Destylacja z parą wodną –destylacja z użyciem strumienianasyconej lubprzegrzanej pary wodnej, prowadząca do otrzymywaniakondensatów dwufazowych (faza wodna i organiczna), odbieranych w temperaturze niższej odtemperatury wrzenia najniżej wrzącego składnika mieszaniny (heteroazeotrop).
Strumień pary wodnej jest doprowadzany do destylowanej mieszaniny z zewnątrz lub wytwarzany wewnątrz urządzenia do destylacji, na przykład przez intensywne ogrzewanie wodnego roztworu rozdzielanej mieszaninyzwiązków chemicznych. Destylację zparą wodną stosuje się do wyodrębniania związków w niewielkim stopniu mieszających się z wodą (hydrofobowych), którychdestylacja prosta nie jest wskazana, głównie ze względu na możliwośćtermolizy. Metodą destylacji z parą wodną wyodrębnia się między innymi zsurowców zielarskich pożądane składniki doleków ziołowych, a takżeolejków eterycznych (stosowanych do wytwarzaniakosmetyków iprzypraw oraz waromaterapii).
Metoda ta jest również stosowana wpreparatyce chemicznej do wyodrębniania produktów łatwo rozkładających się podczassyntezy zroztworów reakcyjnych oraz do rozdzielania składników mieszanin przy założeniu, że co najmniej jeden składnik destyluje z parą wodną[1][2][3][4].
Zgodnie zprawem Daltona całkowitaprężność pary nad cieczą dwuskładnikową jest sumą cząstkowych prężności par składników:
które oblicza się na podstawie molowych udziałów obu składników w parze:
W przypadkuroztworów doskonałych wartości i oblicza się na podstawieprawa Raoulta:
W przypadku roztworów niedoskonałych obserwowane są odchylenia od prawa Raoulta, których kierunek i wielkość zależą od wielkości siłoddziaływania między cząsteczkami A–A, B–B i A–B w cieczy (decydujących o wartościachwspółczynników aktywności). W przypadkach, gdy odchylenia od doskonałości są duże, w układach AB występują ekstremalne wartości prężności pary – maksymalne (azeotrop dodatni) lub minimalne (azeotrop ujemny). W przypadkach bardzo dużych odchyleń w układach występują obszary ograniczonejmieszalności cieczy (heteroazeotropia,heterozeotropia).
W przypadkach skrajnych dwie ciecze A i B, mieszające się w minimalnym stopniu, mogą być traktowane jak prawie niezależne układy ciecz–para. W każdym z nich w stałej temperaturze utrzymuje się taka sama prężność pary, niezależna od ilości obu cieczy. Ogrzewane w odrębnych naczyniach zaczynają wrzeć w różnych temperaturach – takich, w których prężności par są równe wartości ciśnienia zewnętrznego. Jeżeli niemieszające się ciecze A i B znajdują się w jednym naczyniu, zależność prężności pary każdej z nich od temperatury nie zmienia się, ale cząsteczki cieczy dwufazowej prędzej ją opuszczają. Wrzenie rozpoczyna się w niższej temperaturze – wtedy, gdy wartość ciśnienia zewnętrznego jest osiągana przez sumę prężności A i B.
W tak uproszczonym przypadku w stałej temperaturze skład pary nad roztworem jest niezależny od składu cieczy. Stosunek ilości moli A i B ( i) w jednostce objętości pary jest równy stosunkowi odpowiednich prężności par ( i) czystych składników w danej temperaturze. Stosunek mas obu składników ( i) w parze jest zależny od prężności par czystych składników i ich ciężarów cząsteczkowych ( i).
| Związek | Masa cząsteczkowa M [g/mol] | twrzenia [°C] | p [mmHg] w 100 °C | Zawartość w destylacie % mas. |
| Karwon | 150 | 230 | 9 | 9,7 |
| Geraniol | 154 | 230 | 5 | 5,6 |
| Anetol | 148 | 235 | 8 | 7,1 |
| Eugenol | 164 | 250 | 2 | 1,7 |
| α-Santalol | 228 | 301 | < 1 | 0,5 |
Efektywność odzyskiwania wysokowrzących związków chemicznych z ich mieszanin ze związkami nielotnymi z parą wodną można zwiększyć, stosując destylację z użyciem pary przegrzanej. Warunkiem ograniczającym są prawdopodobne reakcje rozkładu termicznego.
Przykład
Benzaldehyd (tw. 178 °C przy 760 mmHg) destyluje z równowagową parą wodną (100 °C) w temperaturze 97,9 °C.Destylat zawiera 32,1% wag. benzaldehydu. Stosując parę wodną przegrzaną do 133 °C, otrzymuje się kondensat zawierający 70,6% wag. benzaldehydu[4].
Instalacje do destylacji z parą wodną, niezależnie od ich skali, składają się z następujących elementów[4]:
Standardowe zestawy laboratoryjne są montowane analogicznie do zestawów do destylacji prostej, z tym żekolba zamocowana jest pod kątem i nie musi być ogrzewana. Do kolby wprowadza się rurkę doprowadzającą strumień pary z centralnej sieci lub laboratoryjnej wytwornicy. Zamiast tradycyjnych korków z umieszczonymi rurkami, obecnie stosuje się specjalne szklane nasadki do destylacji z parą wodną. Tradycyjne metalowe kociołki, ogrzewane palnikami gazowymi, są wyposażone w poziomowskaz i wysoką rurkę, ograniczającą wahania ciśnienia i zapobiegającą wychlapywaniu wrzącej wody do strumienia pary. Po zakończeniu destylacji rurkę tę należy wysunąć ponad poziom cieczy lub usunąć z kociołka aby nie doszło do zassania cieczy z kolby do stygnącego kociołka. Jako wytwornice pary są też stosowane szklane kolby z elektrycznym płaszczem grzejnym również wyposażone w zabezpieczenie przed wahaniami ciśnienia.
Strumień pary jest wprowadzany do kolby rurką sięgającą prawie do dna, często lekko zakrzywioną na końcu. Kolba jest montowana w takim położeniu, aby burzliwy przepływ pary przez ciecz nie powodował jej wychlapywania do chłodnicy.
Strumień pary niosącej oddestylowywane związki przepływa przez chłodnicę (wodną lub powietrzną), w którejkondensują pary. Dwufazowy kondensat spływa do odbieralnika, którym może być np. standardowyrozdzielacz laboratoryjny albo urządzenia umożliwiające odbieranie obu faz w sposób ciągły, przez odpowiednio ulokowane rurki przelewowe.
Oddestylowany składnik mieszaniny poddawanej destylacji (na przykład produkt prowadzonej w kolbie reakcji) może częściowo rozpuszczać się w wodzie (lub mieszać się z nią) co generuje straty. Aby uniknąć strat i zwiększyć wydajność procesu, warstwę wodną można w sposób ciągły zawracać do kolby destylacyjnej/reakcyjnej. W takim przypadku kolba musi być dodatkowo ogrzewana.
