stringtranslate.com

паровая дистилляция

Аппарат для паровой дистилляции, демонстрирующий паровую дистилляцию анилина

Паровая дистилляция — это процесс разделения , который заключается в перегонке воды вместе с другими летучими и нелетучими компонентами. Пар из кипящей воды переносит пары летучих веществ в конденсатор ; оба охлаждаются и возвращаются в жидкое или твердое состояние, в то время как нелетучие остатки остаются в кипящей емкости.

Если, как это обычно бывает, летучие вещества не смешиваются с водой, они спонтанно образуют отдельную фазу после конденсации, что позволяет разделить их декантацией или с помощью делительной воронки . [1]

Паровая дистилляция может использоваться, когда температура кипения извлекаемого вещества выше, чем у воды, и исходный материал не может быть нагрет до этой температуры из-за разложения или других нежелательных реакций. Она также может быть полезна, когда количество желаемого вещества мало по сравнению с количеством нелетучих остатков. Она часто используется для отделения летучих эфирных масел от растительного материала. [2] например, для извлечения лимонена (температура кипения 176 °C) из апельсиновой кожуры .

Паровая дистилляция когда-то была популярным лабораторным методом очистки органических соединений, но во многих таких случаях ее заменили вакуумная дистилляция и сверхкритическая флюидная экстракция . Однако она намного проще и экономичнее этих альтернатив и остается важной в некоторых промышленных секторах. [3]

В простейшей форме, водной дистилляции или гидродистилляции , вода смешивается с исходным материалом в кипящей емкости. При прямой паровой дистилляции исходный материал подвешивается над водой в кипящей колбе, поддерживаемой металлической сеткой или перфорированным экраном. При сухой паровой дистилляции пар из котла принудительно протекает через исходный материал в отдельной емкости. Последний вариант позволяет нагревать пар выше точки кипения воды (таким образом, становясь перегретым паром ) для более эффективной экстракции. [4]

История

Аппарат для паровой дистилляции

Паровая дистилляция используется во многих рецептах, приведенных в «Китаб ат-Тарафук фи аль-итр» («Книга мягкости в парфюмерии»), также известной как « Китаб Кимийа аль-итр ва-ль-тасидат» («Книга химии парфюмерии и дистилляции»), приписываемой раннему арабскому философу аль-Кинди ( ок.  801–873 гг .). [5] Паровая дистилляция также использовалась персидским философом и врачом Авиценной (980–1037 гг.) для получения эфирных масел путем добавления воды к лепесткам роз и перегонки смеси. [6] Этот процесс также использовался ад-Димашки (1256–1327 гг.) для производства розовой воды в больших масштабах. [7]

Принцип

Каждое вещество имеет некоторое давление пара даже ниже точки кипения, поэтому теоретически его можно перегонять при любой температуре, собирая и конденсируя его пары. Однако обычная перегонка ниже точки кипения непрактична, поскольку над жидкостью образуется слой воздуха, богатого парами, и испарение прекратится, как только парциальное давление пара в этом слое достигнет давления пара. Затем пар будет поступать в конденсатор только путем диффузии, что является чрезвычайно медленным процессом.

Простая перегонка обычно осуществляется путем кипячения исходного материала, поскольку, как только давление его паров превысит атмосферное давление, этот все еще насыщенный парами слой воздуха будет разрушен, и из кипящей колбы в конденсатор начнется значительный и устойчивый поток паров.

При паровой дистилляции этот положительный поток обеспечивается паром от кипящей воды, а не кипением интересующих веществ. Пар увлекает за собой пары последних.

Интересующее вещество не обязательно должно быть смешивающимся с водой или растворимым в ней. Достаточно, чтобы оно имело значительное давление пара при температуре пара.

Если вода образует азеотроп с интересующими веществами, температура кипения смеси может быть ниже температуры кипения воды. Например, бромбензол кипит при 156 °C (при нормальном атмосферном давлении), а смесь с водой кипит при 95 °C. [8] Однако образование азеотропа не является необходимым для работы паровой дистилляции.

Приложения

Дистиллятор для кипячения воды. Наверху бак для кипячения, внизу бак для хранения.

Паровая дистилляция часто используется для выделения эфирных масел , например, для использования в парфюмерии . В этом методе пар пропускается через растительный материал, содержащий желаемые масла. Эвкалиптовое масло , камфорное масло и апельсиновое масло получаются этим методом в промышленных масштабах. [2] Паровая дистилляция является средством очистки жирных кислот, например, из талловых масел . [9]

Паровая дистилляция иногда используется в химической лаборатории . Иллюстрацией является классическое приготовление бромдифенила , где паровая дистилляция используется для первого удаления избытка бензола, а затем для очистки бромированного продукта. [10] В одном из приготовлений бензофенона пар используется для первого извлечения непрореагировавшего тетрахлорида углерода , а затем для гидролиза промежуточного бензофенондихлорида в бензофенон, который на самом деле не перегоняется с паром. [11] В одном из приготовлений пурина паровая дистилляция используется для удаления летучего бензальдегида из нелетучего продукта. [12]

Оборудование

Гидродистилляция с использованием аппарата для паровой дистилляции, аппарата типа Клевенджера. (A) Регулятор мощности; (B) Нагревательный кожух с круглодонной колбой, содержащей воду и ароматические листья; (C) Аппарат типа Клевенджера, который возвращает гидрозоль в перегонный куб и сохраняет фазу эфирного масла, но только для эфирных масел, которые менее плотные, чем вода, и поэтому всплывают; (D) Конденсатор. [13]

В лабораторных условиях паровая дистилляция осуществляется с использованием пара, вырабатываемого вне системы и подаваемого по трубопроводу через очищаемую смесь. [14] [1] Пар также может быть получен на месте с использованием аппарата типа Клевенджера. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab HT Clarke, Anne W. Davis (1922). "Хинолин". Органические синтезы . 2 : 79. doi :10.15227/orgsyn.002.0079.
  2. ^ аб Фальбуш, Карл-Георг; Хаммершмидт, Франц-Иосиф; Пантен, Йоханнес; Пикенхаген, Вильгельм; Шатковски, Дитмар; Бауэр, Курт; Гарбе, Доротея; Сурбург, Хорст (2003). «Вкусы и ароматы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a11_141. ISBN 3-527-30673-0.
  3. ^ Зеки Берк (2018): Пищевая промышленность и технологии , 3-е издание. 742 страницы. ISBN 978-0-12-812018-7 doi :10.1016/C2016-0-03186-8 
  4. ^ Мануэль Г. Серпа, Рафаэль Б. Мато, Мария Хосе Косеро, Роберта Чериани, Антонио Х. А. Мейрелле, Джулиана М. Прадо, Патрисия Ф. Леал, Таис М. Такеучи и М. Анжела А. Мейрелеш (2008): «Steam дистилляция, применяемая в пищевой промышленности». Глава 2 « Извлечение биоактивных соединений из пищевых продуктов: теория и применение» , страницы 9–75. ISBN 9781420062397 
  5. ^ Нидхэм, Джозеф (1980). Наука и цивилизация в Китае. Том 5: Химия и химическая технология. Часть IV: Спагирические открытия и изобретения: приборы, теории и дары. Кембридж: Cambridge University Press. ISBN 9780521085731.стр. 128, примечание h (ср. оговорки относительно подлинности работы в Needham 1980, стр. 128, примечание d).
    Перевод некоторых рецептов, как указано в кулинарной книге XIV века Kanz al-fawāʾid fī tanwīʿ al-mawāʾid : Насралла, Наваль (2017). Treasure Trove of Benefits and Variety at the Table: A Fourteenth-Century Egyptian Cookbook. Английский перевод с введением и глоссарием. Islamic History and Civilization. Vol. 148. Leiden: Brill. doi :10.1163/9789004349919. ISBN 978-90-04-34729-8.стр. 425–430.
  6. ^ Шрив, Рэндольф Норрис; Бринк, Джозеф Эндрю (1977). Chemical Process Industries. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-057145-7.
    Axe, д-р Джош; Рубин, Джордан; Боллингер, Тай (2020-06-01). Химия эфирных масел. Destiny Image Publishers. ISBN 978-0-7684-5702-5.
  7. ^ Хилл, Дональд Р. (1993). Исламская наука и инженерия. Эдинбург: Издательство Эдинбургского университета. ISBN 9781474469135.стр. 85–87.
  8. ^ Физическая фармация и фармацевтические науки Мартина, пятое издание, ISBN 0-7817-6426-2 , Lippincott williams & wilkins 
  9. ^ MM Chakrabarty (9 ноября 2003 г.). Химия и технология масел и жиров. Allied Publishers. стр. 12–. ISBN 978-81-7764-495-1.
  10. ^ М. Гомберг и В. Э. Бахман (1928). " п -Бромбифенил". Органические синтезы . 8 : 42. doi :10.15227/orgsyn.008.0042.
  11. ^ CS Marvel, WM Sperry (1928). «Бензофенон». Органические синтезы . 8 : 26. doi :10.15227/orgsyn.008.0026.
  12. ^ W. Klötzer, J. Stadlwieser, J. Raneburger (1986). "Электрофильное N-аминирование солей имида натрия с O-дифенилфосфинилгидроксиламином (DPH): 7-аминотеофиллин". Organic Syntheses . 64 : 96. doi :10.15227/orgsyn.064.0096.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Садгроув и Джонс, Современное введение в эфирные масла: химия, биологическая активность и перспективы австралийского сельского хозяйства, Agriculture 5(1), 2015, doi :10.3390/agriculture5010048
  14. ^ Кеннет Б. Виберг (1960). Лабораторная техника в органической химии . McGraw-Hill. ISBN 0070700958.
  15. ^ Уолтон и Браун, Химические вещества из растений, Imperial College Press, 1999.