Výhody frakční destilace

Destilace je metoda pro separaci složek z kapalné směsi s využitím výhod jejich rozdílů teplot varu. Jedná se o separaci kapalina-plyn a zahrnuje odpařování a následnou kondenzaci každé kapaliny. Existují některé výhody frakční destilace oproti jednoduché destilaci.

Běžné typy destilace jsou jednoduchá destilace, frakční destilace, vakuová destilace a parní destilace. Liší se hlavně nastavením aparátu a jeho aplikacemi.

Frakční destilace je účinnější než jednoduchá destilace při separaci díky vysokému počtu teoretických pater. Je to důležitý proces v chemii, průmyslu a potravinářství. Použití frakční destilace zahrnují procesy, jako je odsolování, rafinace ropy a chemické čištění.

Jednoduchá destilace je účinná pouze u kapalin, jejichž teploty varu se liší o více než 30 ° C. Naopak, frakční destilace je vhodná pro náročnější separace, kde je rozdíl bodu varu menší než 30 ° C.

Abychom pochopili, jak funguje frakční destilace, musíme to vědět Raoultův zákon

•••Upraveno z Laboratory Technique in Organic Chemistry (čtvrté vydání, 2014): strany 173-206

Pro směs pentan-hexan při jednom atmosférickém tlaku se použije počáteční kapalná směs (L₁) hexanu (bp = 69 ° C) a pentanu (bp = 36 ° C) se vaří při 48 ° C za vzniku páry V₁, který kondenzuje za vzniku L₂. Po prvním cyklu odpařování a kondenzace se procento pentanu zvýšilo ze 48 procent na 73 procent.

L₂ pak se odpaří do V₂, což má za následek další obohacení pentanem. L₅, což je kapalina získaná po čtyřech cyklech, je téměř čistý pentan. Každý cyklus odpařování a kondenzace, nazývaný také teoretická deska, získá čistší roztok těkavější složky.

V zařízení pro frakční destilaci se frakcionační kolona obvykle umístí mezi destilační baňku a hlavu, aby se zvýšila separace kapalin ze směsi. Tyto kolony mají větší povrch, na kterém mohou nastat rovnováhy kapalina-pára, a tedy více teoretických desek. Příklady frakcionačních kolon jsou kolony Vigreux a skleněné kuličky, které mají šest až osm teoretických desek.

Při jednoduché destilaci se frakční kolona nepoužívá a pára z destilační baňky jde přímo do kondenzace. Má pouze jednu nebo dvě teoretické desky, takže by nebylo účinné pro separaci směsí, jako je L₁, jehož čištění vyžaduje více než čtyři odpařovací-kondenzační cykly.

Frakční destilace se používá v ropné rafinerie k separaci ropy na uhlovodíky, které mají různá čísla uhlíku, teploty varu a použití. Mezi izolované produkty patří benzín, nafta, oleje a vosky. Tato metoda se také používá v chemických závodech, zařízeních na zpracování zemního plynu a kryogenních separacích vzduchu.

Frakční destilace je také a běžná technika v laboratořích organické chemie. Například cyklopentadien se obvykle prodává jako dicyklopentadien, protože cyklopentadien může spontánně dimerizovat za vzniku dicyklopentadienu. Frakční destilace se často používá k návratu dicyklopentadienu zpět na cyklopentadien.

Samotná frakční destilace nepoškozuje životní prostředí. Frakční destilace ve skutečnosti přeměňuje ropu, jinak nepoužitelnou, na cennější produkty. Ropné rafinerie, kde se provádí frakční destilace ropy, však mohou být zdrojem znečištění, pokud s vedlejšími produkty nebude řádně zacházeno podle předpisů.

Rafinerie jsou hlavním zdrojem látek znečišťujících ovzduší, jako jsou částice, oxidy dusíku a oxid uhelnatý. Odpadní voda z rafinérií také způsobuje znečištění vody a půdy, protože se usazuje ve vodonosných vrstvách, půdě a podzemních vodách.