Wszystko co musisz wiedzieć o destylacji

Ropa naftowa, złożona mieszanina węglowodorów, poddawana jest procesowi oczyszczania – destylacji frakcjonowanej, w wyniku której otrzymuje się trzy frakcje: benzynę pierwszej destylacji o temperaturze wrzenia 30-200°C, naftę oczyszczoną o temperaturze wrzenia 175-300°C i olej parafinowy o temperaturze wrzenia 275-400°C. Następnie przechodzi się do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem w celu otrzymania wosków i olejów smarowych. Jednak aby otrzymać benzynę, cały ten proces jest dopiero pierwszym etapem, ponieważ benzyna pierwszej destylacji zostaje odrzucona ze względu na swoją jakość – niską liczbę oktanową, czyli innymi słowy – proces spalania takiej benzyny zachodzi w sposób nieregularny (spalanie stukowe) w silniku, prowadząc do wyeksploatowania go w krótkim czasie ze względu na duże obciążenia.

Rysunek 1 Schemat destylacji frakcjonowanej ropy naftowej

Destylacja jest metodą rozdziału mieszaniny na podstawie różnicy temperatur wrzenia poszczególnych  składników cieczy. Proces ten, składa się z dwóch przemian fazowych zachodzących jednocześnie – parowanie (przejście cieczy w parę) oraz pary w ciecz  (skraplanie) po oziębieniu par w chłodnicy.

Destylacja prosta służy głównie do oddzielenia substancji organicznych, które charakteryzują się umiarkowanymi temperaturami wrzenia (niższymi niż 200°C). Początkowo temperatura rośnie powoli, a po zapoczątkowaniu wrzenia rośnie gwałtownie do wartości określającej punkt wrzenia – zbieramy wtedy przedgon. Ustalenie się temperatury na stałym poziomie daje nam informację o tym, że zbieramy frakcję właściwą. W ciągu 1 sekundy powinno spływać 1 – 2 krople cieczy. Pod koniec temperatura podnosi się o 1 lub 2 stopnie z powodu przegrzania. Gdy temperatura wrośnie ponad ten zakres, zbieramy pogon. Przedgon i pogon należy przedestylować ponownie w celu wyizolowania pozostałości naszej substancji.

Rektyfikacja jest wielokrotną destylacją w odpowiedniej kolumnie rektyfikacyjnej. Stosuje się ten rodzaj destylacji, gdy temperatury wrzenia oraz lotność składników mieszaniny ciekłej nie różnią się od siebie wystarczająco. W kolbie połączonej z kolumną następuje pierwsze odparowanie cieczy. Pary przedostają się przez otwory pierwszej półki i w wyniku kontaktu z cieczą z tej półki ulegają częściowemu skropleniu (składniki mniej lotne), a ciepło skraplania powoduje odparowanie składników najbardziej lotnych. Na każdej z tych półek zachodzi więc proces podobny do destylacji. W wyniku powtarzających się w kolumnie procesów wrzenia i kondensacji przemieszczające się w górę kolumny pary wzbogacają się w składnik bardziej lotny.

Temperatura wrzenia jest to temperatura w której prężność par cieczy zrówna się z prężnością par gazów znajdujących się nad cieczą a zależność ta może zostać opisana za pomocą równania Clapeyrona.

Obniżając ciśnienie zewnętrzne obniżamy temperaturę wrzenia destylowanej substancji, które są trudne do oddestylowana pod ciśnieniem atmosferycznym ze względu na wysoką temperaturę wrzenia lub takich, które by uległy rozkładowi zanim zaczęłyby wrzeć. Do tego celu korzystamy z destylacji próżniowej, a aparatura musi być wyposażona w źródło próżni (pompa próżniowa) i manometr. Warto też zastosować odbieralnik typu „krówka”, dzięki czemu można odbierać poszczególne frakcje powstałe w procesie destylowania bez odłączania próżni. Tego typu destylację stosuje się rutynowo w laboratoriach chemii organicznej.

Rysunek 2 Zestaw do destylacji pod zmniejszonym ciśnieniem

1 – czasza grzejna,

2 – kolba destylacyjna,

3 – metalowa łapa,

4 – statyw,

5 – nasadka Claisena,

6 – kapilara,

7 – termometr,

8 – wylot wody,

9 – chłodnica,

10 – wlot wody,

11 – przedłużacz,

12 – do manometru,

13 – „krówka” destylacyjna,

14 – kolba próżniowa,

15 – do próżni.

__________________________________________

Artykuł przygotowała Angelika Dzikoń

Studentka chemii na Wydziale Chemicznym na Politechnice Śląskiej w Gliwicach,. W laboratorium zgłębia chemię koordynacyjną i ligandy, których struktury może ograniczyć jedynie wyobraźnia. W wolnym czasie czyta, gra w Wiedźmina, dużo biega i chętnie chodzi po górach.