Damıtma, temel bir fiziksel ayırma işlemidir, ancak kimya, endüstri ve gıda biliminde çeşitli şekillerde kullanılan kimyasal bir reaksiyon değildir. Kanıtlar, İndus Vadisi Uygarlığında en az MÖ 3000’den beri insanların pişmiş toprak damıtma aparatını kullanarak damıtma tekniklerini uyguladığını gösteriyor. Başlangıçta parfüm yapmak için kullanılırken, içeceklerin damıtılması çok daha sonra gerçekleşti. Bu yazıda damıtmanın tanımı, amacı, türleri, çeşitli örnekleri hakkında bilgi edineceksiniz.
Damıtma, farklı kaynama noktalarına sahip iki sıvının ayrılabileceği bir prosedür anlamına gelir. Bir bileşenin sıvı bir karışımda seçici olarak kaynatılması ve ardından yoğunlaştırılmasıdır. Damıtma işlemi, bir sıvının kaynama noktasına kadar ısıtılmasıyla başlar. Sıvı buharlaşır ve bir buhar oluşturur ve gaz daha sonra daha düşük bir sıcaklıkta borulardan veya tüplerden geçirilerek soğutulur. Soğutulan buhar daha sonra yoğunlaşarak bir distilat oluşturur. Distilat, orijinal sıvının saflaştırılmış bir şeklidir çünkü sıvı buharlaştığında geride safsızlıklar kalır ve damıtma ürünü bu safsızlıklar olmadan oluşturulur.
Toplanan sıvı üzerinde işlemin tekrarlanması, ürünün saflığını artıran çift damıtma olarak adlandırılır. Çoğunlukla sıvılara uygulanır; bununla birlikte, sıcaklık veya basınçta değişiklikler yaparak bileşenleri sıvılaştırarak gazları ayırmak için ters işlem de kullanılabilir.
İçindekiler
Raoult Yasası ve Dalton Yasası
Damıtma işlemi iki yasaya bağlıdır ve bunlar bir sıvı karışımı için Dalton Yasası ve Raoult Yasasıdır. Dalton’un kısmi basınçlar yasasına göre, bir gaz karışımı tarafından uygulanan toplam basınç, onu oluşturan tüm gazların kısmi basınçlarının toplamına eşittir. Öte yandan Raoult yasası, ideal bir sıvı karışımdaki tek bir sıvı bileşenin kısmi basıncının, saf bileşenin buhar basıncı ile onun mol kesrinin çarpımına eşit olduğunu belirtir.
Sıvının kaynama noktasının çevredeki basınca bağlı olduğu ve buna göre değiştiği belirtilmelidir. Örneğin, deniz seviyesinde suyun kaynama noktası 100 santigrat derecedir. Ancak 1905 metre rakımda kaynama noktası 93.4 santigrat derecedir çünkü yüksek rakımlarda atmosfer basıncı nispeten daha düşüktür.
Damıtma işlemini gerçekleştiren bir tesise içki fabrikası denir. Damıtma bir laboratuvarda yapıldığında, sıvı karışım partileri kullanılırken, genellikle sürekli olan endüstriyel damıtma işlemlerinde, karışımın sabit bir bileşiminin korunması gerekir.
Damıtma işleminde kullanılan alete imbik denir. Damıtma için gereken en önemli üç aparat, karışımı ısıtmaya ve bileşenleri buharlaştırmaya yardımcı olan damıtma şişesini, buharları tekrar sıvı hale soğuyan kondansatörü ve toplama kabını içerir. Diğer gereksinimler bir ısı kaynağı, fraksiyonlama kolonu, termometre ve Standart Züccaciyedir.
Distilasyonun Amacı
Damıtma, kimyagerler tarafından çözeltideki bileşikleri saflaştırmak veya çözünen karışımları ayırmak için kullanılır. Bu işlem aynı zamanda ticari amaçlar için de kullanılmaktadır. Amaç, üretildikçe farklı uçucu ‘fraksiyonların’ toplanmasını içerir. Bu ayırma tekniğinde ya karışımdaki belirli bir bileşenin konsantrasyonu artırılır ya da karışımdan safa yakın bir bileşen elde edilir.
Bununla birlikte, karışımdaki bir bileşen sıfır kısmi basınca sahip olamayacağından, bir karışımdan damıtma yoluyla tamamen saf bir bileşen numunesi elde etmek imkansızdır. Kimyasal sentezden elde edilen sıvı ürünlerin saflaştırılması için endüstriyel ölçekte damıtma da uygulanmaktadır.
Damıtma Türleri
Farklı damıtma türleri şunları içerir:
- basit damıtma
- Kademeli damıtma
- Buhar damıtma
- Vakumla damıtma
- Havaya duyarlı vakum damıtma
- Kısa yol damıtma
- bölge damıtma
Basit Damıtma
Basit damıtma işlemi, iki sıvının kaynama noktaları birbirinden önemli ölçüde farklı olduğunda (minimum 25 santigrat derece fark) veya sıvıları katılardan veya uçucu olmayan bileşenlerden ayırmak için uygulanır. Sıvı karışımını kaynama noktasına kadar ısıtmayı ve bu şekilde oluşan buharları hemen yoğunlaştırmayı içerir. Yoğunlaştırılmış buhar daha sonra toplanır. Raoult yasası, damıtma ürününün veya saflaştırılmış sıvının saflığını yönetir.
Kademeli damıtma
Ayrımsal damıtmada genellikle kaynama noktaları birbirine yakın olan karışımlardaki sıvılar ayrılır. Bir fraksiyonlama kolonunda gerçekleşen fraksiyonel damıtmada birkaç buharlaştırma-yoğunlaştırma adımı yer alır. Bu işlem aynı zamanda düzeltme olarak da bilinir. Her buharlaştırma- yoğuşturma döngüsünde damıtığın saflığı artar.
Buhar damıtma
Buhar damıtma, ısıya duyarlı bir karışımdaki bileşenleri ayırmak için kullanılır. Başlangıçta, buhar karışımın içinden geçirilerek hafifçe ısıtılır ve bir kısmı buharlaştırılır. Yüksek sıcaklık gerektirmeden yüksek ısı transfer hızı görülür. Bu şekilde oluşan buharlar daha sonra gerekli damıtmayı elde etmek için yoğunlaştırılır. Bu damıtma işlemi, çeşitli aromatik çiçeklerden/bitkilerden esansiyel yağlar ve bitki damıtma ürünleri elde etmek için kullanılır.
Vakumla damıtma
Karışımlarda kaynama noktaları çok yüksek olan sıvıları ayırmak için Vakum Damıtma idealdir. Bu bileşikleri kaynatmak için yüksek sıcaklıklara ısıtılmaz, ancak çevrenin basıncı düşürülür. Daha düşük basınç nedeniyle, bileşen daha düşük sıcaklıklarda kaynar.
Bileşenin buhar basıncı, çevrenin basıncına eşit olduğunda, buhara dönüşür. Bu buharlar daha sonra yoğunlaştırılır ve damıtık olarak toplanır. Vakumlu damıtma yöntemi, yüksek sıcaklıklarda ayrışan yüksek oranda saflaştırılmış bileşik numuneleri elde etmek için de yararlıdır.
Havaya Duyarlı Vakum Distilasyonu
Vakum damıtma işlemi genellikle havaya duyarlı olan ve hava ile kolayca reaksiyona giren bileşikler için gerçekleştirilir. Bununla birlikte, işlem tamamlandığında, vakum inert bir gazla değiştirilmelidir. Bu işleme genellikle havaya duyarlı vakumlu damıtma denir.
Kısa Yol Damıtma
Yüksek sıcaklıklarda kararsız olan bir bileşiğin az miktarda saflaştırılması kısa yol damıtma ile mümkündür. Damıtma ürünü toplanmadan önce minimum bir mesafe kat ettiğinden ve bu, düşük basınç seviyeleri altında yapıldığından, bu işleme kısa yol denir. Distilatın kat ettiği mesafe çok kısa olduğundan, bu yöntem aparatın duvarları boyunca fireyi azaltır.
Bölge Distilasyonu
Bölge damıtma işlemi, bir maddenin kısmi erimesini ve saf bir damıtma ürünü elde etmek için oluşan buharların yoğunlaştırılmasını içerir. Bu işlem genellikle bir bölge ısıtıcısı yardımıyla uzun bir kapta gerçekleştirilir.
Çeşitli Distilasyon Örnekleri
1. Damıtmanın en basit ve en yaygın örneği, soğuk bir yüzey üzerinde damıtılmış su damlaları olarak biriken bir su ısıtıcısından çıkan buhardır.
2. Bu işlem, sıvıları uçucu olmayan katılardan ayırarak alkolün saflaştırılması için alkollü likörlerin fermente edilmiş malzemelerden ayrılmasında kullanılır.
3. Ham petrol rafinasyonunda benzin, kerosen ve yağlama yağlarının ham petrolden ayrıştırılmasında olduğu gibi kaynama noktaları farklı olan iki veya daha fazla sıvıyı ayırmak için kullanılır, güvenli depolama ve nakliye sağlar.
4. Havadan sıvılaştırılmış gaz yapmak. Örneğin nitrojen, oksijen ve argon havadan damıtılır.
5. Deniz suyunun tuzdan arındırılması, damıtma yoluyla yapılır.
6. Yiyecekler için parfümler ve tatlandırıcılar, şifalı bitkilerden ve bitkilerden damıtma yoluyla elde edilir.
7. Kurşun asitli pillerde ve düşük hacimli nemlendiricilerde damıtılmış su kullanılır.
8. Diğer endüstriyel kullanımlar, formaldehit ve fenol gibi kimyasal ürünlerin işlenmesini içerir.
