destilacija

ilustracija
DESTILACIJA – Tavan s preljevom, 1. pretok, 2. kapljevina, 3. para
ilustracija1ilustracija2ilustracija3

destilacija (lat. destillatio: kapanje).

1. Destilacija kapljevina, separacijski postupak kojim se isparivanjem, a zatim ukapljivanjem (kondenziranjem) pročišćavaju kapljevine (npr. destilacija vode) ili razdvajaju sastojci smjese kapljevina (npr. destilacija nafte). Destilacija je poznata odavno i može se prepoznati već u Aristotelovim spisima (384. do 322. pr. Kr.) pri spominjanju isparivanja morske vode radi dobivanja slatke vode.

Široka laboratorijska i industrijska primjena destilacije uvjetovala je razvoj različitih postupaka i destilacijskih uređaja, od laboratorijskih staklenih aparatura do industrijskih metalnih izvedbi, s kolonama kojima se promjer mjeri metrima, a visina desetcima metara. Destilirati se može pri povišenom, atmosferskom ili sniženom tlaku, prekidano (diskontinuirano, šaržno) ili neprekidano (kontinuirano), s pretokom (refluksom, flegmom – povratnim tokom dijela kondenzirane pare koji teče od vrha kolone prema dnu) ili bez pretoka.

Najjednostavnija je atmosferska, prekidana destilacija bez pretoka (diferencijalna destilacija). Određena količina kapljevine unese se u posudu (kotao, tikvicu) i zagrijava do vrenja, nastala se para ukapljuje u hladilu i produkt destilacije (destilat) skuplja u predlošku. Kada se, međutim, destilira smjesa kapljevitih sastojaka, prije se isparavaju sastojci nižega vrelišta, pa je destilat bogatiji tim sastojcima, a ostatak u posudi iz koje se destilira bogatiji sastojcima višega vrelišta. U predlošku se mogu skupljati i odvojeni destilati (frakcije), koji destiliraju u određenim temperaturnim intervalima (frakcijska destilacija). Čistoća pojedinih frakcija ovisi o razlikama u vrelištima sastojaka smjese. Što su te razlike manje, za dobivanje čistije frakcije trebat će postupak više puta ponavljati (prekidana višestupanjska destilacija). Za razdvajanje sastojaka smjese koji se po hlapljivosti vrlo malo razlikuju (npr. u industriji nafte), mnogo je učinkovitija neprekidana frakcijska destilacija (smjesa se neprekidno dovodi, a frakcije odvode) uz upotrebu destilacijske kolone (→ rektifikacija). U koloni se, naime, ostvaruje dodir pretoka, koji se slijeva prema dnu kolone, i pare koja se diže prema vrhu, pri čemu se parna faza obogaćuje lakše hlapljivom, a kapljevita faza teže hlapljivom komponentom. Nakon uspostavljanja stacionarnoga stanja, u koloni se, među fazama koje se protustrujno gibaju, difuzijom odvija obostrani prijenos tvari u mnogo ravnotežnih stupnjeva. Površina dodira među fazama treba biti što veća, a to se postiže upotrebom punila u koloni (Berlova sedla, Rashigovi prsteni, rešetke i dr.) ili tzv. tavana (plitica), koji mogu biti s privođenjem mehaničke energije za pospješenje dodira (najčešće ugradnjom rotirajućih elemenata) ili bez nje (tavani s preljevom, npr. ventilski, sa zvonima, ili bez preljeva, npr. rešetkasti). U punjenim se kolonama prijenos tvari odvija u uvjetima neprekidanoga dodira faza, a u kolonama s tavanima stupnjevito na pojedinom tavanu. Tijekom industrijske frakcijske destilacije upravlja se količinom i sastavom pretoka. Učinkovitost destilacijske kolone izražava se brojem teorijskih tavana ili visinom ekvivalentnom teorijskomu tavanu (visina dijela kolone potrebna za postizanje potpune ravnoteže između parne i kapljevite faze). Ako se uređaj za kontinuiranu frakcijsku destilaciju napaja kroz kotao, tj. s dna kolone, ne može se dobiti ni približno čist proizvod s dna (teška frakcija). Zato se, kada je potrebno da sve frakcije budu podjednako čiste, upotrebljava kombinirana kolona s napajanjem na nekom tavanu središnjega dijela kolone (pojni tavan). Gornji dio takve kolone, iznad pojnoga tavana, djeluje kao rektifikacijska, a donji dio kao ispiračka (tzv. striping) sekcija. Kapljevita faza s pojnoga tavana teče prema dnu kolone, ususret parnoj fazi nastaloj u isparivaču, pri čemu se iz kapljevine uklanja lakše hlapljiva komponenta prije dolaska u isparivač, a to omogućuje dobivanje čistijeg produkta s dna kolone. Kada se vrelišta pojedinih sastojaka smjese bitno razlikuju, u industriji se primjenjuje postupak u kojem se neprekidano pojena kapljevita smjesa djelomice ispari, tako da nastala para bude u ravnoteži s preostalom kapljevinom; smjesa pare i kapljevine odvodi se u separator, gdje se odvojena para kondenzira (ravnotežna ili tzv. flash destilacija).

Za organske tvari koje su na povišenoj temperaturi sklone kemijskim promjenama primjenjuje se destilacija pri sniženom tlaku, zbog snižavanja vrelišta (vakuumska destilacija), a za tvari velike molekularne mase ili vrlo visokoga vrelišta destilacija se provodi u laboratoriju u visokom vakuumu (< 0,001 mbar). Osim visokoga vakuuma, značajka je te metode da se površina isparivanja nalazi površini hlađenja bliže nego što iznosi prosječan slobodni put isparene molekule, pa nema ravnoteže između pare i kapljevine. Kapljevine s razmjerno visokim vrelištem, koje se ne miješaju s vodom, mogu se i kod atmosferskoga tlaka destilirati pri nižoj temperaturi ako se kroz njih provodi vodena para (destilacija s vodenom parom). Smjesa kapljevina bliskoga vrelišta može se destilacijom rastaviti i s dodatkom otapala koje smanjuje parcijalni tlak jedne od komponenata smjese u odnosu na drugu, tvoreći azeotropnu smjesu (azeotropna destilacija), ili s dodatkom razmjerno nehlapljive kapljevine kao preferencijalnog otapala za jednu od komponenata, smanjujući hlapljivost otopljene komponente (ekstraktivna destilacija). Tako se, npr., može s dodatkom anilina razdvojiti smjesa cikloheksana i benzena.

2. Suha destilacija, postupak kojim se iz čvrstih organskih tvari (drvo, ugljen) zagrijavanjem u reakcijskoj posudi (retorti) ili komori, bez pristupa zraka, dobivaju različiti plinoviti i kapljeviti proizvodi važni za kemijsku industriju. Za razliku od destilacije kapljevina, u kojoj su promjene fizikalne naravi, suhom destilacijom nastaju kemijske promjene. Suhom destilacijom drva, osim drvenog ugljena, dobivaju se octena kiselina, metanol, aceton i katran, iz kojega se mogu izdvojiti ksilen, krezol i dr. Od ugljena se suhom destilacijom mogu dobiti vrlo različiti proizvodi, već prema tomu provodi li se destilacija kod razmjerno niske temperature (< 600 °C, švelanje) ili visoke temperature (>1000 °C, koksiranje). Švela se pretežno smeđi ugljen, a osim švelnoga koksa i švelnoga plina dobivaju se i švelna voda, laka ulja te švelni katran. Za koksiranje se uzima kameni ugljen, a proizvodi su koks, koksni plin, amonijačna voda i katran, iz kojega se daljnjom separacijom dobivaju benzen, toluen, naftalen i dr. proizvodi te katranska smola.

destilacija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 15.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=14783>.