Особенности дистилляции смесей

В переводе с латинского термин «дистилляция» — это способ разделения однородных жидких смесей на отдельные фракции. Процесс осуществляется за счет разницы температур кипения разделяемых компонентов.

В лабораторной практике применение и условия дистилляции отдельных продуктов имеют жесткие стандарты — такие, как, например, ГОСТ 2177(ASTM D86) — разделение 100 мл продукта с температурой кипения до 400 ^оС под воздействием атмосферного давления. Этот стандарт делает возможной воспроизводимость результатов тестов керосина, нефтепродуктов и всевозможных растворителей.

Сфера применения дистилляции смесей

Разделение смесей на фракции методом дистилляции применяется во многих промышленных отраслях:

• Металлургия. В этой сфере способ примечателен тем, что объединяет в себе одновременно и химический, и физический процессы — окислительно-восстановительную реакцию и испарение с последующим выпадением конденсата соответственно. Восстанавливаемый металл переходит в парообразное агрегатное состояние и конденсируется. Восстановление металла производится двумя способами: металлотермическим и с участием углеродистых восстановителей.
• В лесной, химической и фармацевтической отраслях промышленности метод дистилляции применяется в одинаковых целях — грубое разделение однородных смесей на фракции. Жесткие требования к чистоте получаемых продуктов отсутствуют, как и к отсутствию в них нелетучих и/или малолетучих примесей.
• Нефтеперерабатывающая промышленность и лабораторная практика. В этих сферах дистилляция часто применяется с последующей дефлегмацией — частичной конденсации фракций с высокой температурой кипения при охлаждении.
• В нефтехимической и парфюмерной отраслях используют дистилляцию с водяным паром. Такой способ позволяет отделить высококипящие компоненты от смесей с высоким содержанием твердых и/или малолетучих жидких веществ.
• В алкогольной промышленности посредством одно- и многократной перегонки получают сырье для изготовления крепких напитков. В быту таким образом изготавливают самогон.

Однако у большинства термин «дистилляция» ассоциируется с глубоким очищением воды.

Дистиллированная вода применяется повсеместно в большинстве промышленных отраслей, научно-исследовательских лабораториях и медицинских учреждениях.

В быту дистилляция не нашла применения. Дистиллированная вода практически лишена полезных веществ и имеет низкие вкусовые качества.

Виды дистилляции смесей

В зависимости от характера разделяемых смесей и особенностей проведения процедуры различается пять видов дистилляции:

• Простая дистилляция — умеренное испарение кипящей смеси, сопровождающееся тщательным отводом образующихся паров с последующей их конденсацией. Поскольку последние характеризуются большим содержанием низкокипящих компонентов по сравнению жидкостью, то дистиллят (коим и является выпавший конденсат) обогащается ими, а кубовый остаток (жидкая неиспарившаяся смесь), напротив, обедняется. Это довольно простой способ дистилляции, и чтобы ускорить процесс ее проведения, процедуру делают полу непрерывной, регулярно доливая в дистилляционный куб свежую исходную смесь. Масса последней идентична массе уходящих паров.
• Фракционная дистилляция (дробная перегонка) — разновидность простой дистилляции. При ней конденсируемые компоненты (фракции), отличающиеся по составу, отводятся в разные конденсатосборники. В первый сборник поступает фракция с максимальным количеством низкокипящих элементов. Во второй — с меньшим содержанием, и далее — по убывающей. В каждой из фракций превалирует один или несколько элементов исходной жидкой смеси с небольшой разницей температур кипения.
• Равновесная дистилляция заключается в однократном испарении небольшой части кипящей жидкой смеси. Причем пары контактируют с исходной смесью до достижения фазового равновесия.

Технология примечательна сложностью конструкции используемого оборудования. Исходная смесь идет по трубкам, закипает под воздействием топочных газов и направляется в сепаратор, в котором происходит разделение на пар и жидкость. Последняя отводится в отдельный сборник. Пар поступает в конденсатосборник, где образуется дистиллят, который стекает в приемник.

Равновесная дистилляция — оптимальный вариант для разделения многокомпонентных однородных жидких смесей, поскольку позволяет получить много чистых и сильно различающихся по составу компонентов (фракций). Работать таким образом с двухкомпонентными смесями попросту нецелесообразно.

Дистилляция в токе водяного пара или инертных газов подразумевает возможность понижения температуры процесса отгонки, точного разделения фракций трех типов: нетермостойких, с высокой и низкой температурами испарения.

Пузырьки образующихся в процессе кипения жидкости паров и газов барботируют сквозь жидкостный слой. Получившаяся газообразная смесь выводится в специальный сборник, где конденсируется.

Молекулярная дистилляция. В ее процессе однородные жидкие смеси делятся путем свободного испарения в условиях высокого вакуума. Температура при этом не достигает точки кипения. Таким образом можно работать со смесями, имеющих в составе компоненты, характеризующиеся равным давлением паров.

Чтобы добиться максимально качественного разделения смесей простую дистилляцию в большинстве случаев используют в сочетании с противоточной дефлегмацией (частичной конденсацией). Такая технология позволяет обогатить дистиллят низкокипящими элементами.