Wie funktioniert die fraktionierte Destillation?

Destillation ist der Prozess der Trennung von zwei oder mehr Flüssigkeiten basierend auf Unterschieden in ihren Siedepunkten. Wenn die Siedepunkte der Flüssigkeiten jedoch sehr ähnlich sind, wird die Trennung durch normale Destillation unwirksam oder unmöglich. Die fraktionierte Destillation ist ein modifiziertes Destillationsverfahren, das die Trennung von Flüssigkeiten mit ähnlichen Siedepunkten ermöglicht.

Der Siedepunkt einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der sie sich in Dampf umwandelt. Flüssigkeiten behalten ihren charakteristischen Siedepunkt auch beim Mischen mit anderen Flüssigkeiten. Dies stellt das zugrundeliegende Prinzip der Destillation dar, dass Flüssigkeiten durch Umwandlung der Flüssigkeit mit dem niedrigster Siedepunkt in Dampf umwandeln und dann diesen Dampf wieder in den flüssigen Zustand überführen, nachdem er in einen separaten Container.

Bei der Destillation wird das flüssige Gemisch in einen Siedekolben gegeben, der mit einer Kühlkolonne, einem sogenannten Kondensator, verbunden ist, dessen gegenüberliegendes Ende mit einem Auffangkolben verbunden ist. Der Kühler sitzt waagerecht mit leichtem Gefälle, damit der Dampf, der den Kühler erreicht und wieder in Flüssigkeit umgewandelt wird, im Auffangkolben gesammelt werden kann. Die Chemieabteilung des Wake Forest College stellt ein Diagramm des Aufbaus zur Verfügung. Nach Beendigung der Destillation gelangt die niedrigsiedende Flüssigkeit in den Vorlagekolben (und wird als „Destillat“ bezeichnet) und die höhersiedende Flüssigkeit verbleibt im Siedekolben.

Eine fraktionierte Destillationsanlage beinhaltet eine zusätzliche Kolonne, die senkrecht auf dem Siedekolben sitzt und an die der Kühler angeschlossen ist. Sein Zweck besteht darin, die Entfernung zu erhöhen, die der Dampf zurücklegen muss, um den Kondensator zu erreichen. Die Säulen sind typischerweise mit Glasperlen oder Keramikstücken gefüllt, um die Oberfläche zu vergrößern, mit der der Dampf beim Transport zum Kondensator in Kontakt kommen muss.

Während der normalen Destillation verdampft auch eine beträchtliche Menge der höhersiedenden Flüssigkeit und wird in den Sammelkolben transportiert, wobei sie im Wesentlichen zu einer Verunreinigung im destillierten Produkt wird. Dies ist besonders problematisch, wenn die zu trennenden Flüssigkeiten ähnliche Siedepunkte aufweisen. Je mehr Oberfläche die höhersiedende Flüssigkeit auf dem Weg berührt, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie wieder zu einer Flüssigkeit kondensiert und in den Siedekolben zurückkehrt. Die fraktionierte Destillation nutzt diese vergrößerte Oberfläche, um die Effizienz der Destillation zu verbessern.

Die beiden Hauptanwendungen der fraktionierten Destillation sind die Raffination von Rohöl und die Herstellung von Spirituosen (alkoholische Getränke).

Rohöl enthält zahlreiche verschiedene Chemikalien, von denen viele ähnliche Siedepunkte haben. Raffinerien trennen diese Chemikalien nach dem Siedepunkt in verschiedene Produkte. Aus den leichter siedenden Fraktionen wird Erdölgas oder Benzin, aus den mittelsiedenden Fraktionen zu Heizöl, Dieselkraftstoff oder Kerosin und die höchstsiedenden Fraktionen zu Paraffinwachs oder wax Asphalt.

Die Vergärung von Zucker zu Alkohol stoppt, wenn der Alkoholgehalt 13 Prozent erreicht, da die Hefe bei höheren Alkoholkonzentrationen nicht überleben kann. Die Siedepunkte von Alkohol (78,5 Grad Celsius) und Wasser (100 Grad Celsius) sind ähnlich genug, dass Brennereien müssen fraktionierte Destillation verwenden, um den Alkohol auf etwa 50 Prozent zu konzentrieren (was dann als "Spirituosen").

Der Destillationsprozess in einer Ölraffinerie verbraucht 2 Barrel Öl an Energie pro 100 Barrel raffiniertem Öl.