การกลั่นด้วยไอน้ำ

การกลั่นด้วยไอน้ำเป็นกระบวนการแยกสารที่ประกอบด้วยการกลั่นน้ำพร้อมกับส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งที่ระเหยได้และไม่ระเหยไอน้ำจากน้ำเดือดจะพาสารระเหยไปยังคอนเดนเซอร์ทั้งสองอย่างจะเย็นลงและกลับสู่สถานะของเหลวหรือของแข็ง ในขณะที่สารตกค้างที่ไม่ระเหยจะยังคงอยู่ในภาชนะต้ม
หากสารระเหยไม่สามารถผสมกับน้ำได้ตามปกติ สารระเหยเหล่านั้นจะก่อตัวเป็นเฟส ที่แตกต่างกันโดยธรรมชาติ หลังจากการควบแน่น ทำให้สามารถแยกออกจากกันได้โดยการเทหรือใช้กรวยแยกสาร[ 1 ]
การกลั่นด้วยไอน้ำสามารถใช้ได้เมื่อจุดเดือดของสารที่จะสกัดสูงกว่าจุดเดือดของน้ำ และไม่สามารถให้ความร้อนแก่วัตถุดิบตั้งต้นจนถึงอุณหภูมินั้นได้เนื่องจากการสลายตัวหรือปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ นอกจากนี้ยังอาจมีประโยชน์เมื่อปริมาณของสารที่ต้องการมีน้อยเมื่อเทียบกับปริมาณของสารตกค้างที่ไม่ระเหย มักใช้ในการแยกน้ำมันหอมระเหย ที่ระเหยได้ จากวัสดุจากพืช[ 2 ]ตัวอย่างเช่น เพื่อสกัดลิโมนีน (จุดเดือด 176 °C) จากเปลือกส้ม
การกลั่นด้วยไอน้ำเคยเป็นวิธีการที่นิยมใช้ในห้องปฏิบัติการสำหรับการทำให้สารประกอบอินทรีย์บริสุทธิ์ แต่ในหลายๆ กรณีได้ถูกแทนที่ด้วยการกลั่นด้วยสุญญากาศและการสกัดด้วยของเหลววิกฤตยิ่งยวดอย่างไรก็ตาม วิธีการนี้ง่ายกว่าและประหยัดกว่าทางเลือกอื่นๆ มาก และยังคงมีความสำคัญในบางภาคอุตสาหกรรม[ 3 ]
ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดการกลั่นด้วยน้ำหรือการกลั่นด้วยไอน้ำจะนำน้ำมาผสมกับวัตถุดิบเริ่มต้นในภาชนะต้ม ในการกลั่นด้วยไอน้ำโดยตรงจะนำวัตถุดิบเริ่มต้นแขวนไว้เหนือน้ำในขวดต้ม โดยใช้ตะแกรง โลหะ หรือตะแกรงเจาะรูเป็นตัวรองรับ ในการกลั่นด้วยไอน้ำแห้ง จะใช้ ไอน้ำจากหม้อไอน้ำบังคับให้ไหลผ่านวัตถุดิบเริ่มต้นในภาชนะแยกต่างหาก วิธีการหลังนี้ทำให้ไอน้ำร้อนขึ้นเหนือจุดเดือดของน้ำ (จึงกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ) เพื่อการสกัดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น[ 4 ]
ประวัติศาสตร์

การกลั่นด้วยไอน้ำถูกนำมาใช้ในสูตรต่างๆ มากมายในKitāb al-Taraffuq fī al-ʿiṭr ('หนังสือแห่งความอ่อนโยนเกี่ยวกับน้ำหอม') หรือที่รู้จักกันในชื่อKitāb Kīmiyāʾ al-ʿiṭr wa-l-taṣʿīdāt ('หนังสือเคมีของน้ำหอมและการกลั่น') ซึ่งเชื่อกันว่าเป็นผลงานของนักปรัชญาชาวอาหรับยุคแรกอัล-คินดี ( ประมาณ ค.ศ. 801–873 ) [ 5 ]นักปรัชญาและแพทย์ชาวเปอร์เซียอวิเซนนา (980–1037) ก็ใช้การกลั่นด้วยไอน้ำเพื่อผลิตน้ำมันหอมระเหยโดยการเติมน้ำลงในกลีบกุหลาบและกลั่นส่วนผสมนั้น[ 6 ]กระบวนการนี้ยังถูกใช้โดยอัล-ดิมัชกี (1256–1327) เพื่อผลิตน้ำกุหลาบในปริมาณมาก[ 7 ]
หลักการ
สารทุกชนิดมีแรงดันไอ อยู่ แม้ในอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด ดังนั้นในทางทฤษฎีแล้ว สารทุกชนิดสามารถกลั่นได้ที่อุณหภูมิใดก็ได้โดยการเก็บรวบรวมและควบแน่นไอระเหย อย่างไรก็ตาม การกลั่นแบบธรรมดาที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดนั้นไม่สามารถทำได้จริง เพราะชั้นของอากาศที่มีไอระเหยสูงจะก่อตัวขึ้นเหนือของเหลว และการระเหยจะหยุดลงทันทีที่ความดันย่อยของไอระเหยในชั้นนั้นถึงแรงดันไอระเหย จากนั้นไอระเหยจะไหลไปยังคอนเดนเซอร์ได้โดยการแพร่เท่านั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช้ามาก
โดยทั่วไป การกลั่นแบบง่ายจะทำโดยการต้มสารตั้งต้น เพราะเมื่อความดันไอของสารตั้งต้นสูงกว่าความดันบรรยากาศ ชั้นอากาศที่อุดมด้วยไอจะถูกทำลาย และจะมีไอไหลจากขวดต้มไปยังคอนเดนเซอร์อย่างต่อเนื่องและมีปริมาณมาก
ในกระบวนการกลั่นด้วยไอน้ำ กระแสไหลเชิงบวกนั้นเกิดจากไอน้ำที่เกิดจากการต้มน้ำ ไม่ใช่จากการต้มสารที่ต้องการกลั่น ไอน้ำจะพาสารระเหยเหล่านั้นไปด้วย
สารที่สนใจไม่จำเป็นต้องผสมกับน้ำได้หรือละลายได้ในน้ำ เพียงแค่มีแรงดันไอสูงพอสมควรที่อุณหภูมิของไอน้ำก็เพียงพอแล้ว
หากน้ำเกิดเป็นอะซีโอโทรปกับสารที่สนใจ จุดเดือดของส่วนผสมอาจต่ำกว่าจุดเดือดของน้ำ ตัวอย่างเช่น โบ รโมเบนซีนเดือดที่ 156 °C (ที่ความดันบรรยากาศปกติ) แต่ส่วนผสมกับน้ำจะเดือดที่ 95 °C [ 8 ]อย่างไรก็ตาม การเกิดอะซีโอโทรปไม่จำเป็นสำหรับการทำงานของการกลั่นด้วยไอน้ำ
แอปพลิเคชัน
การกลั่นด้วยไอน้ำมักใช้ในการแยกน้ำมันหอมระเหยเช่นสำหรับใช้ในน้ำหอม ในวิธีนี้ ไอน้ำจะถูกส่งผ่านวัสดุจากพืชที่มีน้ำมันที่ต้องการ น้ำมันยูคาลิปตัสน้ำมันการบูรและน้ำมันส้มได้มาโดยวิธีนี้ในระดับอุตสาหกรรม[ 2 ]การกลั่นด้วยไอน้ำเป็นวิธีการทำให้กรดไขมันบริสุทธิ์ เช่น จากน้ำมันทัลล์[ 9 ]
บางครั้งมีการใช้การกลั่นด้วยไอน้ำในห้องปฏิบัติการเคมีตัวอย่างเช่น การเตรียมโบรโมไบฟีนิล แบบคลาสสิก โดยใช้การกลั่นด้วยไอน้ำเพื่อกำจัดเบนซีนส่วนเกินออกก่อน จากนั้นจึงทำให้ผลิตภัณฑ์โบรมีนบริสุทธิ์[ 10 ] ในการเตรียมเบนโซฟีโนน ครั้งหนึ่ง มีการใช้ไอน้ำเพื่อกู้คืนคาร์บอนเตตระคลอไรด์ ที่ไม่ได้ทำปฏิกิริยาก่อน จากนั้นจึงไฮโดรไลซ์เบนโซฟีโนนไดคลอไรด์ขั้นกลางให้กลายเป็นเบนโซฟีโนน ซึ่งจริงๆ แล้วไม่ได้กลั่นด้วยไอน้ำ[ 11 ] ในการเตรียมพิ วรีน ครั้งหนึ่งมีการใช้การกลั่นด้วยไอน้ำเพื่อกำจัดเบนซาลดีไฮด์ ที่ระเหยได้ จากผลิตภัณฑ์ที่ไม่ระเหย[ 12 ]
อุปกรณ์

ในระดับห้องปฏิบัติการ การกลั่นด้วยไอน้ำจะดำเนินการโดยใช้ไอน้ำที่สร้างขึ้นภายนอกระบบและส่งผ่านท่อไปยังส่วนผสมที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์[ 14 ] [ 1 ]นอกจากนี้ยังสามารถสร้างไอน้ำในสถานที่โดยใช้เครื่องมือประเภท Clevenger ได้อีกด้วย[ 15 ]
เครื่องมือ Likens -Nickersonทำการกลั่นด้วยไอน้ำและการสกัดพร้อมกัน โดยทั่วไปจะใช้เพื่อแยกสารประกอบอินทรีย์ เป้าหมาย เพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติม[ 16 ]