Chưng cất [như đã thảo luận trong phân tích: Loại bỏ nhiễu: Chưng cất ], là một phương pháp phân tách dựa trên sự khác biệt vềđiểm sôi của các chất. Nó đã được biết đến trong nhiều thế kỷ. Hoạt động cơ bản trong quá trình chưng cất là đun sôichất lỏng ; sau khi chuyển sang thể hơi, chất khi đóngưng tụ thành chất lỏng được thu riêng thay vì được phép chảy trở lại chất lỏng ban đầu.
Trên bề mặt của bất kỳ chất lỏng [hoặc rắn] tinh khiết nào, một lượng xác định của nó hơi có mặt. Nồng độ của hơi và do đó,áp lực mà nó gây ra tăng lên khinhiệt độ được nâng lên. Khi áp suất của hơi bằng với áp suất của môi trường xung quanh [một bầu khí quyển trong một bình hở ở mực nước biển], chất này sôi lên: bong bóng hơi hình thành tronglỏng và nổi lên bề mặt. Ở trên bề mặt của một hỗn hợp, hơi chứa tất cả các chất có trong hỗn hợp, mỗi chất góp phần vào tổng áp suất do hơi đó tạo ra. Điểm sôi của hỗn hợp là nhiệt độ mà tổng áp suất hơi bằng áp suất của môi trường xung quanh. Nói chung, thành phần của hơi ở trên hỗn hợp lỏng khác với thành phần của chất lỏng: hơi chứa chất có nhiệt độ sôi thấp hơn chiếm tỷ lệ lớn hơn. Sự khác biệt về thành phần của hai pha này là cơ sở của sự phân tách do chưng cất.
Do đó, việc phân tách bằng cách chưng cất dựa trên sự cân bằng khí-lỏng , khác với ví dụ được trích dẫn trước đây về chiết lỏng-lỏng ở chỗ các pha được tạo thành từ chính các thành phần. Sự dễ dàng phân tách dựa trên sự khác nhau về điểm sôi của các chất; bởi vì điểm sôi có liên quan, với một giá trị gần đúng đầu tiên, với trọng lượng phân tử của chất, quá trình chưng cất phân tách trên cơ sở trọng lượng [hoặc kích thước] của các phân tử. Nếu các điểm sôi gần nhau, aHoạt động nhiều tầng , có thể đạt được thuận tiện nhất bằng cách đặt một cột phía trên dung dịch chất lỏng đang sôi, là bắt buộc. Cột thủy tinh này chứa một số vật liệu được đóng gói lỏng lẻo [ví dụ, hạt thủy tinh], và hơi nóng từ dung dịch sôi ngưng tụ một phần trên bề mặt. Chất lỏng cô đặcchảy ngược về phía dung dịch cho đến khi gặp hơi nóng bốc lên, trong đó phần dễ bay hơi hơn của chất lỏng quay trở lại sẽ quay lại và phần ít bay hơi hơn của hơi bay lên ngưng tụ. Do đó trong cột xảy ra hoạt động nhiều tầng, kết quả của nó là thành phần có điểm sôi thấp hơn tập trung ở phần trên của cột và thành phần của điểm sôi cao hơn ở phần dưới. Sự ngưng tụ hơi ở đỉnh cột cung cấp vật liệu giàu thành phần có nhiệt độ sôi thấp nhất.
Chưng cất tìm thấy ứng dụng lớn nhất của nó trong việc tách hỗn hợp chất lỏng ở quy mô lớn, như trong các nhà máy lọc dầu , nơi dầu thô được chưng cất thành các phân đoạn có các điểm sôi khác nhau, chẳng hạn như xăng, dầu hỏa và dầu bôi trơn. Các tháp lớn trong nhà máy lọc dầu là các cột chưng cất hiệu quả có tác dụng phân tách các phần nhỏ một cách rõ ràng. Chưng cất là một quy trình thiết yếu đối với nhà hóa học, người sử dụng nó để tinh chế các sản phẩm tổng hợp . Tuy nhiên, nói chung, do không có khả năng xử lý một lượng nhỏ vật liệu hoặc tách các hợp chất có liên quan chặt chẽ , nên việc sử dụng phương pháp chưng cất hiện nay để tách khó bị hạn chế.
Chưng cất là một quá trình tách quan trọng trong hóa học, công nghiệp và khoa học thực phẩm. Đây là định nghĩa của chưng cất và xem xét các loại chưng cất và công dụng của nó.
- Chưng cất là quá trình tách các thành phần của hỗn hợp dựa trên các điểm sôi khác nhau.
- Ví dụ về việc sử dụng chưng cất bao gồm tinh chế rượu, khử muối, lọc dầu thô và tạo khí hóa lỏng từ không khí.
- Con người đã sử dụng phương pháp chưng cất từ ít nhất 3000 năm trước Công nguyên ở thung lũng Indus.
Chưng cất là một phương pháp được sử dụng rộng rãi để tách hỗn hợp dựa trên sự khác biệt về các điều kiện cần thiết để thay đổi giai đoạn của các thành phần của hỗn hợp. Để tách một hỗn hợp của chất lỏng, chất lỏng có thể được đun nóng đến thành phần lực lượng, trong đó có điểm sôi khác nhau , vào giai đoạn khí . Sau đó khí được ngưng tụ lại thành dạng lỏng và thu lại. Lặp lại quá trình trên chất lỏng thu được để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm được gọi là chưng cất kép. Mặc dù thuật ngữ này được áp dụng phổ biến nhất cho chất lỏng, nhưng quá trình ngược lại có thể được sử dụng để tách khí bằng cách hóa lỏng các thành phần bằng cách sử dụng các thay đổi về nhiệt độ và / hoặc áp suất.
Nhà máy thực hiện quá trình chưng cất được gọi là nhà máy chưng cất . Thiết bị được sử dụng để thực hiện quá trình chưng cất được gọi là tĩnh .
Bằng chứng sớm nhất được biết đến về quá trình chưng cất đến từ một thiết bị chưng cất bằng đất nung có niên đại 3000 năm trước Công nguyên ở thung lũng Indus của Pakistan. Chưng cất đã được sử dụng bởi người Babylon ở Lưỡng Hà. Ban đầu, chưng cất được cho là đã được sử dụng để làm nước hoa. Quá trình chưng cất đồ uống diễn ra muộn hơn nhiều. Nhà hóa học Ả Rập Al-Kindi đã chưng cất rượu ở Irag thế kỷ thứ 9. Chưng cất đồ uống có cồn xuất hiện phổ biến ở Ý và Trung Quốc bắt đầu từ thế kỷ 12.
Chưng cất được sử dụng cho nhiều quy trình thương mại, chẳng hạn như sản xuất xăng, nước cất, xylen, rượu, parafin, dầu hỏa và nhiều chất lỏng khác . Khí có thể được hóa lỏng và tách biệt. Ví dụ: nitơ, oxy và argon được chưng cất từ không khí.
Các loại chưng cất bao gồm chưng cất đơn giản, chưng cất phân đoạn [các 'phân đoạn' dễ bay hơi khác nhau được thu thập khi chúng được sản xuất] và chưng cất phá hủy [thông thường, một vật liệu được đun nóng để phân hủy thành các hợp chất để thu gom].
Có thể sử dụng phương pháp chưng cất đơn giản khi điểm sôi của hai chất lỏng khác nhau đáng kể hoặc để tách chất lỏng khỏi chất rắn hoặc các thành phần không bay hơi. Trong cách chưng cất đơn giản, một hỗn hợp được đun nóng để thay đổi thành phần dễ bay hơi nhất từ dạng lỏng thành hơi. Hơi bay lên và đi vào bình ngưng. Thông thường, bình ngưng được làm mát [ví dụ: bằng cách chảy nước lạnh xung quanh nó] để thúc đẩy sự ngưng tụ của hơi, được thu lại.
Chưng cất bằng hơi nước được sử dụng để tách các thành phần nhạy cảm với nhiệt. Hơi nước được thêm vào hỗn hợp, làm cho một số nó bốc hơi. Hơi này được làm lạnh và ngưng tụ thành hai phần lỏng. Đôi khi các phân số được thu thập riêng biệt, hoặc chúng có thể có các giá trị mật độ khác nhau , do đó chúng tự tách ra. Một ví dụ là chưng cất hoa bằng hơi nước để thu được tinh dầu và sản phẩm chưng cất dạng nước.
Chưng cất phân đoạn được sử dụng khi điểm sôi của các thành phần của hỗn hợp gần nhau, được xác định bằng cách sử dụng định luật Raoult . Một cột chưng cất phân đoạn được sử dụng để tách các thành phần được sử dụng một loạt các quá trình chưng cất được gọi là chỉnh lưu. Trong chưng cất phân đoạn, hỗn hợp được đốt nóng để hơi bốc lên và đi vào cột chưng cất phân đoạn. Khi hơi nguội đi, nó ngưng tụ trên vật liệu đóng gói của cột. Nhiệt của hơi bốc lên làm cho chất lỏng này hóa hơi một lần nữa, di chuyển nó dọc theo cột và cuối cùng thu được một mẫu có độ tinh khiết cao hơn của thành phần dễ bay hơi hơn của hỗn hợp.
Chưng cất chân không được sử dụng để tách các thành phần có nhiệt độ sôi cao. Giảm áp suất của thiết bị cũng làm giảm điểm sôi. Nếu không, quy trình tương tự như các hình thức chưng cất khác. Chưng cất chân không đặc biệt hữu ích khi nhiệt độ sôi bình thường vượt quá nhiệt độ phân hủy của hợp chất.
- Allchin, FR [1979]. "Ấn Độ: Ngôi nhà cổ xưa của chưng cất?". Người đàn ông . 14 [1]: 55–63. doi: 10.2307 / 2801640
- Forbes, RJ [1970]. Lược sử ngắn về nghệ thuật chưng cất từ thuở sơ khai cho đến khi Cellier Blumenthal qua đời . VÒNG TAY. ISBN 978-90-04-00617-1.
- Harwood, Laurence M.; Moody, Christopher J. [1989]. Thực nghiệm hóa hữu cơ: Nguyên lý và Thực hành [Bản minh họa]. Oxford: Blackwell Scientific Publications. ISBN 978-0-632-02017-1.