UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA DE TIIEDOMENIUL C.S.APROGRAMUL DE STUDIU CHIMIEFORMA DE NVMNT ZI

Tehnologii de depoluare a mediului

ORADEA2015

UNIVERSITATEA DIN ORADEAFACULTATEA DE TIIEDOMENIUL C.S.APROGRAMUL DE STUDIU CHIMIEFORMA DE NVMNT ZI

Distilarea

Profesor: GAVRIS GEORGETA

Student:STASIUC CARMEN ADINA

ORADEA2015DISTILAREA

Distilarea reprezint cel mai important i utilizat proces de separare i purificare pentru substanele lichide, att n practica de laborator ct i industrial a chimiei organice. Distilarea const n transformarea substantei lichide n vapori i condensarea acestor vapori cu ajutorul unor dispozitive de rcire (refrigereni) adecvate. Fenomenul constnd n miscarea unei singure faze (de vapori), se numete distilare n echicurent . Dac o parte din condensat se ntoarce n balon, deci se mic n sens contrar cu vaporii, se vorbete de distilare n contracurent. Acest tip de distilare se realizeaz n coloane de distilare i poart numele de rectificare. Separarea i purificarea lichidelor pe aceast cale se bazazea pe diferena de volatilitate a diferitelor lichide i pe faptul cunoscut , ca n timpul distilrii unei substane pure, temperatura de distilare rmne constant, dac presiunea nu variaz. Eficacitatea unei distilri depinde de mai muli factori, dintre care, cei mai importani sunt : diferena presiunilor de vapori a componentelor lichide, posibilitatea de formare eventual a unor amestecuri azeotrope, volumul probei de distilare, tipul i mrimea instalaiei folosite, acurateea cu care este condus distilarea.

Distilarea este un procedeu fizic de purificare, care se produce n 2 etape:

etapa I: trecerea din stare lichid n stare gazoas; etapa II: trecerea din stare gazoas n stare lichid.

Distilarea este folosit n special pentru a separarea unui component lichid dintr-un amestec de lichide cu puncte de fierbere diferite.Separarea i purificarea lichidelor pe aceast cale se bazeaza pe diferena de volatilitate a diferitelor lichide i pe faptul cunoscut ca, n timpul distilrii unei substane pure, temperatura de distilare rmne constant, dac presiunea nu variaz.

Eficacitatea unei distilri depinde de mai muli factori, dintre care, cei mai importani sunt:

1. diferena presiunilor de vapori a componentelor lichide;2.posibilitatea de formare eventual a unor amestecuri azeotrope; 3. volumul probei de distilare; 4. tipul i mrimea instalaiei folosite;5. acurateea cu care este condus distilarea.

Distilarea simpla

Procesul de distilare const in vaporizarea unei substane lichide i condensarea acesteia. Se utilizeaz pentru separarea unor componente ale unui amestec pe baza punctelor lor de fierbere, separarea unui solvent dintr-un amestec al acestuia cu un compus solid i purificarea unui compus (doar dac substana nu se descompune la punctul de fierbere). Dup distilare se obin dou fraciuni: distilatul (fraciunea evaporat i condensat) i reziduul(fraciunea remanent).

Aceasta se bazeaz pe temperaturile de fierbere diferite ale compuilor supui procesului :

1. Total miscibile ( soluii ex: benzen,toluen).1. Parial miscibile se numesc amestecuri azeotrope in acest caz se poate distila doar un component1. Nemiscibile ex apa-toluen

Distilarea simpl (nefracionar) este utilizat n cazul n care lichidul de distilat conine practic doar o singur component volatil, care trebuie purificat sau pentru a separa un solvent dintr-o soluie pe care acesta o formeaz cu o substan nevolatil. In timpul distilarii unei substane ce conine mici cantiti de impuritilichide, la inceput temperatura de distilare crete mai rapid sau mai incet din cauzadistilrii impuritilor mai volatile), pn ce atinge un punct la care se menineconstanta i unde trece majoritatea substanei pure. Apoi se observ din nou o cretere a temperaturii, ceea ce indic faptul c distilarea componentei principale sa terminat, urmnd distilarea impuritilor cu puncte de fierbere mai ridicate (mai putin volatile).

Aparatura folosit:

a.) surs de nclzire: care poate fi o baie de ap (n cazul lichidelor care fierb pn la 800C), o baie de aer (plnia Babo), bi de nisip, de ulei de aliaj Wood (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd) sau o manta electric de nclzire, pentru temperaturile mai ridicate. Bile de ulei i de aliaj au avantajul unei nclziri mai uniforme. nclzirea se poate realiza cu ajutorul unui reou electric sau a unui bec de gaz instalat sub o sit de azbest, lsnd un spaiu de 2-3 mm ntre aceasta i fundul balonului de sticl.

b.) Blazul de distilare: reprezentat de un balon Wurtz, prevzut cu un termometru, al crui rezervor de mercur trebuie s fie situat cu aproximativ 5mm mai jos dect nivelul tubului lateral al balonului. n locul balonului Wurtz se poate folosi i un balon cu fund rotund la care se adaug unul din dispozitivele de distilare. Cea mai simpl i practic soluie o reprezint folosirea unui balon cu fund rotund cu lif , cruia i se ataeaz un dispozitiv Wurtz de distilare. Se evit n acest mod operaia de gurire a dopurilor i inconvienentele ce apar n cazul unor solveni care detelioreaz dopurile de cauciuc sau plut.

c.) Sistemul de rcire pentru condensarea vaporior: care poate fi n funcie de temperatura vaporilor, un refrigerent Liebig descendent , pentru lichidele cu punct de fierbere pn la 120-1300C sau un refrigerent de aer descendent pentru lichidele cu punct de fierbere mai ridicat de 130-1400C. Utilizarea refrigerentului Liebig rcit cu ap de la robinet la 10-200C pentru lichide cu puncte de fierbere ridicate ridicate (peste 1300C) se pot solda cu spargerea acestora datorit oculu termic prea puternic. n cazul utilizrii unui balon simplu cu lif i cu dispozitiv Wurtz de distilare, se utilizeaz un refrigerent Liebig cu lif, iar dac balonul nu are dispozitiv Wurtz, se utilizeaz un refrigerent Liebig prevzut cu cap Wurtz de distilare.

d.) Vasul de colectare: a distilatului poate fi un pahar n cazul lichidelor nevolatile i neinflamabile. n cazul lichidelor volatile i inflamabile sau toxice se folosete un balon cu lif fixat la captul refrigerentului cu o alonj prevzut la ambele capete cu lifuri i cu o deschidere tubular lateral care permite ataarea unui tub de cauciuc prin intermediul cruia, urmele de vapori volatili sau toxici sunt conduse sub ni sau spre canalul de scurgere al apei, care le va antrena. n locul balonului cu lif se poate utiliza i un flacon conic de vid legat cu o alonje simpl de refrigerent sau un balob Wurtz legat cu un dop direct la refrigerent.

Distilarea simpl se face n limita temperaturilor cuprinse ntre 400C i 1500C. Substanele care au temperatur de fierbere peste 1500C se pot descompune , iar cele cu temperaturi de fierbere pn la 400C se distil cu pierderi mari ntr-un distilor obinuit. n timpul distilrii unei substane lichide ce conin i mici cantiti de impuriti, temperatura de distilare crete la nceput mai ncet sau mai rapid, pn cnd atinge un punct la care se menine constant i unde trece marea majoritate a substanei cce trebuie distilat (purificat). Creterea ulterioar a temperaturii ar indica faptul c distilarea componentei principale s-a terminat, urmnd distilarea eventualelor impuriti, cu puncte de fierbere ceva mai ridicate. De obicei aceast cretere este precedat de o scdere relativ brusc, de scurt durat, a temperaturii, care marcheaz sfritul contactului vaporilor componentei principale cu rezervorul termometrului

Efectarea distilrii

Balonul de distilare se umple cel mult 2/3 din volumul su iar pentru asigurarea unei fierberi uniforme, cu evitarea supranclzirii , se introduc, obligatoriu, cteva bucele de porelan poros. Uniformizarea fierberi se poate realiza i prin utilizarea unui agittor magnetic, sau barbotnd prin intermediul unei capilare un curent de aer sau azot. Fierberea omogen are o deosebit importan n realizarea unei distilri corecte, rbufnirile lichidului (datorate supranclzirii locale) pot cauza impurificarea fraciunii pure sau pot provoca chier accidente (proiectarea n aer a termometrului , debordarea lichidului i aprinderea sa). n cazul n care s-a neglijat introducerea de la nceput a bucelelor de porelan poros, acestea nu se vor aduga niciodat n soluia deja nclzit, deoarece n momentul adugrii se poate declana fierberea brusc a lichidului, debordarea sa i un eventual incendiu. n funcie de natura lichidului de distilat, nclzirea balonului pe baie de ap, aer, ulei, electric , se face de asemenea manier nct distilarea s decurg lent , numai astfel putndu-se aprecia, cu ajutorul termometrului temperatura real de fierbere. Este recomandat, n acest sens, nclzirea balonului pe o baie cu temperatur constant (baie prevzut cu un termometru de contact legat la un releu) meninut cu aproximativ 100C peste punctul de fierbere a lichidului. n cazul unei supranclzirii , care provoac o distilare rapid, n balon se produce suprapresiune i temperatura de distilare critic la termometru nu mai corespunde cu punctul de fierbere al fraciunii respective la presiunea admosferic. Urmnd indicaiile termometrului, cnd temperatura de distilare rmne constant, se colecteaz distilatul pur (cu o vitez de distilare de 1-2 picturi distilat pe sec.). n cazul distilrii unor substane care se solidific la temperatura camerei (de ex. fenolul cu punct de topire de 430C) apare pericolul nfundrii tubului lateral al balonului Wurtz i n consecin acesta trebuie nclzit puin pentru a asigura topirea produsului solid i curgerea sa n balonul de colectare. Problema se poate rezolva i prin introducerea in tubul lateral a unei srme de cupru (cu captul n interiorul balonului, unde vaporii au temperatur ridicat), care datorit conductibilitii sale termice asigura topirea substanei. Pentru distilarea unor cantiti mici de substane solide, ce se solidific deja la temperatura camerei, se pot utiliza baloanelr sabie prevzute cu tub lateral, de form special, de diametru mare, n care se poate colecta substan solid. n cazul distilrii lichidelor volatile, se va asigura o bun rcirea refrigerentului, folosindu-se un refrigerent cu suprafa mare de rcire (cu bil sau serpentin)i o vitez mrit a circulaiei de ap. Ca ageni frigorifici eficieni pot fi utilizai: saramura rcit la -100C pn la -200C , un amestec de etilenglicol i metanol rcit de un agregat frigorific (se poate distila astfel metilamina care are p.f. -80C). Unele lichide spumeaz n timpul distilrii. n soluiile apoase efectul dispare, dac se adaug cteva picturi de octanol sau ulei siliconic, sau la spumare puternic, renunndu-se la termometru i introducndu-se prin capul de distilare o capilar, curentul de aer distilnd bulele de spum.Dac substanele nu au volatilitate suficient de difereniat, separarea lor nu se poate realiza printr-o singur evaporare i condensare, fiind necesar repetarea de mai multe ori a acestei operaii. Acest lucru se poate realiza n coloanele de distilare (distilare fracionar, rectificare). Faptul dac este suficient sau nu o singur distilare pentru separarea componenilor, este dificil de apreciat de un nceptor. Adesea se supraapreciaz posibilitatea distilrii simple. Ca o regul general (empiric), se poate spune c distilarea simpl nu este eficient dac temperaturile de fierbere ale componenilor nu difer cel puin cu 800 C.

Distilarea fracionat

Este operaia de laborator care se utilizeaz la separarea componentelor dintrun amestec de mai multe componente miscibile, cu condiia ca acestea s nu formeze intre ele amestecuri azeotrope.O condiie eseniala pentru separarea componentelor acestor amestecuri este ca s nu aib puncte de fierbere apropiate (diferenele de temperatur intre punctele de fierbere s fie de cel puin 1520).Distilarea fractionat se execut cu ajutorul coloanelor de separare in care se creaz echilibre de faz vaporilichid intre vaporii componentelor mai volatile care urc in coloan, i lichidul imbogit in componentele mai putin volatile, care se condenseaz pe pereii coloanei i coboar in balon. Se cunosc mai multe tipuri de coloane de fracionare. In aceste coloane, amestecul de vapori (format din amestecul de lichide care sunt aduse la fierbere in balonul de distilare) intlnesc dea lungul coloanei o serie de sicane (bule de sticla, buci de tuburi de sticl, bile de sticl, etc) cu care sunt umplute coloanele, precum i o multime de straturi de lichid condensat depuse pe sicanele coloanei.In acest mod vaporii mai volatili reuesc sa urce inspre vrful coloanei, ajungnd pn in refrigerent, unde se condenseaz, pe cnd vaporii componentelor mai putin volatile, se condenseaz i cad din nou in balon.

Eficacitatea coloanelor de fracionare depinde de trei factori:

dimensiunea coloanei de distilare; tipul sicanelor; raportul vapori condensat.

De aceti factori se ine seam la fabricarea coloanelor.

Aparatura utilizat la distilarea fracionat este format din:

- balonul de distilare- coloana de fracionare - refrigerentul - vasul colector.

Operaia de distilare fracionat se execut ca i distilarea simpl, dar se urmrete cu atenie indicaiile termometrului i schimbarea vasului colector in funcie de indicaiile acestuia pentru colectarea diferitelor fraciuni.

Antrenarea cu vapori de ap

Antrenarea cu vapori este o metod de separare ce se bazeaz pe proprietatea lichidelor de a fierbe la o temperatur mai sczut dect a fiecrei componente in parte. Se pot antrena cu vapori amestecurile de substante care contin o component volatil.Pentru aceasta trebuie s se in cont de urmtoarele:-substana trebuie s fie insolubil sau aproape insolubil in ap -s prezinte o tensiune apreciat de vapori la temperatura 100C (temperatua de fierbere a apei)Cnd intr-un amestec se adaug un component nemicibil, temperatura de fierbere scade. Acest procedeu se aseamana cu distilarea in vid.Daca unei substane lichide A nemiscibil cu apa i se adauga apa B, temperatura de fierbere a amestecului va fi sub 100C. Presiunea acestui amestec este egal cu suma presiunilor pariale ale componenilor. Cazul cel mai important n practic al unei asemenea distilri l constituie distilarea cu vapori de ap, prin care substane insolubile n ap, sunt distilate prin introducerea vaporilor de ap n amestec, reuind s distile menajat chiar i substane cu temperatura de fierbere mult peste 100oC.Distilarea cu vapori de ap este o operaiune folosit n practica pentru a efectua purificarea unor substane ce nu pot fi distilate fr descompunere la presiune atmosferic, sau pentru a realiza separarea unei substane dintr-un amestec de substanelor, antrenabil cu vapori de ap, celelalte fiind neantrenabile (rmn n balonul din care se efectueaz operaia).

Exemple:

1. amestecul de anilin (punct de fierbere=180oC) i ap (punct de fierbere=100oC) fierbe la 99oC; 2. amestecul de ap i benzen (punct de fierbere=80oC)fierbe la 70oC;3. benzaldehida (punct de fierbere= 179oC) poate fi i ea separat prin antrenare cu vapori de ap din amestecul rezultat n timpul sintezei. Metoda poate fi utilizat i pentru separarea unor izomeri, dac de exemplu, unul din ei formeaz legturi de hidrogen intramoleculare, fiind astfel mai volatil dect al doilea, care poate forma doar legturi de hidrogen intermoleculare. n acest mod se poate separa de exemplu orto-nitrofenolul (legturi de hidrogen intramoleculare), antrenabil cu vapori de ap, de para-nitrofenol, neantrenabil din amestecul de sintez ( nitrarea fenolului). n cazul substanelor mai sensibile la aciunea temperaturii, se poate efectua o antrenare cu vapori de ap la o presiune sczut, care permite realizarea distilrii la temperaturi mai joase.

Aparatura folosit pentru efectuarea distilrii cu vapori de ap se compune din :- Generatorul de vapori; - Dispozitivul de antrenare cu vapori de ap; - Balon cu fundul rotund n care se introduce substana de antrenat i dispozitivul de antrenare; - Refrigerentul Liebig (descendent), care condenseaz amestecul de vapori de ap i substan care se antreneaz; - Vasul de colectare al distilantului.

Amestecul care urmeaz s fie supus distilrii cu vapori de ap, se introduce n balonul de antrenare, prevzut cu dispozitivul de antrenare, prin intermediul cruia se realizeaz (cu ajutorul unui tub de cauciuc) legtura cu generatorul. Se ncepe nclzirea generatorului, cu tubul de siguran scos de la locul su. Numai dup ce apa a ajuns la fierbere i vaporii ies abundent prin orificiul tubului de siguran, acesta se fixeaz (ct mai aproape de fundul generatorului) cu ajutorul dopului, n lcaul su, astfel c din acest moment, vaporii ncep s treac n balon prin tubul lateral al generatorului. Se procedeaz astfel pentru a evita o eventual aciune oxidant a amestecului de vapori de ap i aer atmosferic asupra substanei organice, care urmeaz s fie antrenat. Coninutul balonului se nclzete i el la nceput, pentru ca vaporii ce vin de la generator s nu se condenseze n lichidul rece din balon, mrind inutil volumul i prelungind drumul de antrenare. Dup ce distilatul ncepe s treac n refrigerent, nclzirea balonului de antrenare se oprete. Distilarea se continu pn cnd distilatul nu mai curge sub form de emulsie, sau nu mai antreneaz particule de substan, semn c vaporii de ap nu mai antreneaz nimic. Un control riguros al sfritului antrenrii trebuie efectuat cu ajutorul unui test, care identific produsul antrenat n lichidul condensat din refrigerent. Dup terminarea antrenrii, oprirea funcionrii instalaiei se face prin scoaterea tubului de siguran al generatorului, numai dup aceea se oprete i nclzirea. Procednd invers, are loc absorbia lichidului din balon n generatorul de vapori. Dac n vasul de colectare amestecul rmne sub form de emulsie, separarea componentelor se face prin adugarea unui electrolit n soluie, fie prin extracie cu un solvent organic. n cazul n care substana (solid) se separ sub form de cristale n refrigerent, apare pericolul nfundrii acestuia i creerii unei supratensiuni n aparat. n aceste cazuri instalaia trebuie supravegheat cu grij, inconvenientul putndu-se evita prin oprirea temporar a curgerii apei n refrigerent. n acest mod, substana de pe refrigerent se topete i curge n vasul de colectare, unde n contact cu apa rece se solidific. Dup ce refrigerentul s-a curat astfel, se pornete din nou apa de rcire i se continu antrenarea, operaiunea repetndu-se de cte ori este necesar.