- απόσταξη
- Εργασία με την οποία μείγμα δύο ή περισσότερων υγρών διαχωρίζεται άμεσα στα συστατικά του, ή ένα υγρό καθαρίζεται από τις ξένες προσμείξεις, αφού υποβληθεί σε εξάτμιση και διαδοχική συμπύκνωση των παραγόμενων ατμών.
Αν θερμάνουμε ένα μείγμα πολλών υγρών με διαφορετικά σημεία βρασμού, τα πιο πτητικά συστατικά περνούν βαθμιαία στην αέρια φάση της α. μέχρις ότου φτάσουμε στη θερμοκρασία βρασμού του λιγότερο πτητικού συστατικού, που κι αυτό θα εξατμιστεί σε αυτό το σημείο και θα αποσταχθεί. Έτσι, μπορούν να συλλεγούν χωριστά οι ατμοί των διάφορων συστατικών. Σε πολλές περιπτώσεις είναι απαραίτητο την πρώτη α. να ακολουθήσει και δεύτερη ή καθαρισμός (διύλιση) που διαφέρει από την πρώτη α. μόνο σε μερικές λεπτομέρειες της βιομηχανικής πραγματοποίησής της: με τη δεύτερη α. επιδιώκεται μεγαλύτερη συγκέντρωση των συστατικών του μείγματος στα αποστάγματα.
Συστήματα α. Υπάρχουν συστήματα α. ασυνεχούς λειτουργίας ή συνεχούς. Στο ασυνεχές σύστημα περιλαμβάνονται οι βιομηχανικές μέθοδοι με τις οποίες γίνεται η επεξεργασία μικρών ποσοτήτων υγρών και οι μέθοδοι που συνήθως εφαρμόζονται στα εργαστήρια. Οι α. αυτέςγίνονται με συσκευές που αποτελούνται βασικά από έναν λέβητα μέσα στον οποίο τοποθετείται το μείγμα υγρών που προορίζεται για α. και o οποίος θερμαίνεται με προοδευτική αύξηση της θερμοκρασίας ώσπου να τελειώσει η διαδικασία της α. Οι ατμοί που ελευθερώνονται με τη θέρμανση από το υγρό μείγμα διοχετεύονται σε έναν ψυκτήρα-συμπυκνωτή, μέσα στον οποίο η ψύξη πραγματοποιείται κατά κανόνα με νερό· οι συμπυκνωμένοι ατμοί συλλέγονται σε δοχεία τοποθετημένα κάτω από τον συμπυκνωτή. Η α. σταματά όταν εξατμιστεί ορισμένη ποσότητα του υγρού που εισέρχεται αρχικά. Το απόσταγμα που λαμβάνεται έτσι, εμπλουτισμένο με το πιο πτητικό συστατικό του αρχικού μείγματος, αποστάζεται πάλι μία ή περισσότερες φορές, έως ότου βγει με την επιθυμητή συγκέντρωση. Με αυτό το σύστημα έχουμε θερμοκρασίες και συστάσεις μεταβλητές σε όλη τη διάρκεια της α. Toσύστημα αυτό, γνωστό από την αρχαιότητα, χρησιμοποιείται ακόμα και σήμερα σε αρκετές περιπτώσεις, έχει όμως εγκαταλειφθεί από τη βιομηχανία οινοπνεύματος, η οποία εδώ και έναν αιώνα έχει περάσει από τις επανειλημμένες α. σε μια διαδικασία μονής α.
Σε αυτή τη μέθοδο εφαρμόζεται η κλασματική α., με την οποία μέρος του αποστάγματος, αυτό που συμπυκνώνεται ευκολότερα, επιστρέφει στον λέβητα χωρίς να διακοπεί η α., ενώ το κλάσμα που είναι πλουσιότερο σε πιο πτητικά συστατικά, προωθείται προς τον τελικό συμπυκνωτή. Αυτή η μέθοδος ονομάζεται και αποβλέννωση, επειδή το απόσταγμα απαλλάσσεται κατά ένα μέρος από τη βλέννα, δηλαδή από το λιγότερο πτητικό μέρος του μείγματος· το μέρος του υγρού εξατμίζεται για δεύτερη φορά και έτσι η α. λέγεται επαναροή.
Η ποσότητα που επιστρέφει προσδιορίζεται από την ποσότητα του νερού ψύξης που περνά από τον πύργο ψύξης: όσο μεγαλύτερη είναι η επαναροή τόσο μεγαλύτερη πρέπει να είναι η θέρμανση και τόσο πιο πολλά τα έξοδα λειτουργίας· η αγνότητα δηλαδή του αποσταγμένου προϊόντος απαιτεί σημαντική δαπάνη θερμότητας.
Τα τελευταία πενήντα χρόνια έγιναν σημαντικές τελειοποιήσεις των συσκευών α. και διύλισης για τη βιομηχανία του οινοπνεύματος και γενικά για τη χημική βιομηχανία. Εκτός από τις συσκευές συνεχούς λειτουργίας, πολλές συσκευές ασυνεχούς λειτουργίας αποτελούνται επίσης από στήλες με πλάκες ή υπερκείμενες στιβάδες· οι πλάκες μπορεί να είναι διάτρητες ή εφοδιασμένες με έναν ή περισσότερους ανοιχτούς αυλούς, που φέρνουν σε επικοινωνία την κάθε πλάκα με την υπερκείμενή της· σε κάθε πλάκα βράζει ένα υγρό με ενδιάμεση σύσταση, μεταξύ του αποστάγματος και του υπολείμματος της α.
Εδώ και μερικές δεκαετίες χρησιμοποιούνται και στήλες γεμισμένες με υλικό ποικίλου σχήματος και ποικίλης φύσης, όπως π.χ. πέτρες, κομμάτια (κυρίως δακτύλιοι) από ψαμμόλιθο, πορσελάνη ή μέταλλο (συστήματα Ράσινγκ, Μπαλ και Πριμ). Τόσο οι πλάκες όσο και τα υλικά με τα οποία γεμίζονται οι στήλες προκαλούν τη συμπύκνωση του ατμού που ανεβαίνει στη στήλη και εμπλουτίζεται με το συστατικό που βράζει σε χαμηλή θερμοκρασία· αυτές οι διατάξεις ονομάζονται στήλες εξάντλησης ή συμπύκνωσης.
Οι εγκαταστάσεις συνεχούς α. είναι οι πιο ορθολογικές και έχουν φτάσει σε μεγαλύτερο βαθμό τελειοποίησης σε σύγκριση με τις στήλες της ασυνεχούς α. Στηρίζονται βασικά σε μια αδιάκοπη και ρυθμιζόμενη τροφοδότηση των συσκευών α. με το προς α. προϊόνκαι στον συνεχή διαχωρισμό των διαφόρων κλασμάτων. Τα πιο πτητικά διαφεύγουν από το επάνω μέρος της στήλης (κεφαλή), ενώ τα λιγότερο πτητικά διαφεύγουν από το κάτω μέρος (ουρά) και συνεχώς απομαΑπό τα διαγράμματα φάσης μπορεί να καταρτιστούν άλλα διαγράμματα, που παριστάνουν τις καμπύλες ισορροπίας, δηλαδή το σύνολο των τιμών σε εκατοστιαία περιεκτικότητα κάθε ατμού σε ισορροπία με κάθε υγρό, που αντιστοιχούν πάντοτε στις διάφορες θερμοκρασίες βρασμού. Οι καμπύλες ισορροπίας χρησιμοποιούνται πολύ, επειδή δείχνουν αμέσως αν υπάρχει ή όχι η δυνατότητα α. ενός μείγματος υγρών. Αν π.χ. ο καμπύλες είναι κοντά στη διαγώνιο του διαγράμματος, αυτό σημαίνει ότι τα συστατικά του μείγματος έχουν θερμοκρασίες βρασμού πολύ κοντινές μεταξύ τους και έτσι είναι δύσκολο να διαχωριστούν με α. ως χωριστά καθαρά συστατικά. Αν οι καμπύλες απομακρύνονται αισθητά από τη διαγώνιο, σημαίνει ότι οι θερμοκρασίες βρασμού απέχουν πολύ μεταξύ τους και ότι τα δύο συστατικά μπορούν να διαχωριστούν με α. και να ληφθούν σε καθαρή κατάσταση. Οι καμπύλες ισορροπίας χρειάζονται επιπλέον για τον προσδιορισμό με γραφικό σύστημα του αριθμού των πλακών ή στιβάδων, δηλαδή του ύψους της στήλης που χρειάζεται για την α. δοθέντος μείγματος υγρών.
Εγκαταστάσεις α.Σε πολλές περιπτώσεις παρουσιάζονται δυσκολίες για να πετύχει ο διαχωρισμός των διαφόρων συστατικών σε καθαρή κατάσταση από ένα υγρό μείγμα. To πιο κλασικό παράδειγμα αυτών των δυσκολιών παρουσιάζεται στην αιθυλική αλκοόλη ανεμεμειγμένη με νερό, σε καθορισμένες αναλογίες. Αν αποστάξουμε ένα μείγμα από νερό και αιθυλική αλκοόλη, δεν κατορθώνουμε να διαχωρίσουμε την αλκοόλη από το νερό πέρα από μια συγκέντρωση αλκοόλης περίπου 95-96%. Η καθαρή αλκοόλη βράζει στους 78,32°C και το διάγραμμα της καμπύλης ισορροπίας νερό-αλκοόλη παρουσιάζει ένα ελάχιστο σημείο των θερμοκρασιών βρασμού της αλκοόλης μόνο 0,17°C. Πρέπει έτσι να καταφύγουμε σε ένα σύστημα που να βασίζεται στην επίδραση ενός τρίτου συστατικού που προστίθεται στο διμερές νερό-αλκοόλη: αυτό κατά κανόνα είναι το βενζόλιο, το οποίο έχει μια δράση μεταφορική στο νερό, επειδή σχηματίζει ένα τριμερές μείγμα (δηλαδή τριών συστατικών) που λέγεται αζεοτροπικό και το οποίο παρουσιάζει το χαρακτηριστικό να έχει θερμοκρασία α. χαμηλότερη από τα συστατικά σε καθαρή κατάσταση: 64,85°C.
To βενζόλιο, το κυκλοεξάνιο, το τριχλωροαιθυλένιο κ.ά., που έχουν αυτή τη χαρακτηριστική μεταφορική δράση στο νερό, λέγονται γι’ αυτό αφυδατικά. Η καθαρή αιθυλική αλκοόλη ή άνυδρος λέγεται απόλυτη αλκοόλη και για να παρασκευαστεί στη χημική βιομηχανία χρησιμοποιούνται ποικίλες διατάξεις α. Το σύστημα που χρησιμοποιείται περισσότερο για την παρασκευή αιθυλικής αλκοόλης βαθμών 94-95% από ακατέργαστη αλκοόλη είναι του Μπαρμπέ. Η α. ενός μείγματος υγρού σε πολλά συστατικά είναι πολύ κοινή στη βιομηχανία των πετρελαίων. Ως αρχικό μείγμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί το ακατέργαστο πετρέλαιο και τότε τα αποσταγμένα προϊόντα είναι οι βενζίνες (μεταξύ 95-150°C), έπειτα από ένα διάλυμα α., η κηροζίνη (150-220°C), το κοινό πετρέλαιο (290-310°C), το ορυκτέλαιο και το υπόλειμμα (πέρα από τους 310°C)· αποστάζονται επίσης ορισμένες βενζίνες για να παρασκευαστούν κλάσματα διαλυτών με διαφορετικές ιδιότητες και για ποικίλες εφαρμογές.
Άλλο παράδειγμα α., είναι η επεξεργασία του υπολείμματος που προέρχεται από το ακατέργαστο πετρέλαιο σε εγκαταστάσεις πυρόλυσης, όπως λέγονται. Σε αυτές μπορούν να επιτευχθούν ακόμα ελαφρότερα κλάσματα και ένα πρόσθετο υπόλειμμα, που ονομάζεται κοκ του πετρελαίου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο ή υλικό για την κατασκευή των ηλεκτροδίων για ηλεκτρικούς φούρνους. Το υπόλειμμα μπορεί να αποσταχθεί σε κενό και να δώσει λιπαντικά λάδια και παραφίνες.
Σημαντικές εφαρμογές των μεθόδων α. στη χημική βιομηχανία α. έχουμε στην ανάκτηση των διαλυτών που χρησιμοποιούνται ως μέσα εξαγωγής ή στερέωσης υγρών που δύσκολα διαχωρίζονται από τα υδατικά διαλύματά τους. Υπάρχουν πολλά παραδείγματα παρόμοιων εγκαταστάσεων, από τις οποίες ενδεικτικά αναφέρουμε τις εγκαταστάσεις για την παραγωγή του καθαρού οξικού οξέος.κρύνονται και συλλέγονται σε δοχεία. Το προς α. προϊόν τροφοδοτεί τη στήλη σε ένα ορισμένο ύψος όπου και συναντά τον ατμό που ανεβαίνει από τον λέβητα (χωρισμένο από τη στήλη ή και ενσωματωμένο σε αυτήν), ο οποίος απομακρύνει (στην τεχνική γλώσσα εξαντλεί) το πιο πτητικό συστατικό από το κατερχόμενο υγρό. To μέρος της στήλης κάτω από το σημείο όπου γίνεται η τροφοδότηση του προς α. προϊόντος λέγεται στήλη της εξάντλησης και το μέρος που βρίσκεται πάνω από αυτό το σημείο στήλη της συμπύκνωσης.
Η θέρμανση του προς α. υγρού μπορεί να γίνει ή απευθείας στο προϊόν τροφοδότησης ή στα λιγότερο πτητικά κλάσματα. Στο σύστημα συνεχούς α. η σύσταση και η θερμοκρασία του υγρού και του ατμού παραμένουν σταθερές στα επιμέρους τμήματα της στήλης, ενώ ποικίλλουν από διάλυμα σε διάλυμα. Ακόμα και η σύσταση των απαγομένων προϊόντων από τα διάφορα σημεία της εγκατάστασης παραμένει αμετάβλητη στη διάρκεια του χρόνου. Μόνο με τη συνεχή α., όταν εφαρμόζεται η επαναροή και επιτυγχάνεται εκμετάλλευση σε υλικό της διαδικασίας των διαδοχικών εξατμίσεων και συμπυκνώσεων, μπορεί να χωριστούν από ένα μείγμα υγρών τα συστατικά σε καθαρή κατάσταση ή να έχουμε κλάσματα του αποστάγματος με καλά προσδιορισμένα χαρακτηριστικά. Τα έξοδα της λειτουργίας αυτών των εγκαταστάσεων είναι περιορισμένα, οι συσκευές είναι απλές και μπορούν να λειτουργούν για μήνες χωρίς διακοπή. Υπάρχουν εξάλλου εγκαταστάσεις στις οποίες γίνεται αυτόματα η ρύθμιση της ποσότητας τροφοδότησης, η παροχή του ατμού για τη θέρμανση και του νερού ψύξης κι έτσι δεν χρειάζεται καμία παρέμβαση κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.
Διαγράμματα φάσεων και καμπύλες ισορροπίας.Για να μπορέσει να καθοριστεί αν υπάρχει δυνατότητα να πετύχει ολικός ή μερικός διαχωρισμός των χωριστών συστατικών ενός μείγματος δύο ή περισσότερων υγρών και για να υπάρχουν τα κριτήρια εκλογής, εκτός από τους υπολογισμούς και τις διαστάσεις των εγκαταστάσεων α. και διύλισης, χρησιμοποιούνται συνήθως τα διαγράμματαφάσεων και οι καμπύλες ισορροπίας υγρού-ατμού. Τα διαγράμματα φάσεων παρουσιάζουν τη μεταβολή της θερμοκρασίας βρασμού και συμπύκνωσης υγρών και αερίων μειγμάτων (ατμός) σε συνάρτηση με την εκατοστιαία περιεκτικότητα στο πιο πτητικό συστατικό. Τα διαγράμματα αυτά καλούνται φάσεις, επειδή δείχνουν τις συνθήκες ύπαρξης της υγρής φάσης (ή των φάσεων) και της αέριας φάσης ή τη συνύπαρξη και των δύο· τη φάση της συνύπαρξης αντιπροσωπεύει ο χώρος που περικλείεται μεταξύ των δύο καμπυλών. Τα διαγράμματα αυτά προκύπτουν από διάφορα εργαστηριακά πειράματα ή υπάρχουν ήδη έτοιμα για πολλές περιπτώσεις στα τεχνικά συγγράμματα. Από αυτά, όταν είναι γνωστή η συγκέντρωση μέσα στο αρχικό υγρό του ενός από τα δύο συστατικά, μπορεί να βρεθεί η σύνθεση του ατμού σε εκατοστιαίο ποσοστό του πιο πτητικού συστατικού (συνηθέστερη περίπτωση) στις διάφορες θερμοκρασίες βρασμού.
Με τη δημιουργία μεγάλων εγκαταστάσεων, η απόσταξη των οινοπνευματωδών, που άλλοτε γινόταν με υποτυπώδεις αποστακτήρες, είναι πιο οικονομική και προσφέρεται για μαζική διάθεση (στη φωτογραφία, απόσταξη μπράντι· φωτ. Stock).
Βιομηχανική εγκατάσταση για την απόσταξη συστατικών πετρελαίου (φωτ. Nat's Photo).
Εργάτες στο εσωτερικό θαλάμου απόσταξης ορυκτού άνθρακα, μετά την εξαγωγή του υπολείμματος (κοκ) (φωτ. Edison).
Παλαιά συσκευή απόσταξης για καθαρισμό οξέων (Γερμανικό Μουσείο, Μόναχο φωτ. Nat's Photo).
Συσκευή Καμπόνι για απόσταξη τσίπουρου, που αντί να τοποθετείται μέσα σε νερό θερμαίνεται με ατμό που παράγει ο λέβητας.
* * *η (Α ἀπόσταξις)νεοελλ.φυσικοχημική διεργασία που περιλαμβάνει τη μετατροπή μιας ουσίας σε ατμό ο οποίος στη συνέχεια συμπυκνωνεται σε υγρή μορψή(αρχ) εκροή σταγόνα -σταγόνα.
Dictionary of Greek. 2013.
