Die Vorteile der fraktionierten Destillation

Destillation ist ein Verfahren zum Trennen von Komponenten aus einem flüssigen Gemisch unter Ausnutzung ihrer Siedepunktsunterschiede. Es handelt sich um eine Flüssig-Gas-Trennung und beinhaltet die Verdampfung und anschließende Kondensation jeder Flüssigkeit. Die fraktionierte Destillation hat einige Vorteile gegenüber der einfachen Destillation.

Gängige Destillationsarten sind einfache Destillation, fraktionierte Destillation, Vakuumdestillation und Wasserdampfdestillation. Sie unterscheiden sich hauptsächlich im apparativen Aufbau und ihren Anwendungen.

Die fraktionierte Destillation ist bei der Trennung aufgrund einer hohen Anzahl theoretischer Böden effizienter als die einfache Destillation. Es ist ein wichtiger Prozess in Chemie, Industrie und Lebensmittelwissenschaft. Zu den Anwendungen der fraktionierten Destillation gehören Prozesse wie Entsalzung, Rohölraffination und chemische Reinigung.

Die einfache Destillation ist nur bei Flüssigkeiten wirksam, deren Siedepunkte um mehr als 30 °C voneinander abweichen. Im Gegensatz dazu eignet sich die fraktionierte Destillation für anspruchsvollere Trennungen, bei denen die Siedepunktsdifferenz unter 30 °C liegt.

Um zu verstehen, wie die fraktionierte Destillation funktioniert, muss man wissen Raoultsches Gesetz, die angibt, dass der Dampfdruck einer Lösung vom Dampfdruck jeder Komponente und dem Molenbruch der Komponente in der Lösung abhängt. Bei konstantem Druck kann man a Temperatur-Zusammensetzungs-Diagramm.

•••Modified from Laboratory Technique in Organic Chemistry (Vierte Auflage, 2014): Seiten 173-206

Für ein Pentan-Hexan-Gemisch bei einem Atmosphärendruck wird ein anfängliches flüssiges Gemisch (L₁) von Hexan (Kp = 69°C) und Pentan (Kp = 36°C) siedet bei 48 °C zu Dampf V₁, die zu L. kondensiert₂. Nach dem ersten Verdampfungs-Kondensations-Zyklus ist der Anteil an Pentan von 48 Prozent auf 73 Prozent gestiegen.

L₂ verdampft dann in V₂, was zu einer weiteren Anreicherung von Pentan führt. L₅, die nach vier Zyklen erhaltene Flüssigkeit, ist fast reines Pentan. Jeder Verdampfungs-Kondensations-Zyklus, auch. genannt theoretische Platte, ergibt eine reinere Lösung der flüchtigeren Komponente.

Bei einer fraktionierten Destillationsanordnung wird typischerweise eine Fraktionierungskolonne zwischen dem Destillierkolben und dem Kopf platziert, um die Trennung von Flüssigkeiten aus der Mischung zu erhöhen. Diese Säulen haben eine größere Oberfläche, auf der Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewichte auftreten können und somit mehr theoretische Böden. Beispiele für Fraktionierungskolonnen sind Vigreux- und Glasperlenkolonnen, die sechs bis acht theoretische Böden aufweisen.

Bei einer einfachen Destillation wird keine Fraktionierkolonne verwendet und der Dampf aus dem Destillierkolben geht direkt in die Kondensation. Es hat nur ein oder zwei theoretische Böden, daher wäre es für die Trennung von Gemischen wie L. nicht geeignet₁, das zur Reinigung mehr als vier Verdampfungs-Kondensations-Zyklen erfordert.

Fraktionierte Destillation wird verwendet in Ölraffinerien um Rohöl in Kohlenwasserstoffe zu trennen, die unterschiedliche Kohlenstoffzahlen, Siedepunkte und Anwendungen haben. Zu den isolierten Produkten zählen Benzin, Diesel, Öle und Wachse. Dieses Verfahren wird auch in Chemieanlagen, Erdgasaufbereitungs- und kryogenen Luftzerlegungsanlagen eingesetzt.

Fraktionierte Destillation ist auch a gängige Technik in Laboratorien der organischen Chemie. Cyclopentadien wird beispielsweise üblicherweise als Dicyclopentadien verkauft, da Cyclopentadien spontan zu Dicyclopentadien dimerisieren kann. Die fraktionierte Destillation wird oft verwendet, um Dicyclopentadien wieder in Cyclopentadien umzuwandeln.

Die fraktionierte Destillation allein ist nicht umweltschädlich. Tatsächlich wandelt die fraktionierte Destillation Rohöl, das sonst unbrauchbar wäre, in wertvollere Produkte um. Erdölraffinerien, in denen Rohöl fraktioniert destilliert wird, können jedoch eine Verschmutzungsquelle darstellen, wenn die Nebenprodukte nicht ordnungsgemäß gemäß den Vorschriften behandelt werden.

Raffinerien sind eine Hauptquelle von Luftschadstoffen wie Feinstaub, Stickoxiden und Kohlenmonoxid. Abwasser aus den Raffinerien verursacht auch Wasser- und Bodenverschmutzung, da es sich in Grundwasserleitern, Böden und Grundwasser ablagert.