Distillation

Définition

La distillation est action de purifier un liquide par un processus de chauffage pour créer une vapeur et de refroidissement pour condenser à nouveau en liquide. Elle permet d'obtenir de l'eau distillée (entre autres solutés). La distillation est utilisée pour purifier un composé en le séparant d'une matière non volatile ou moins volatile. Étant donné que différents composés ont souvent des points d'ébullition différents, les composants se séparent d'un mélange lorsque le mélange est distillé.

Processus de distillation :

Dans le processus de distillation, les liquides bout jusqu'à ce qu'ils atteignent leur point d'ébullition. Il s'évapore ensuite (se vaporise) et passe à travers le condenseur où la chaleur est éloignée de la vapeur et il redevient un liquide réutilisable frais et propre (le même processus qui provoque la formation de rosée).

Explications

Toute l'idée de la distillation est inspirée de la nature : l'eau de la flaque d'eau se transforme en vapeur invisible après une journée de soleil brûlant. Une soirée fraîche inverse le processus et des gouttelettes d'eau se forment sur les brins d'herbe.

La distillation est le processus de séparation des composants d'un mélange en fonction de différents points d'ébullition. Des exemples d'utilisations de la distillation comprennent la purification de l'alcool, le dessalement, le raffinage du pétrole brut et la fabrication de gaz liquéfiés à partir de l'air. L'homme utilise la distillation depuis au moins 3 000 ans avant J.-C. dans la vallée de l'Indus.

Le processus peut également être effectué dans une usine, appelée distillerie. Des alambics sont utilisés pour effectuer la distillation des plantes.

Le processus global de distillation de l'alcool peut être résumé en 3 parties : la fermentation, la distillation et la finition. Il est illustré à sa plus simple expression lorsque la vapeur d'une bouilloire se dépose sous forme de gouttes d'eau distillée sur une surface froide. On obtient alors le distillat, l'essence même du produit distillé.

La distillation est utile pour obtenir un liquide pur à partir d'impuretés non volatiles ou pour augmenter l'absorption du composant spécifique dans un mélange. C'est un processus réversible, c'est-à-dire un processus physique qui signifie que le processus peut être ramené à l'état original de la matière. Mais la distillation sèche est un processus chimique qui comprend la distillation destructive de produits solides pour les transformer en produits gazeux.

Types

Certaines des distillations clés sont :

• Distillation simple : elle implique le changement immédiat de l'état liquide à l'état vapeur et la condensation des vapeurs par refroidissement. Cette méthode n'est applicable qu'aux liquides ayant une différence de point d'ébullition minimum de 25 °C. Exemple : chloroforme, benzène, toluène, acétone, etc.
• Distillation fractionnée : les liquides dont la différence de point d'ébullition est supérieure à 25 °C ou les liquides qui ont des points d'ébullition similaires effectuent ce processus. Elle implique régulièrement des étapes de vaporisation-condensation. Elle se déroule en colonne de fractionnement. Chaque condensation et vaporisation successives est appelée plaque théorique. Il est administré à l'aide d'une colonne de fractionnement constituée d'un tube de verre allongé, de petites pierres et d'anneaux de porcelaine. La colonne de fractionnement est utilisée pour étendre la zone de refroidissement.
• Distillation à la vapeur : c'est un processus impliquant des composés thermosensibles (composés sensibles à la chaleur). Il nécessite un faible chauffage à des températures car la température de la vapeur peut être contrôlée par rapport à la température de surface. Exemple : bromobenzène, aniline.
• Distillation sous vide : les mélanges à point d'ébullition élevé sont admissibles à ce processus. Dans ce processus, au lieu d'augmenter la température, la pression du liquide est diminuée pour l'amener à la pression de vapeur, puis l'ébullition, ainsi que le processus de distillation, sont effectués. Il est utilisé pour obtenir des échantillons de composés de haute pureté. L'équipement utile dans ce processus est l'évaporateur rotatif. Exemple : la distillation du glycérol.
• Distillation de zone : c'est un processus qui se déroule dans un long conteneur à l'aide d'un chauffage de zone. Elle implique une fusion limitée dans un mélange liquide et une condensation de vapeur.
• Distillation sous vide sensible à l'air : certains composés peuvent réagir avec l'air lorsqu'ils sont exposés. Donc, pour distiller ces composés, ce processus est utile. C'est la même chose que la distillation sous vide mais nous remplaçons le vide par un gaz inerte après la fin de la distillation. Cette méthode utilise l'appareil Perkin Triangle.
• Distillation à court trajet : la distillation implique que le mélange liquide parcoure de courtes distances de quelques centimètres. Cette méthode est utile pour purifier un petit nombre de composés et moins de quantité de composé est perdue lors de l'exécution. L'appareil Kugel Rohr est utilisé pour effectuer cette méthode.
  
• Autres types : distillation azéotropique, distillation cryogénique, distillation à pression oscillante et bien d'autres.

Usages

Certaines des utilisations de la distillation sont :

1. Elle est utile dans un laboratoire pour effectuer des expériences. Les résultats obtenus à partir de cela ne sont pas directement utilisés, mais cela aide dans la recherche chimique et pharmaceutique.
2. Elle est utile de purifier l'eau car elle contient diverses impuretés que la distillation peut éliminer. Pour obtenir de l'eau claire à partir du processus de distillation de l'eau de mer, les usines de dessalement sont utilisées. Les parents utilisent de l'eau distillée lors de la préparation des aliments pour bébé.
3. Les boissons alcoolisées comme le rhum, le whisky, etc. sont produites en distillant des ferments qui sont un mélange de fruits et de matières animales qui produisent de l'alcool éthylique.
4. Lorsque le pétrole brut subit une distillation, le nombre de produits se sépare à différents points d'ébullition, tels que l'essence, la cire, le mazout, l'huile lubrifiante et d'autres produits pétrochimiques.
5. Les parfums que nous utilisons aujourd'hui sont obtenus par distillation. C'est les premières utilisations qui ont commencé vers 3 500 avant J.-C. De nombreuses plantes et herbes (plantes médicinales souvent) contiennent de l'huile essentielle et du parfum que sont extraites en utilisant ce processus. La distillation simple n'est pas utilisée car les plantes commencent à se décomposer à des températures plus élevées. Ainsi, la distillation à la vapeur est utile.
6. La distillation à la vapeur est utilisée pour produire la saveur des aliments. Exemple : huiles d'agrumes.
7. La distillation fractionnée est également utilisée pour séparer l'acétone et l'alcool méthylique.
8. L'air contient divers gaz comme l'oxygène, l'azote, le dioxyde de carbone, l'argon, etc. Ainsi, pour extraire ces gaz, la distillation cryogénique est utile.
9. La distillation sous vide est réalisée par l'industrie de la canne à sucre pour une concentration de la canne à sucre.

Avantages et inconvénients

Les avantages de la distillation sont :

• C'est une méthode efficace d'adoucissement de l'eau à des fins plus modestes.
• C'est relativement bon marché.
• Le processus peut également être refait plusieurs (réutilisation).

Les inconvénients de la distillation sont :

• Certains des éléments indésirables peuvent se trouver dans l'eau distillée. Malheureusement, les liquides tels que les herbicides qui ont un point d'ébullition de 100 % égal à celui de l'eau auront tendance à se condenser avec l'eau et par conséquent, la séparation de ces deux éléments peut être difficile.
• En tant que processus d'adoucissement de l'eau, la distillation nécessite un oeil attentif, afin que les éléments indésirables ne se mélangent pas avec l'eau.
• Lorsque la distillation se fait à plus grande échelle, une très grande quantité d'énergie est nécessaire.
• L'eau distillée ne contient pas d'oxygène et est également très insipide.
• Il a des niveaux d'acidité très élevés.

La distillation ne doit pas être considérée comme une méthode d'adoucissement de l'eau car elle pourrait finir par avoir des éléments indésirables dans l'eau distillée. Par exemple, les liquides qui ont un point d'ébullition égal à l'eau ne seront pas séparés mais se condenseront avec l'eau. En outre; le processus nécessite beaucoup d'énergie pour être effectué.

Si le liquide pur est à nouveau distillé pour augmenter la pureté du liquide, le processus est une double distillation.

Distillation fractionnée

La distillation fractionnée est un processus de distillation où des mélanges de liquides et de gaz sont séparés par différence de point d'ébullition. Les procédés de distillation fractionnée comprennent l'étêtage, la rectification, l'épuisement, l'extraction, la distillation sous vide, la stabilisation et la distillation extractive.

La distillation en tant que processus de séparation est généralement utilisée pour séparer un mélange fluide de deux substances (binaires) ou plus (multi-composants) en ses composants. Dans la plupart des cas, les composants à séparer sont des liquides miscibles avec des volatilités et des points d'ébullition différents. Ce processus de séparation est une opération d'unité thermique qui utilise les différences de pression de vapeur pour produire la séparation. Dans ce processus, la vapeur ou le mélange liquide est chauffé, de sorte que les composants les plus volatils sont évaporés, condensés et laissés s'égoutter ou s'égoutter, c'est-à-dire distiller ou déstiller, comme on l'appelait à l'origine en latin. C'est de ce fait de "l'égouttement" que le nom du processus de distillation a été dérivé.

En général, la distillation est privilégiée par rapport aux autres techniques de séparation lorsque des taux élevés sont souhaités de produits thermiquement stables avec une volatilité relative supérieure à 1,2 et lorsqu'aucun problème extrême de corrosion, de précipitation, de sédimentation ou d'explosion n'est présent.

La prééminence de la distillation pour la séparation des mélanges fluides est fondamentale pour des raisons à la fois cinétiques et thermodynamiques. Il peut également s'agir du procédé le plus économique pour la séparation et la production de produits de haute pureté. En 1992, Darton a estimé le débit mondial des colonnes de distillation à 5 milliards de tonnes de pétrole brut et 130 millions de tonnes de produits pétrochimiques par an.

La distillation fractionnée est un type spécial de distillation et, en tant que technique de séparation, est beaucoup plus efficace que la distillation simple et plus efficace. La distillation fractionnée équivaut en effet à une série de distillations, où la séparation est réalisée par des distillations successives ou des cycles répétés de vaporisation-condensation.

Chaque cycle de vaporisation-condensation constitue une étape d'équilibre, communément appelée étape théorique. Un certain nombre d'étages théoriques de ce type peuvent être nécessaires pour le fractionnement et la séparation efficaces de la vapeur ou du mélange liquide. La méthode McCabe-Thiele est une méthode graphique qui peut souvent être utilisée pour calculer le nombre requis d'étapes théoriques.

Ces étages théoriques devront ensuite être convertis en plaques réelles ou en une hauteur de garnissage équivalente en fonction de l'efficacité de séparation pour un service particulier. En tant que technique de séparation, la distillation fractionnée est beaucoup plus efficace que la simple distillation et plus de service.

Dans la distillation fractionnée, les composants sont séparés par un transfert continu de chaleur et de masse entre des flux à contre-courant d'une vapeur montante et d'un liquide descendant. Comme dans tous les procédés de séparation thermique, le moteur de la séparation est la recherche d'un équilibre thermodynamique entre les différentes phases (VLE ou équilibre vapeur liquide).

Cet équilibre est continuellement perturbé par le mélange du liquide descendant plus froid et de la vapeur montante plus chaude, où les composants les plus volatils du liquide descendant sont vaporisés et les composants moins volatils de la vapeur montante sont condensés et la force motrice du processus de séparation est ainsi maintenue. La concentration des composants les plus légers sera plus grande en phase vapeur et inversement la concentration des composants les plus lourds sera plus grande en phase liquide, et ce n'est que dans le cas de composants purs ou de mélanges azéotropes que la composition à l'équilibre sera la même dans les deux phases.

Distillation extractive

La distillation extractive est un type spécial de distillation qui est utilisé pour la séparation des composants avec des points d'évaporation similaires. Ces composants ne peuvent pas être séparés par simple distillation, car leur volatilité est presque la même, ce qui les amène à s'évaporer à peu près à la même température à une vitesse similaire, ce qui rend la distillation normale impraticable.

Dans la distillation extractive, on utilise un solvant de séparation, qui est généralement non volatil, a un point d'ébullition élevé et est miscible avec le mélange, mais ne forme pas de mélange azéotropique. Le solvant interagit différemment avec les composants du mélange, provoquant ainsi une modification de leurs volatilités relatives. Cela permet au nouveau mélange en trois parties d'être séparé par distillation normale. Le composant d'origine avec la plus grande volatilité se sépare en tant que produit phare. Le produit de fond est constitué d'un mélange du solvant et de l'autre composant, qui peut à nouveau être facilement séparé.

En rapport avec "distillation"

• dessalement

  

  Le dessalement est le processus par lequel les sels minéraux dissous dans l'eau sont éliminés.

• eau distillée

  

  L'eau distillée est de nature très pure, souvent suite à un procédé de distillation.

• ébullition

  

  L'ébullition est le processus de passage d'un liquide à l'état de vapeur en formant, sous l'action de la chaleur des bulles de gaz qui remontent à la surface.

• point d'ébullition

  

  Le point ou la température d'ébullition d'une substance est la température à laquelle la substance passe de l'état liquide à l'état gazeux.