Дестилацията е метод за отделяне на компоненти от течна смес, като се възползва от разликите в температурите им на кипене. Това е разделяне на течен газ и включва изпаряване и последваща кондензация на всяка течност. Има някои предимства на фракционната дестилация пред простата дестилация.
Често срещаните видове дестилация са проста дестилация, фракционна дестилация, вакуумна дестилация и дестилация с пара. Те се различават главно по настройката на апарата и техните приложения.
Фракционната дестилация е по-ефективна от обикновената дестилация при разделяне поради големия брой теоретични плочи. Това е важен процес в химията, промишлеността и науката за храните. Използването на фракционна дестилация включва процеси като обезсоляване, рафиниране на суров нефт и химическо пречистване.
Видове дестилация
Обикновената дестилация е ефективна само за течности, чиито точки на кипене се различават с повече от 30 ° C. Напротив, фракционната дестилация е подходяща за по-предизвикателни сепарации, където разликата в температурата на кипене е по-малка от 30 ° C.
Теория на фракционната дестилация
За да се разбере как работи фракционната дестилация, човек трябва да знае Законът на Раул, който гласи, че парното налягане на разтвора зависи от парното налягане на всеки компонент и молната част на компонента в разтвора. При поддържане на налягането постоянно, човек може да генерира a диаграма температура-състав.
•••Модифициран от Лабораторна техника в органичната химия (Четвърто издание, 2014): страници 173-206
За смес от пентан-хексан при едно атмосферно налягане, първоначална течна смес (L1) от хексан (bp = 69 ° C) и пентан (bp = 36 ° C) кипи при 48 ° C, за да се получи пара V1, който се кондензира, за да образува L2. След първия цикъл на изпаряване-кондензация процентът на пентан се е увеличил от 48% на 73%.
L2 след това се изпарява във V2, което води до допълнително обогатяване с пентан. L5, който е течността, получена след четири цикъла, е почти чист пентан. Всеки цикъл на изпаряване-кондензация, наричан още теоретична плоча, дава по-чист разтвор на по-летливия компонент.
Предимства на фракционната дестилация пред простата дестилация
При инсталация за фракционна дестилация фракционираща колона обикновено се поставя между дестилационната колба и главата, за да се увеличи отделянето на течности от сместа. Тези колони имат по-голяма повърхност, върху която могат да възникнат равновесия течна пара и по този начин още теоретични плочи. Примери за фракциониращи колони са колоните Vigreux и стъклени мъниста, които имат шест до осем теоретични плочи.
При обикновена дестилация не се използва фракционираща колона и парите от дестилационната колба отиват направо в конденз. Той има само една или две теоретични плочи, така че не би бил ефективен за разделяне на смеси като L1, който изисква повече от четири цикъла на изпаряване-кондензация за пречистване.
Използване на фракционна дестилация
Фракционната дестилация се използва в петролни рафинерии за разделяне на суровия нефт на въглеводороди, които имат различни въглеродни числа, точки на кипене и приложения. Някои от изолираните продукти включват бензин, дизел, масла и восъци. Този метод се използва и в химически заводи, за преработка на природен газ и криогенни инсталации за разделяне на въздуха.
Фракционната дестилация също е a често срещана техника в лабораториите по органична химия. Например циклопентадиенът обикновено се продава като дициклопентадиен, тъй като циклопентадиенът може спонтанно да се димеризира, за да образува дициклопентадиен. Фракционната дестилация често се използва за връщане на дициклопентадиен обратно в циклопентадиен.
Въздействие на околната среда от фракционната дестилация
Фракционната дестилация сама по себе си не е вредна за околната среда. Всъщност фракционната дестилация превръща суровия нефт, иначе неизползваем, в по-ценни продукти. Въпреки това петролните рафинерии, където се извършва фракционна дестилация на суров нефт, могат да бъдат източник на замърсяване, ако страничните продукти не се третират правилно съгласно разпоредбите.
Рафинериите са основен източник на замърсители на въздуха като частици, азотни оксиди и въглероден оксид. Отпадъчните води от рафинериите също причиняват замърсяване на водата и земята, тъй като се установяват във водоносни хоризонти, почви и подпочвени води.