NộI Dung
- Thiết bị chưng cất
- Đồ thị chưng cất đơn giản
- Âm lượng so với nhiệt độ
- Lý thuyết chưng cất đơn giản
- Chưng cất trong công nghiệp
Khi bạn lên men trái cây để làm rượu, bạn có thể chưng cất hỗn hợp lỏng để cô lập các bộ phận của nó. Phương pháp chưng cất này tận dụng các thành phần khác nhau tạo nên chất lỏng trong một quá trình như lên men. Các nhà hóa học sử dụng rất nhiều các quá trình này để làm sạch dung môi và các sản phẩm khác của phản ứng lỏng, bao gồm tách các thành phần của dầu thô.
Thiết bị chưng cất
Biểu đồ chưng cất cho bạn thấy các đại lượng được đo thông qua các thí nghiệm chưng cất phân tách các thành phần của chất lỏng. Những thí nghiệm này sử dụng cột chưng cất phân đoạn bao gồm một cột cho phép chất lỏng nhỏ giọt vào bình cầu đáy tròn với nhiệt kế ở đỉnh cột để xác định nhiệt độ hơi.
Một buồng chất lỏng chéo kết nối với một điểm dọc theo cột phân đoạn gần đỉnh kéo dài ra khỏi buồng. Điều này tạo ra một diện tích bề mặt mà hơi có thể ngưng tụ và tích tụ trong bình bên ngoài.
Thông qua thiết lập chưng cất từ sơ đồ chưng cất đơn giản, một chất lỏng sôi thành khí, ngưng tụ lại thành chất lỏng và tiếp tục quá trình này cho đến khi chất lỏng bạn muốn chưng cất trong bình bên ngoài. Thiết bị hoạt động bằng cách đun nóng chất lỏng thu được trong bình sao cho cột phân đoạn cho bạn biết áp suất hơi của dạng khí của hỗn hợp chất lỏng.
Nhiệt kế ở trên cùng nên đọc điểm sôi của chất lỏng. Bình bên ngoài cho phép chất lỏng thu thập mà bạn muốn chưng cất và cũng hoạt động như một lỗ thông hơi để thiết bị không bị vỡ do quá nóng.
Kiểm soát nhiệt độ rất cẩn thận bằng cách tối đa hóa sự tiếp xúc giữa chất lỏng nhỏ giọt trở lại bình cầu đáy tròn và hơi bốc lên qua cột phân đoạn. Đôi khi cột phân đoạn có các hạt thủy tinh hoặc các mức nhô ra từ các mặt bên trong để tối đa hóa diện tích bề mặt tiếp xúc. Theo dõi nhiệt độ bằng nhiệt kế để tìm ra nhiệt độ xảy ra. Bạn nên kết thúc với áp suất hơi của chất lỏng trong hỗn hợp.
Thiết lập thiết bị đảm bảo rằng áp suất hơi của hợp chất có điểm sôi thấp hơn trong hỗn hợp lớn hơn áp suất hơi của hợp chất có điểm sôi cao hơn. Điều này cũng cho phép bạn xác định điểm sôi là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bằng áp suất khí quyển đối với chất lỏng trong một bình chứa mở. Đây là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó dạng lỏng của hỗn hợp hoặc hợp chất sôi thành khí. Những phương pháp chưng cất phân đoạn này làm cho chúng hữu ích trong môi trường công nghiệp để sản xuất các hợp chất hóa học.
Đồ thị chưng cất đơn giản
Bạn cũng có thể sử dụng phần khí được chưng cất dưới dạng phần mol để vẽ biểu đồ nhiệt độ của chất lỏng, hỗn hợp hơi-lỏng và chính hơi để xác định điểm sôi của hai hoặc nhiều thành phần của hợp chất . Nhiều thiết lập thiết bị chưng cất sẽ tự động đo nhiệt độ trong suốt quá trình gia nhiệt của thí nghiệm. Điều này có thể cung cấp cho bạn một tập hợp các điểm dữ liệu liên tục theo thời gian có thể dễ dàng được lập biểu đồ bằng Excel hoặc một số phần mềm khác.
Đường cong cho bạn biết điều này bởi vì, khi hơi nóng lên và đi qua cột phân đoạn, nó sẽ tách thành hai hỗn hợp riêng biệt của chất lỏng và chất khí. Bằng cách ghi lại nhiệt độ trong suốt quá trình chưng cất, bạn có thể tìm ra những hợp chất thực sự dựa trên điểm sôi.
Hoặc bạn có thể sử dụng quy trình tương tự để xác định điểm sôi của hợp chất đã biết. Tuy nhiên, quá trình này bị hạn chế bởi nhiệt độ bạn có thể đạt được với nguồn nhiệt ảnh hưởng đến bình cầu đáy tròn.
Âm lượng so với nhiệt độ
Biểu đồ chưng cất đơn giản sẽ cho bạn thấy biểu đồ chưng cất thể tích so với nhiệt độ của hỗn hợp với các điểm tại đó nhiệt độ của cả hai hoặc tất cả các khí giao nhau xác định vị trí điểm sôi của từng thành phần của khí. Đường cong thành phần này cho phép bạn tìm ra thiết lập thiết bị và nhiệt độ thích hợp để tách hỗn hợp khí hoặc lỏng. Bạn có thể thử nghiệm với các loại cột phân số khác nhau để tìm ra loại nào cung cấp cho bạn ý tưởng rõ ràng nhất về điểm sôi cho các thành phần.
Biểu đồ chưng cất đơn giản tuân theo lý thuyết chưng cất đơn giản. Chưng cất đơn giản có nghĩa là khí ngưng tụ thành chất lỏng một lần vì vậy bạn cần thực hiện nó trên chất lỏng hoặc chất khí có điểm sôi đủ xa nhau để phân biệt chúng.
Sử dụng nhiều bước ngưng tụ được gọi là chưng cất phân đoạnvà, trong trường hợp này, bạn sẽ sử dụng biểu đồ chưng cất phân đoạn có thể tích so với nhiệt độ. Bạn có thể ngoại suy để tìm ra các thiết lập lý thuyết cho các chất lỏng và hỗn hợp khác vì có nhiều hạt hoặc tấm trong thiết lập nên về mặt lý thuyết sẽ cải thiện phương pháp tách trong khi tăng thời gian tách hỗn hợp.
Lý thuyết chưng cất đơn giản
Các hỗn hợp chưng cất qua các thí nghiệm không tạo ra các mẫu tinh khiết, nhưng dẫn đến tạp chất trong các hỗn hợp khác nhau mà bạn đo được. Điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng các phương trình để giải thích kết quả thí nghiệm từ quá trình chưng cất cũng như từ các dự đoán dựa trên dữ liệu được thiết lập trước đó về thành phần của chất khí và chất lỏng. Luật Raoults và luật Daltons cung cấp cho bạn các cách đo các tỷ lệ này của lý thuyết chưng cất đơn giản.
Thành phần chính xác của hơi đó chuyển đổi giữa sôi và ngưng tụ sau Luật Raoults, trong đó nêu rõ rằng áp suất hơi của hợp chất giảm khi ở trong dung dịch và có thể liên quan đến thành phần mol. Phương trình PMột= PoMột x χMột cho bạn biết rằng áp suất riêng phần của một thành phần A nào đó PMột được sản xuất cho phần trăm của thành phần PoMột và phần mol của A "chi" χMột.
Áp suất riêng phần là áp suất mà một loại khí cấu thành của hỗn hợp sẽ có nếu nó có toàn bộ thể tích của hỗn hợp đó ở cùng nhiệt độ. Điều này cho phép bạn xác định lượng khí cần có nếu bạn biết phần mol trước khi sử dụng.
Bạn có thể sau đó, sử dụng Luật Dalton trong đó nêu rõ rằng tổng áp suất của hỗn hợp khí bằng tổng áp suất riêng phần tạo nên nó. Lý thuyết về cách các hạt khí di chuyển và tương tác với nhau giải thích điều này.
Bạn có thể mô tả áp suất hơi của hợp chất bằng cách sử dụng nhiệt độ của dung dịch và nhiệt độ sôi của hợp chất vì khi nhiệt độ tăng, nhiều phân tử khí sẽ có đủ động năng để tấn công nhau theo hướng thích hợp để phản ứng xảy ra Họ cần điều này để vượt qua các lực liên phân tử sẽ giữ các hạt lại với nhau trong pha lỏng.
Chưng cất trong công nghiệp
Ngoài nghiên cứu về điểm sôi và tính chất khí của các hợp chất, chưng cất thấy hữu ích trong nhiều ứng dụng trong toàn ngành. Nó được sử dụng trong nghiên cứu và hình thành các phản ứng giữa dầu, nước và các thành phần khác như metan được sử dụng trong nhiên liệu. Các nhà khoa học và nhà sản xuất thực phẩm có thể sử dụng nó để làm rượu, bia và các loại rượu khác nhau. Kỹ thuật chưng cất đã tìm thấy ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp mỹ phẩm, dược phẩm và các phương pháp sản xuất hóa chất khác.
Kỹ thuật này thậm chí còn được sử dụng trong bóng đèn để ngăn dây tóc vonfram bị hư hỏng và cung cấp ánh sáng trong bóng đèn. Họ làm điều này bằng cách tách không khí để tạo ra các khí cần thiết để sản xuất bóng đèn. Các phương pháp chưng cất này tuân theo lý thuyết và phương pháp thí nghiệm để tách.