Jak funguje frakční destilace?

Destilace je proces oddělování dvou nebo více kapalin na základě rozdílů v jejich bodech varu. Pokud jsou teploty varu kapalin velmi podobné, stává se oddělení normální destilací neúčinným nebo nemožným. Frakční destilace je modifikovaný destilační proces, který umožňuje separaci kapalin s podobnými body varu.

Bod varu kapaliny je teplota, při které se přeměňuje na páru. Kapaliny si zachovávají svou charakteristickou teplotu varu, i když jsou smíchány s jinými kapalinami. To představuje základní princip destilace, že kapaliny lze oddělit převedením kapaliny na nejnižší bod varu na páru, poté se tato pára převede zpět do kapalného stavu poté, co se přenesla do samostatného kontejner.

V procesu destilace je kapalná směs umístěna do varné baňky, která je připojena k chladicí koloně zvané kondenzátor, jejíž opačný konec je připojen k přijímací baňce. Kondenzátor sedí vodorovně s mírným sklonem dolů, takže pára, která se dostane do kondenzátoru a přemění se zpět na kapalinu, může být shromažďována v přijímací baňce. Chemické oddělení na Wake Forest College poskytuje schéma nastavení. Po dokončení destilace končí kapalina s nejnižší teplotou varu v přijímací baňce (nazývá se „destilát“) a kapalina s vyšší teplotou varu zůstává ve varné baňce.

Zařízení pro frakční destilaci zahrnuje další kolonu, která je umístěna svisle nahoře na varné baňce a ke které je připojen kondenzátor. Jeho účelem je zvýšit vzdálenost, kterou musí pára urazit, aby dosáhla kondenzátoru. Kolony jsou obvykle naplněny skleněnými kuličkami nebo kousky keramiky, aby se zvětšila povrchová plocha, se kterou musí pára přijít do styku při transportu do kondenzátoru.

Během normální destilace se také podstatné množství kapaliny s vyšší teplotou varu odpaří a transportuje do sběrné baňky, čímž se v podstatě stane nečistotou v destilovaném produktu. To je obzvláště problematické, když mají oddělené kapaliny podobné teploty varu. Čím větší je povrchová plocha kapaliny s vyšší teplotou varu, tím je pravděpodobnější, že kondenzuje zpět na kapalinu a vrátí se do varné baňky. Frakční destilace používá tuto zvětšenou plochu ke zlepšení účinnosti destilace.

Dvěma primárními aplikacemi frakční destilace jsou rafinace ropy a výroba lihovin (alkoholických nápojů).

Ropa obsahuje mnoho různých chemikálií, z nichž mnohé mají podobné teploty varu. Rafinérie oddělují tyto chemikálie varem do různých produktů. Z frakcí s nízkým bodem varu se stane ropný plyn nebo benzín, frakce se střední teplotou varu stanou se topným olejem, motorovou naftou nebo petrolejem a z frakcí s nejvyšší teplotou varu se stane parafinový vosk nebo asfalt.

Fermentace cukrů na alkohol se zastaví, když se obsah alkoholu přiblíží 13 procentům, protože kvasinky nemohou přežít při vyšších koncentracích alkoholu. Body varu alkoholu (78,5 stupňů Celsia) a vody (100 stupňů Celsia) jsou dostatečně podobné lihovary musí použít frakční destilaci ke koncentraci alkoholu na asi 50 procent (což se pak nazývá „Duchové“).

Destilační proces v ropné rafinérii spotřebuje 2 barely oleje v energii na každých 100 barelů rafinovaného oleje.