Fordelene ved fraktioneret destillation

Destillation er en metode til at adskille komponenter fra en flydende blanding ved at drage fordel af deres kogepunktsforskelle. Det er en væske-gasseparation og involverer fordampning og efterfølgende kondensering af hver væske. Der er nogle fordele ved fraktioneret destillation frem for simpel destillation.

Almindelige typer destillation er simpel destillation, fraktioneret destillation, vakuumdestillation og dampdestillation. De adskiller sig hovedsageligt i apparatopsætningen og deres applikationer.

Fraktioneret destillation er mere effektiv end simpel destillation i adskillelse på grund af et stort antal teoretiske plader. Det er en vigtig proces inden for kemi, industri og fødevarevidenskab. Anvendelse af fraktioneret destillation inkluderer processer såsom afsaltning, raffinering af råolie og kemisk rensning.

Enkel destillation er kun effektiv for væsker, hvis kogepunkter adskiller sig med mere end 30 ° C. Tværtimod er fraktioneret destillation velegnet til mere udfordrende separationer, hvor kogepunktsforskellen er mindre end 30 ° C.

For at forstå, hvordan fraktioneret destillation fungerer, skal man vide det Raoults lov, der angiver, at en opløsnings damptryk er afhængig af hver komponents damptryk og molfraktionen af ​​komponenten i opløsningen. Mens man holder trykket konstant, kan man generere en temperatur-sammensætning diagram.

•••Modificeret fra laboratorieteknik i organisk kemi (fjerde udgave, 2014): side 173-206

For en pentan-hexanblanding ved et atmosfærisk tryk, en indledende flydende blanding (L.₁) af hexan (kp = 69 ° C) og pentan (kp = 36 ° C) koger ved 48 ° C til dannelse af damp V₁, som kondenserer til dannelse af L₂. Efter den første fordampning-kondensationscyklus er procentdelen af ​​pentan steget fra 48 procent til 73 procent.

L₂ fordamper derefter til V.₂, hvilket resulterer i en yderligere berigelse i pentan. L₅, som er væsken opnået efter fire cyklusser, er næsten ren pentan. Hver fordampning-kondensationscyklus, også kaldet teoretisk plade, giver en renere opløsning af den mere flygtige komponent.

I en fraktioneret destillationsopsætning placeres en fraktioneringskolonne typisk mellem destillationskolben og hovedet for at øge adskillelsen af ​​væsker fra blandingen. Disse søjler har et større overfladeareal, hvor ligevægt med damp i væske kan forekomme og dermed flere teoretiske plader. Eksempler på fraktioneringskolonner er Vigreux- og glasperlesøjler, som har seks til otte teoretiske plader.

I en simpel destillation anvendes ikke en fraktioneringskolonne, og damp fra destillationskolben går direkte i kondens. Det har kun en eller to teoretiske plader, så det ville ikke være effektivt til adskillelse af blandinger som L₁, som kræver mere end fire fordampningskondensationscyklusser for at rense.

Fraktioneret destillation anvendes i olieraffinaderier at adskille råolie i kulbrinter, som har forskellige kulstofantal, kogepunkter og anvendelser. Nogle af de isolerede produkter inkluderer benzin, diesel, olier og voks. Denne metode anvendes også i kemiske anlæg, forarbejdning af naturgas og kryogene luftseparationsanlæg.

Fraktioneret destillation er også en almindelig teknik i organiske kemilaboratorier. F.eks. Sælges cyclopentadien normalt som dicyclopentadien, fordi cyclopentadien spontant kan dimeriseres til dannelse af dicyclopentadien. Fraktioneret destillation bruges ofte til at vende dicyclopentadien tilbage til cyclopentadien.

Fraktioneret destillation alene er ikke skadeligt for miljøet. Faktisk omdanner fraktioneret destillation råolie, ellers ubrugelig, til mere værdifulde produkter. Petroleumsraffinaderier, hvor fraktioneret destillation af råolie udføres, kan dog være en kilde til forurening, hvis biprodukterne ikke behandles ordentligt i henhold til reglerne.

Raffinaderier er en vigtig kilde til luftforurenende stoffer såsom partikler, nitrogenoxider og kulilte. Spildevand fra raffinaderierne forårsager også vand- og jordforurening, når det sætter sig ned i akviferer, jord og grundvand.