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DISTILLAZIONE
La distillazione è una tecnica di purificazione che permette la separazione di liquidi o di solidi bassofondenti che fondono senza alterazione chimica.
Si basa fondamentalmente sull’equilibrio liquido/ vapore e sulla loro differente composizione.
DISTILLAZIONE SEMPLICE
Si opera con un apparecchio costituito essenzialmente da un pallone, che funge da caldaia, che è munito di un refrigerante semplice (di Liebig) nella cui camicia esterna può essere fatta circolare dell’acqua per il raffreddamento, un termometro, posto all’imboccatura del refrigerante e un pallone o recipiente di raccolta, collegato con l’esterno o direttamente o tramite una valvola a CaCl2.
La distillazione semplice a
pressione ordinaria si utilizza
quando si vogliono separare un
liquido da un solido oppure
anche due liquidi a patto che il
loro punto di ebollizione sia
significativamente differente.
Il riscaldamento può essere effettuato con un bagno ad acqua, ad olio, un
mantello scaldante, tenendo in considerazione che deve essere effettuato
lentamente, per permettere scambi termici completi tra liquido e vapore,
in modo che la distillazione sia il più regolare possibile.
Il distillato può essere raccolto in tre frazioni:
Teste di distillazione
Frazione centrale
Code di distillazione
Accorgimenti:
Il pallone caldaia riempito massimo a
metà e presenza di frammenti di vetro,
pietra pomice, ecc. per evitare
un’ebollizione troppo tumultuosa.
Evitare assolutamente che il pallone-
caldaia vada a secco.
ROTAVAPOR
Si può operare anche a pressione ridotta con una semplice pompa ad acqua, oppure con una pompa ad olio, nel caso in cui si abbia a che fare con sostanze che degradano alle alte temperature, oppure in tutti i casi in cui sia necessario distillare utilizzando temperature più basse.
Rientra nella distillazione semplice la
separazione da liquidi da solidi e/o
miscele con l’ausilio dell’evaporatore
rotante o rotavapor.
DISTILLAZIONE FRAZIONATA
La distillazione frazionata può essere utilizzata nel caso in cui
sia necessario separare miscele di liquidi completamente
miscibili a temperatura di ebollizione molto ravvicinata.
Per descrivere il comportamento dei liquidi, in questo caso si
può utilizzare il seguente diagramma, nel quale viene riportato
l’andamento di ebollizione della miscela in funzione della
composizione.
DISTILLAZIONE FRAZIONATA
In questo caso il comportamento è
tipico di miscele che formano soluzioni
ideali, che seguono la legge di Raoult:
PA= P°ANA
La tensione di vapore di una miscela di
due liquidi A e B è data dalla legge di
Dalton:
Ptot= PA+ PB = P°ANA+ P°BNB
La fase vapore risulterà più ricca della fase liquida
del componente più volatile.
DISTILLAZIONE FRAZIONATA
Infatti se N1
A e N1B sono le frazioni molari di A e di B nella
fase vapore, la fase vapore risulterà più ricca della fase
liquida nel componente più volatile.
Se > 1 si avrà: >
DISTILLAZIONE FRAZIONATA
Per ottenere la concentrazione nella fase vapore del componente più volatile e quindi la separazione dei liquidi a p.e. differente, si opera con una colonna di distillazione frazionata o di rettifica che si colloca tra il pallone di distillazione e il refrigerante.
La lunghezza della colonna dovrà essere sufficiente per assicurare la concentrazione nei vapori del componente più volatile e l’arricchimento del componente meno volatile nella fase liquida e quindi nel pallone caldaia.
Deviazioni dalla legge di Raoult
Il comportamento di alcune miscele di liquidi
devia dalla legge di Raoult, e si possono avere
delle deviazioni positive o negative dalla legge di
Raoult, a seconda che la tensione di vapore della
miscela sia maggiore o minore rispetto a quella
calcolata.
Deviazioni positive dalla legge di Raoult
Deviazioni positive si hanno quando le forze di attrazione
tra i componenti identici della miscela sono maggiori
rispetto a quelle esistenti tra i due componenti differenti.
In questo caso il comportamento della miscela è
descritto dal grafico seguente:
Deviazioni positive dalla legge di Raoult
La miscela con minimo nel punto di ebollizione distilla a temperatura costante, perché liquido e vapore in equilibrio hanno la stessa composizione e viene chiamata miscela azeotropica (azeotropo) con minimo nel punto di ebollizione. Durante la distillazione frazionata di questa miscela (composizione diversa dal minimo) la miscela azeotropica passa nel distillato e nel residuo resterà il componente in eccesso.
Deviazioni negative dalla legge di Raoult
Le deviazioni negative si hanno nel caso in cui le forze di
attrazione tra le molecole diverse dei due componenti la
miscela sono più forti di quelle esistenti tra le molecole di
ciascun componente.
In questo caso l’azeotropo resterà nel residuo.
DISTILLAZIONE SOTTO VUOTO
La distillazione sotto vuoto o a pressione ridotta è necessaria
nel caso in cui si debbano separare liquidi altobollenti o liquidi
che si decompongono alla temperatura di ebollizione a
pressione normale.
Operando a pressione ridotta è possibile avere l’ebollizione
delle miscele a temperature più basse.
DISTILLAZIONE SOTTO VUOTO
L’apparecchio per la distillazione sotto vuoto deve essere resistente al vuoto (vetro pyrex). E’ dotato di un pallone di Claisen, in cui viene inserito un tubo di vetro che termina con un capillare affilato, che serve per regolare l’ebollizione tramite un tubo di gomma posto sulla sommità del capillare, in cui viene fatta passare l’aria tramite una pinza di Mohr.
Inoltre è dotato di un collegamento per la pompa da vuoto e di un raccordo, chiamato “ragno”, che permette di raccogliere separatamente le frazioni di distillazione senza togliere il vuoto.
DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI
VAPORE
La distillazione in corrente di vapore è una tecnica di separazione che permette l’ebollizione di una miscela di solventi immiscibili con l’acqua a temperature più basse della temperatura di ebollizione dell’acqua stessa, con il vantaggio di poter essere distillate evitando eventuali decomposizioni dovute al calore.
Infatti, a temperatura costante, la pressione parziale di ciascun componente la miscela, nel caso in cui i componenti siano immiscibili, è uguale alla tensione di vapore del componente puro (non dipende dalla frazione molare). Come conseguenza ciascun componente evapora indipendentemente dagli altri.
DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI VAPORE
La pressione totale Ptot è quindi uguale alla somma delle
tensioni di vapore dei componenti puri (indipendente
dalla loro concentrazione nella miscela).
Ptot = PA° +PB° +PC° +….
Per questo motivo la tensione di vapore della miscela è
sempre, indipendentemente dalla temperatura, maggiore
della tensione di vapore del componente più volatile.
Se il componente più volatile è l’acqua, la miscela bolle a
temperature di massimo 98°C.
DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI VAPORE
La composizione del condensato dipende dalla
tensione di vapore dei componenti alla
temperatura di ebollizione della miscela e dal
loro peso molecolare.
Se si considera una miscela composta da due
componenti immiscibili A e B, se i vapori dei
componenti si comportano come gas ideali essi
seguono la legge dei gas.
DISTILLAZIONE IN CORRENTE DI VAPORE
Da cui risulta:
Da questa equazione si ricava che, anche composti che
abbiano una tensione di vapore molto bassa, possono
essere distillati, purché abbiano un peso molecolare
notevolmente più alto di quello dell’acqua.
L’apparecchio per la distillazione è costituito da un apparecchio per la distillazione simile a quelli già esaminati e da un generatore di vapore, che sia collegato al pallone di distillazione in maniera da creare un flusso di vapore continuo. Il distillato è normalmente costituito da due fasi, una fase organica e una acquosa che devono essere poi separate, per esempio tramite un imbuto separatore.