Nous expliquons ce qu'est la distillation, des exemples de cette méthode de séparation et les types de distillation qui peuvent être utilisés.
Qu'est-ce que la distillation ?
La distillation est appelée une méthode de séparation de phases, qui fait partie des méthodes de séparation des mélanges. La distillation consiste en l'utilisation consécutive et contrôlée de deux procédés physiques : la vaporisation et la condensation, en les utilisant sélectivement pour séparer les composants d'un mélange généralement d'un type homogène, c'est-à-dire dans lequel ses composants ne peuvent être distingués à l'œil nu.
Les mélanges qui peuvent être séparés en leurs composants individuels par distillation peuvent contenir deux liquides, une solide dans un liquide ou même des gaz smoothies. Cette méthode de séparation est basée sur la différence des points d'ébullition (une propriété inhérente au la matière, quel est le Température auquel le Pression la vapeur d'un liquide est égale à la pression entourant le liquide) de différentes substances. La substance avec le plus bas point d'ébullition avoir, alors cette substance se condensera dans un autre récipient, et elle sera relativement pure.
De cette façon, pour que la distillation se fasse correctement, il faut faire bouillir le mélange jusqu'à ce qu'il atteigne le point d'ébullition de l'un des substances composants, qui deviendront alors de la vapeur et pourront être acheminés vers un récipient refroidi, où ils se condenseront et redeviendront liquides.
L'autre substance constitutive, par contre, restera dans le récipient sans altérations; mais dans les deux cas on aura substances pures, libre du mélange initial.
La loi de Raoult
Quand on a un mélange idéal de liquides (mélange dans lequel les interactions entre les particules différentes sont considérées comme égales aux interactions entre particules égales) la loi de Raoult est remplie.
Cette loi stipule que la pression de vapeur partielle de chaque composant dans le mélange gazeux est égale à la pression de vapeur du composant pur multipliée par sa fraction molaire dans le mélange liquide.
La pression de vapeur totale est alors la somme des pressions partielles des composants du mélange en phase gazeuse. D'autre part, la fraction molaire d'un composant dans un mélange est une mesure sans dimension de sa concentration. Les grandeurs mentionnées ci-dessus peuvent être calculées à l'aide des équations suivantes :
Où:
- pixels Oui py sont les pressions partielles des composants X et Oui respectivement dans le mélange de vapeurs entourant le mélange liquide.
- px * et py * sont les pressions de vapeur des composants X et Y.
- xx Oui xy sont les fractions molaires des composants X et Oui dans le mélange liquide.
- nx Oui New York sont la quantité de substance des composants X et Oui dans le mélange liquide.
La loi de Raoult évoquée ci-dessus est valable pour des mélanges idéaux (qui sont un modèle établi par l'être humain pour simplifier les études), mais en réalité cette loi souffre d'écarts lorsque le mélange est réel.
Ainsi, si les différentes particules du mélange ont des forces intermoléculaires plus fortes que les particules du liquide pur, alors la pression de vapeur du mélange est inférieure à la pression de vapeur du liquide pur, ce qui produit un écart négatif par rapport à la loi de Raoult.
Si, par contre, les forces intermoléculaires entre les particules du liquide pur sont supérieures à celles des particules du mélange, les particules du mélange pourront s'échapper plus facilement vers la phase vapeur, de sorte que la pression de vapeur du mélange sera plus important, produisant un écart positif par rapport à la loi de Raoult
Lorsqu'on veut distiller un mélange azéotrope (par exemple, éthanol et eau), il faut ajouter un composant (le benzène, dans ce cas) pour que l'azéotrope soit modifié et ainsi pouvoir séparer les composants du mélange. Un azéotrope est un mélange liquide avec une composition définie qui, lorsqu'il bout, les vapeurs générées ont la même composition du mélange (de sorte que les composants du mélange azéotrope ne peuvent pas être séparés par distillation simple ou fractionnée).
Les azéotropes ont une température d'ébullition définie, par exemple, à une pression de 1 atm, l'éthanol bout à 78,37 ° C et l'eau bout à 100 ° C, tandis que l'azéotrope éthanol-eau bout à 78,2 ° C. Les mélanges azéotropiques présentent des écarts négatifs ou positifs par rapport à la loi de Raoult selon le cas.
Types de distillation
La distillation peut se faire de différentes manières :
- Distillation simple. La plus élémentaire consiste à faire bouillir le mélange jusqu'à ce que les différents composants soient séparés. C'est une méthode de séparation efficace lorsque les points d'ébullition des composants du mélange diffèrent considérablement (idéalement, ils devraient avoir une différence d'au moins 25 ° C, sinon cela ne garantit pas la pureté totale de la substance distillée).
- Distillation fractionnée. Elle est réalisée au moyen d'une colonne de fractionnement, constituée de différentes plaques dans lesquelles s'effectuent successivement vaporisation et condensation, garantissant une plus grande pureté des composants séparés.
- Distillation sous vide. En réduisant la pression jusqu'à ce qu'un vide soit généré, le processus est catalysé pour réduire le point d'ébullition des composants, car certains ont des points d'ébullition très élevés qui peuvent être réduits lorsque la pression est fortement réduite et ainsi accélérer le processus de distillation.
- Distillation azéotropique. C'est la distillation nécessaire pour briser un azéotrope, c'est-à-dire un mélange dont les substances se comportent comme une seule, partageant même le point d'ébullition, de sorte qu'elles ne peuvent pas être séparées par distillation simple ou fractionnée. Pour séparer un mélange azéotrope, il est nécessaire de modifier les conditions de mélange, par exemple en ajoutant un composant de séparation.
- Distillation à la vapeur. Les composants volatils et non volatils d'un mélange sont séparés par injection directe de vapeur d'eau.
- Distillation sèche. Il consiste à chauffer des matériaux solides sans la présence de solvants liquides, obtenir des gaz puis les condenser dans un autre récipient.
- Distillation améliorée. Appelée aussi distillation alternée ou réactive, elle est adaptée aux cas particuliers de mélanges difficiles à séparer ou ayant le même point d'ébullition.
Exemples de distillation
- Raffinage de pétrole. La séparation des différents hydrocarbures présent dans le Pétrole Elle est réalisée par distillation fractionnée, en stockant dans différentes couches ou compartiments séparés d'une colonne à distiller chaque composé issu de la cuisson du pétrole brut. Ces gaz montent et se condensent dans les couches supérieures de la colonne, tandis que des substances plus denses telles que l'asphalte et la paraffine restent dans les couches inférieures.
- Craquage catalytique. C'est le nom donné à certaines distillations sous vide habituelles dans le traitement du pétrole, utilisant des tours à vide pour séparer les gaz du brut de cuisson. Ainsi l'ébullition des hydrocarbures est accélérée et la traiter. Le craquage est un type de distillation destructrice, dans laquelle des hydrocarbures plus gros sont brisés (à des températures élevées et à l'aide de catalyseurs) en hydrocarbures plus petits, qui ont des points d'ébullition plus bas.
- Purification de l'éthanol. Séparer alcools Comme l'éthanol à partir de l'eau lors de sa production en laboratoire, une distillation azéotropique est utilisée, ajoutant au mélange du benzène ou d'autres composants qui favorisent ou accélèrent la séparation, et qui peuvent ensuite être facilement éliminés sans altérer la composition chimique du produit.
- Traitement du charbon. Pour obtenir des combustibles organiques liquides, le charbon ou le bois sont utilisés au moyen de procédés de distillation à sec, ainsi les gaz émis dans le la combustion.
- Thermolyse des sels minéraux. Au moyen de la distillation sèche, diverses substances minérales de haute utilité industrielle sont obtenues, à partir de l'émanation et de la condensation de gaz obtenus en brûlant des sels minéraux.
- L'alambic. C'est le nom donné à l'appareil inventé dans l'Antiquité arabe, dont le but est de produire des parfums, des médicaments et de l'alcool à partir de fruits fermentés. Dans son fonctionnement, les principes de la distillation sont utilisés : les substances sont chauffées dans une petite chaudière et les gaz produits sont refroidis dans un serpentin qui mène à un autre récipient où le liquide produit par la condensation desdits gaz est collecté.
- Fabrication de parfums. La distillation à la vapeur est utilisée pour obtenir des parfums, de l'eau bouillante avec des fleurs conservées, pour produire un gaz avec l'odeur désirée et qui, une fois condensé, peut ensuite être utilisé comme liquide de base dans les parfums.