contracurent sau retificare), dar n anumite cazuri ei pot utiliza i
distilarea continu pt separarea amestecurilor volatile.
ntreg procesul poate fi conceput ca muli pai ai distilrii cu
stadii interconectate, vaporii i lichidul se mic calculat prin
talere, vaporii condensai i redistilai sunt trecui prin coloana de
distilare. Componenii cu volatilitate sczut rmn n urm i devin bogai
n faz lichid. Gradul de separare ntr-o distilare depinde de
proprietile fizice ale componenilor ntr-un amestec de tipul
acestora. Pentru purificarea sau prepararea probelor din amestecuri
complexe se utilizeaz mai rar distilarea simpl astfel sunt
utilizate tehnici ca distilarea fracionat, distilarea cu vapori,
distilarea extractiv, etc.
Distilarea simpl.
Distilarea simpl sau diferenial este o operaie discontinu care
se execut fierbnd o cantitate de amestec iniial i eliminnd vapori
din fierbtor pe msur ce ei se formeaz, vaporii rezultai sunt
condensai ntr-un condensator.
Condensatul sau distilatul reprezint fraciunea uoar cu coninut
mai mare din componentul sau componenii mai volatili. Reziduul sau
fraciunea grea care rmne n fierbtor cnd se ntrerupe distilarea este
mai concentrat n componentul sau componenii greii ai amestecului
iniial (mai puin volatili). Termometru Desen: iese apa
Intr apa
(balon de distilare)
Pentru tu trebuie alcool pur!
n distilrile obinuite, condiiile distilrii simple nu sunt
ndeplinite n mod riguros din cauz c totdeauna exist o condensare
parial a vaporilor n prile superioare ale fierbtorului.
Distilarea fracionat.
Este o tehnic puin mai sofisticat dect cea prezentat anterior n
aa fel nct n distilarea fracionat vaporii de la distilat vin n
contact cu o fracie a condensatului ntr-un contracurent. Distilarea
fracionat genereaz mai multe trepte (talere teoretice) dect
procesul distilrii simple, ea poate fi utilizat la separarea
amestecurilor multi-componente. Refluxul n mai multe stadii permite
fracionarea mai multor componeni volatili ai unui amestec. Vaporii
la vrful coloanei sunt condensai i o parte a lor sunt trecui ca
produs. Sunt i alte aparate n industrie de distilare fracionat de
structuri diferite.
Rata de curgere a lichidului i a vaporilor este ajunstat astfel
nct la fiecare loc n interiorul coloanei lichidul are o concentraie
mai mare a componenilor volatili care corespund echilibrului cu
vaporii care vin n contact. Ca un rezultat componenii mai volatili
trec din lichid n vapori i componenii mai puini volatili trec n
direcie opus. Vaporii devini progresivi mbogii cu componeni mai
volatili i care se deplaseaz n sus n coloan ctre refrigerent, iar
lichidul mai concentrat n comp mai puin volatili care curg n jos n
coloan.
Desen Ancua
Distilarea n vid.
n laboratoare, compuii cu sensibilitate la cldur nu pot fi
ntotdeauna distilai la presiunea atmosferic pt c nclzirea
echipamentului de distilare la temperatur foarte ridicat, poate fi
dificil, i compuii pot fi instabili la presiune atmosferic i la
aceste temperaturi. Pt a nltura aceste neajunsuri, s-au realizat
distilri simple sau fracionate la presiune redus (1-200 mm coloan
de mercur). Pt distilarea substanelor termolabile (care se
descompun la temperatur) i a celor greu volatile se recurge la
micorarea temperaturii prin coborrea presiunii de distilare, ns
aceasta este limitat la 2-5 mm coloan de mercur, chiar i n cadrul
aparatelor de laborator. Aceast presiune sczut n fierbtorul
distilatorului reprezint pierderea necesar de presiune pt trecerea
vaporilor din fierbtor n condensator cu un debit acceptabil.
Din cauza volumului specific mare al vaporilor la presiuni mici,
debitul de mas al substanei scade repede cu coborrea presiunii.
S-au fcut calcule (Hicman i Sanctfort) care arat c dac la 10 tori,
o anumit cantitate de substan se distila n 0-5 minute, aceeai
cantitate distil la o presiune de 1 tor ntr-o or, la o presiune de
0,1 tori ntr-o sptmn, iar la 0,01 tori n 2 ani i la 0,001 tori n 40
de ani. Aceast variant la presiuni sczute, de distilare n vid, se
numete distilare molecular, fiind un procedeu de distilare care
ntrunete un ansamblu de mijloace pt mrirea debitului de distilare
la presiuni de aproximativ 10la minus 3 tori, prin intensificarea
celor 4 procese de intensificare ale procedeului i anume:
1. Difuzarea componenilor prin lichid;
2. Vaporizarea la suprafaa lichidului;
3. Transportul vaporilor la suprafaa de condensare;
4. Condensarea pe suprafaa condensatorului.
Antrenarea cu vapori.
Este o alternativ asemntoare pt purificarea sau prepararea
probelor sensibile la cldur. Este, de asemenea, folositor pt
lichidele cu caracteristici de transfer slab de cldur care se
supranclzesc local excesiv cauznd direct nclzirea. Acest procedeu
este executat ca un proces n serie n care vaporii circul continuu
prin amestecul probei n vasul de distilare. Uneori, utilizatorii
adug ap direct n balonul de distilare realiznd acelai scop. Vaporii
de ap transport materialele mai volatile n faza de vapori i
concentraiile materialelor volatile sunt redate la presiunile
vaporilor n amestecul de vapori. Aceast tehnic este mai degrab
aleas pt cazurilor cnd materialele de distilat sunt sensibile la
temperaturi ridicate, deoarece aceste materiale nu sunt niciodat
nclzite la temperaturi mai mari dect a vaporilor de ap, la sfritul
procesului vaporii i materialele separate sunt condensate, ele
fiind nemiscibile, pot fi separate. Simultan, antrenarea cu vapori
i extracia au fost utilizate muli ani ca tehnici pt izolarea
uleiurilor eseniale din plante (ex mentolul din plante), hexaclor
benzenului n probe de mediu, compui organoclorurati n produse
lactate, pesticide organo clorurate n produse alimentare,
etc.Desen
Distilarea azootrop
Cnd 2 compui au puncte de fierbere foarte aproapiate i se poate
aduga o substan strin care modific volativitatea relativ a
compuilor n amestec. Un azeotrop este un amestec de lichide care
menine un punct de fierbere constant i prod vapori de aceeai
compoziie ca i amestecul. n foarte multe cazuri azeotropii fierb la
o temp mai scazut dect comp puri. Am azeotrope, ap, subs organic,
pot fi uneori frmiate printr-un proces numit cu membran de
distilare, n care o membran hidrofobic cu porozitate ridicat
previne trecerea apei dar permite difuzia comp organici.
Distilarea azeotrop se utilizeaz la ob alcoolului etilic absolut
prin adugarea la amestecul alcool ap a benzenului.
Filtrarea. nc nu...
Este operaia de separare a fazelor unui amestec eterogen
solid-fluid cu ajutorul unei suprafee poroase sau a unui strat
poros prin care poate trece numai faza fluid. Prin extindere, se
folosete termenul de filtrare i pt separarea unor componeni a unui
amestec lichid sau gazos omogen cu ajutorul unui strat granular
activ, de exemplu, nlturarea substanelor colorate sau ru
mirositoare cu ajutorul crbunelui activ sau al pmntului decolorant,
dedurizarea apei, prin filtrare, printr-un strat de material
schimbtor de ioni, separarea componenilor nocivi din aerul poluat
cu filtrele mtilor de gaze.
Scopul filtrrii este de a separa fazele unei suspensii ntr-un
precipitat care conine ct mai mult din faza solid a suspensii i
ntr-un filtrat cu ct mai puin faza solid. Deoarece, n majoritatea
cazurilor, faz lichid este o soluie, separarea prin filtrare este o
separare ntre faza solid a suspensii i substana dizolvat n substan
lichid. Separarea prin filtrare este de obicei foarte naintat n
privina puritii filtratului i mai puin n privina puritii
precipitatului, care, rmne mbibat cu lichidul din care a fost
separat. Cnd lichidul este preios sau cnd precipitatul trebuie
purificat, filtrarea este urmat de splarea precipitatului cu un
lichid potrivit, de cele mai multe ori ap, care, ndeprteaz soluia
din precipitat i recupereaz substana solubil valoroas.
Condiiile care se cer unei bune filtrri sunt: puritatea
filtratului (absena fazei solide n filtraie), puritatea
precipitatului (absena substanei solubile n precipitat), umiditatea
sczut a precipitatului, productivitatea mare a filtrului (vitez
mare de filtrare), ct mai puin ap de splare pt a nu dilua prea mult
substana solubil, regenerarea uoar i complet a suprafeei filtrantei
sau a stratului filtrant, consum minim de energie, manopera minim i
uzura inim a suprafeei filtrante.
Filtrarea unei suspensii are 4 etape: n prima etap, suprafaa
filtrant sau stratul granulat filtrant reine faza solid, la
nceputul acestei etape, filtrantul este de obicei tulbure i trebuie
refiltrat, n a doua etap, reinerea fazei solide se face n principal
de ctre stratul de precipitat format pe suprafaa filtrat care rmne
cu rolul de suport al precipitatului, a treia etap, este splarea
precipitatului pt ndeprtarea substanelor solubile a cror soluie
mbiba precipitatul la sfritul etapei precedente, iar a patra etap,
este regenerarea suprafeei sau a stratului filtrant (splare,
destuparea porilor). Uneori, dup etapele 2 i 3 se aspira aer prin
stratul de precipitat pt a ndeprta o parte din soluie sau care
mbiba precipitatul. Separarea fazei solide dintr-o suspensie prin
filtrare este rezultatul urmtoarelor 3 procese elementare: un
proces de sedimentare prin care particulele solide ale suspensiei
se depun pe suprafaa filtrat ca ntr-un decantor. Un proces de
cernere prin care sunt reinute particulele solide mai mari dect
porii suprafeei filtrante la nceputul filtrrii sau a stratului de
precipitat deja depus n fazele urmtoare ale filtrrii i un proces de
absorie prin care sunt reinute chiar particule mult mai mici
(bacterii, coloizi), dect porii materialului filtrant, prin aceste
depuneri porii materialului filtrant devin tot mai mici,
productivitatea filtrului scade pn la anulare (colmatarea
filtrului).5
