Kami menjelaskan apa itu distilasi, contoh metode pemisahan ini dan jenis distilasi yang dapat digunakan.
Pengertian
Distilasi adalah salah satu metode pemisahan fasa, yang merupakan salah satu metode pemisahan campuran. Distilasi terdiri dari penggunaan dua proses fisik secara berurutan dan terkontrol: penguapan dan kondensasi, menggunakannya secara selektif untuk memisahkan komponen campuran, biasanya dari jenis yang homogen, yang tidak dapat dibedakan dengan mata.
Campuran yang dapat dipisahkan menjadi komponen masing-masing menggunakan distilasi dapat berisi dua cairan, padatan dalam cairan, atau bahkan gas cair. Metode pemisahan ini didasarkan pada perbedaan titik didih (sifat materi yang melekat, yaitu suhu di mana tekanan uap suatu zat cair sama dengan tekanan yang mengelilingi zat tersebut) dari zat yang berbeda. Zat dengan titik didih terendah pertama-tama akan melewati fase uap, kemudian zat ini akan mengembun di wadah lain, dan akan tetap relatif murni.
Dengan cara ini, agar penyulingan dapat dilakukan dengan benar, kita harus merebus campuran tersebut hingga mencapai titik didih salah satu zat penyusunnya, yang kemudian akan menjadi uap dan dapat dialirkan ke wadah yang sudah didinginkan, di dalamnya terdapat wadah di dalamnya. mengembun dan menjadi cair kembali.
Sebaliknya, substansi penyusun lainnya akan tetap berada di dalam wadah tanpa perubahan; tetapi dalam kedua kasus kita akan memiliki zat murni, bebas dari campuran awal.
Hukum Raoult
Ketika kita memiliki campuran ideal cairan (campuran di mana interaksi antara partikel yang berbeda dianggap sama dengan interaksi antara partikel yang sama), Hukum Raoult terpenuhi.
Hukum ini menyatakan bahwa tekanan uap parsial tiap komponen dalam campuran gas sama dengan tekanan uap komponen murni dikalikan dengan fraksi molnya dalam campuran cair.
Tekanan uap total adalah penjumlahan dari tekanan parsial komponen campuran dalam fasa gas. Di sisi lain, fraksi mol suatu komponen dalam campuran adalah ukuran konsentrasinya yang tidak berdimensi. Besaran yang disebutkan di atas dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Dimana:
- px dan py adalah tekanan parsial dari komponen x dan y masing-masing dalam campuran uap yang mengelilingi campuran cairan.
- px * dan py * adalah tekanan uap dari komponen x dan y.
- xx dan xy adalah fraksi mol dari komponen x dan y dalam campuran cairan.
- nx dan ny adalah banyaknya zat dari komponen x dan y dalam campuran cairan.
Hukum Raoult yang dikemukakan di atas berlaku untuk campuran ideal (yang merupakan model yang dibuat oleh manusia untuk menyederhanakan studi), namun pada kenyataannya hukum ini mengalami penyimpangan jika campuran tersebut nyata.
Jadi, jika partikel yang berbeda dalam campuran memiliki gaya antarmolekul yang lebih kuat daripada partikel dalam cairan murni, maka tekanan uap campuran lebih kecil dari tekanan uap cairan murni, yang menghasilkan penyimpangan negatif dari Hukum oleh Raoult.
Sebaliknya, jika gaya antarmolekul antar partikel dalam cairan murni lebih besar daripada gaya partikel dalam campuran, maka partikel dalam campuran akan lebih mudah lolos ke fase uap, sehingga tekanan uapnya lebih mudah. campuran akan lebih besar, menghasilkan deviasi positif dari hukum Raoult
Bila ingin mendistilasi campuran azeotropik (misalnya etanol dan air), perlu ditambahkan beberapa komponen (benzena, dalam hal ini) sehingga azeotrop dimodifikasi dan dengan cara ini agar dapat memisahkan komponen-komponen campuran. Azeotrop adalah campuran cairan dengan komposisi tertentu yang ketika mendidih, uap yang dihasilkan memiliki komposisi campuran yang sama (sehingga komponen campuran azeotropik tidak dapat dipisahkan dengan distilasi sederhana atau fraksional).
Azeotrop memiliki suhu didih yang ditentukan, misalnya pada tekanan 1 atm, etanol mendidih pada 78,37 ° C dan air mendidih pada 100 ° C, sedangkan azeotrop etanol-air mendidih pada 78,2 ° C. Campuran azeotropik memiliki penyimpangan negatif atau positif dari Hukum Raoult tergantung pada kasusnya.
Jenis distilasi
Distilasi dapat terjadi dengan berbagai cara:
- Distilasi sederhana. Yang paling dasar terdiri dari merebus campuran sampai komponen yang berbeda dipisahkan. Ini adalah metode pemisahan yang efektif ketika titik didih komponen campuran sangat berbeda, (idealnya mereka harus memiliki perbedaan paling sedikit 25 ° C, jika tidak maka tidak menjamin kemurnian total bahan suling).
- Distilasi fraksional. Ini dilakukan dengan menggunakan kolom fraksinasi, yang terdiri dari pelat yang berbeda di mana penguapan dan kondensasi berlangsung berturut-turut, menjamin kemurnian yang lebih besar dalam komponen yang dipisahkan.
- Distilasi vakum. Dengan mengurangi tekanan hingga terjadi vakum, proses dikatalisis untuk mengurangi titik didih komponen, karena beberapa memiliki titik didih yang sangat tinggi yang dapat dikurangi ketika tekanan sangat berkurang dan dengan demikian mempercepat proses distilasi.
- Distilasi azeotropik. Ini adalah distilasi yang diperlukan untuk memecah azeotrop, yaitu campuran yang zatnya berperilaku sebagai satu, bahkan berbagi titik didih, sehingga tidak dapat dipisahkan dengan distilasi sederhana atau fraksional. Untuk memisahkan suatu campuran azeotropik perlu dilakukan modifikasi kondisi pencampuran, misalnya dengan menambahkan beberapa komponen pemisah.
- Distilasi uap. Komponen yang mudah menguap dan tidak mudah menguap dari campuran dipisahkan dengan injeksi langsung uap air.
- Distilasi kering. Ini terdiri dari memanaskan bahan padat tanpa adanya pelarut cair, memperoleh gas dan kemudian mengembunkannya di wadah lain.
- Distilasi destruktif. Juga disebut distilasi alternatif atau reaktif, ini disesuaikan dengan kasus tertentu dari campuran yang sulit dipisahkan atau memiliki titik didih yang sama.
Contoh distilasi
- Penyulingan minyak. Pemisahan berbagai hidrokarbon yang ada dalam minyak dilakukan dengan distilasi fraksional, menyimpan dalam berbagai lapisan atau kompartemen terpisah dari kolom destilasi setiap senyawa yang berasal dari pemasakan minyak mentah. Gas-gas ini naik dan mengembun di lapisan atas kolom, sedangkan zat yang lebih padat seperti aspal dan parafin tetap berada di lapisan bawah.
- Retak katalitik. Ini adalah nama yang diberikan untuk distilasi vakum biasa tertentu dalam pemrosesan minyak, menggunakan menara vakum untuk memisahkan gas dari minyak goreng. Ini mempercepat pendidihan hidrokarbon dan mempercepat prosesnya. Cracking adalah jenis distilasi destruktif, di mana hidrokarbon yang lebih besar dipecah (pada suhu tinggi dan menggunakan katalis) menjadi hidrokarbon yang lebih kecil, yang memiliki titik didih lebih rendah.
- Pemurnian etanol. Untuk memisahkan alkohol seperti etanol dari air selama produksinya di laboratorium, distilasi azeotropik digunakan, dengan menambahkan campuran benzena atau komponen lain yang mendorong atau mempercepat pemisahan, dan yang kemudian dapat dengan mudah dihilangkan tanpa mengubah komposisi kimia produk..
- Pengolahan batubara. Untuk memperoleh bahan bakar organik cair, digunakan batu bara atau kayu melalui prosedur distilasi kering, sehingga gas yang dikeluarkan selama pembakaran dapat terkondensasi.
- Termolisis garam mineral. Melalui distilasi kering, diperoleh berbagai zat mineral dengan kegunaan industri yang tinggi, dari pancaran dan kondensasi gas yang diperoleh dengan membakar garam mineral.
- Alembic. Ini adalah nama perangkat yang ditemukan di zaman kuno Arab, yang bertujuan untuk menghasilkan parfum, obat-obatan, dan alkohol dari buah-buahan yang difermentasi. Dalam pengoperasiannya, prinsip distilasi digunakan: zat dipanaskan dalam ketel kecil dan gas yang dihasilkan didinginkan dalam kumparan yang mengarah ke wadah lain di mana cairan yang dihasilkan dari kondensasi gas tersebut dikumpulkan.
- Produksi parfum. Distilasi uap digunakan untuk mendapatkan parfum, air mendidih bersama dengan bunga yang diawetkan, untuk menghasilkan gas dengan bau yang diinginkan, yang kemudian dapat digunakan sebagai cairan dasar dalam parfum saat dikondensasi.