Distillation à la vapeur - Steam distillation

Appareil de distillation à la vapeur, montrant la distillation à la vapeur d' aniline

La distillation à la vapeur est un procédé de séparation qui consiste à distiller de l' eau avec d'autres composants volatils et non volatils. La vapeur de l'eau bouillante transporte la vapeur des volatiles vers un condenseur ; les deux sont refroidis et retournent à l'état liquide ou solide, tandis que les résidus non volatils restent dans le récipient d'ébullition.

Si les volatils sont des liquides non miscibles à l'eau, ils formeront spontanément une phase distincte après condensation, permettant de les séparer par décantation ou avec une ampoule à décanter . Dans ce cas, un appareil Clevenger peut être utilisé pour renvoyer l'eau condensée dans le ballon bouillant, pendant que la distillation est en cours. Alternativement, le mélange condensé peut être traité avec une distillation fractionnée ou une autre technique de séparation.

La distillation à la vapeur peut être utilisée lorsque le point d'ébullition de la substance à extraire est supérieur à celui de l'eau et que le matériau de départ ne peut pas être chauffé à cette température en raison de la décomposition ou d'autres réactions indésirables. Il peut également être utile lorsque la quantité de la substance souhaitée est faible par rapport à celle des résidus non volatils. Il est souvent utilisé pour séparer les huiles essentielles volatiles du matériel végétal. par exemple, pour extraire le limonène (point d'ébullition 176 °C) des écorces d'orange .

La distillation à la vapeur était autrefois une méthode de laboratoire populaire pour la purification des composés organiques, mais elle a été remplacée dans de nombreuses utilisations par la distillation sous vide et l'extraction par fluide supercritique . Elle est cependant beaucoup plus simple et économique que ces alternatives, et reste importante dans certains secteurs industriels.

Dans la forme la plus simple, la distillation de l'eau ou l' hydrodistillation , l'eau est mélangée avec la matière première dans le récipient d'ébullition. Dans la distillation directe à la vapeur , le matériau de départ est suspendu au-dessus de l'eau dans le ballon d'ébullition, soutenu par un treillis métallique ou un tamis perforé. Dans la distillation à la vapeur sèche , la vapeur d'une chaudière est forcée de s'écouler à travers le matériau de départ dans un récipient séparé. Cette dernière variante permet de chauffer la vapeur au-dessus du point d'ébullition de l'eau (devenant ainsi de la vapeur surchauffée ), pour une extraction plus efficace.

Principe

Chaque substance a une certaine pression de vapeur même en dessous de son point d'ébullition, donc en théorie, elle pourrait être distillée à n'importe quelle température en collectant et en condensant ses vapeurs. Cependant, la distillation ordinaire en dessous du point d'ébullition n'est pas pratique car une couche d'air riche en vapeur se formerait sur le liquide et l'évaporation s'arrêterait dès que la pression partielle de la vapeur dans cette couche atteindrait la pression de vapeur. La vapeur ne s'écoulerait alors vers le condenseur que par diffusion, ce qui est un processus extrêmement lent.

La distillation simple se fait généralement en faisant bouillir le matériau de départ, car, une fois que sa pression de vapeur dépasse la pression atmosphérique, cette couche d'air encore riche en vapeur sera perturbée, et il y aura un flux important et constant de vapeur du ballon d'ébullition vers le condenseur.

Dans la distillation à la vapeur, ce flux positif est fourni par la vapeur d'eau bouillante, plutôt que par l'ébullition des substances d'intérêt. La vapeur entraîne avec elle les vapeurs de ce dernier.

La substance d'intérêt n'a pas besoin d'être miscible dans l'eau ou soluble dans celle-ci. Il suffit qu'il ait une pression de vapeur importante à la température de la vapeur.

Si l'eau forme un azéotrope avec les substances d'intérêt, le point d'ébullition du mélange peut être inférieur au point d'ébullition de l'eau. Par exemple, le bromobenzène bout à 156 °C (à pression atmosphérique normale), mais un mélange avec de l'eau bout à 95 °C. Cependant, la formation d'un azéotrope n'est pas nécessaire pour que la distillation à la vapeur fonctionne.

Applications

Un distillateur d'eau bouillante. Réservoir d'ébullition en haut et réservoir de rétention en bas.

La distillation à la vapeur est souvent employée dans l'isolement des huiles essentielles , pour une utilisation dans les parfums , par exemple. Dans cette méthode, la vapeur est passée à travers la matière végétale contenant les huiles souhaitées. Huile d' eucalyptus , l' huile de camphre et l' huile d' orange sont obtenus par cette méthode à l'échelle industrielle.

La distillation à la vapeur est également parfois utilisée dans les laboratoires chimiques comme l'une des nombreuses méthodes de séparation des substances.

La distillation à la vapeur est également un moyen important de séparer les acides gras des mélanges et de traiter les produits bruts tels que les tallöls pour extraire et séparer les acides gras et autres composés organiques commercialement intéressants.

Équipement

Hydrodistillation à l'aide de l'appareil de distillation à la vapeur, appareil de type Clevenger. (A) Régulateur de puissance ; (B) Chauffe-ballon avec ballon à fond rond contenant de l'eau et des feuilles aromatiques ; (C) Appareil de type Clevenger qui renvoie l'hydrolat dans l'alambic et maintient la phase huile essentielle, mais uniquement pour les huiles essentielles moins denses que l'eau et donc flottantes ; (D) Le condensateur.

À l'échelle du laboratoire, les distillations à la vapeur sont effectuées à l'aide de vapeur générée à l'extérieur du système et acheminée à travers de la biomasse macérée ou de la vapeur générée in situ à l'aide d'un appareil de type Clevenger .

Voir également

Les références