Πώς λειτουργεί η κλασματική απόσταξη;

Η απόσταξη είναι η διαδικασία διαχωρισμού δύο ή περισσότερων υγρών με βάση τις διαφορές στα σημεία βρασμού τους. Όταν τα σημεία βρασμού των υγρών είναι πολύ παρόμοια, ωστόσο, ο διαχωρισμός με την κανονική απόσταξη καθίσταται αναποτελεσματικός ή αδύνατος. Η κλασματική απόσταξη είναι μια τροποποιημένη διαδικασία απόσταξης που επιτρέπει τον διαχωρισμό υγρών με παρόμοια σημεία βρασμού.

Το σημείο βρασμού ενός υγρού είναι η θερμοκρασία στην οποία μετατρέπεται σε ατμούς. Τα υγρά διατηρούν το χαρακτηριστικό σημείο βρασμού τους ακόμη και όταν αναμιγνύονται με άλλα υγρά. Αυτό αντιπροσωπεύει την υποκείμενη αρχή της απόσταξης ότι τα υγρά μπορούν να διαχωριστούν μετατρέποντας το υγρό με το το χαμηλότερο σημείο βρασμού σε ατμούς και, στη συνέχεια, μετατρέποντας τον ατμό σε υγρή κατάσταση αφού μεταφερθεί σε ξεχωριστό δοχείο.

Κατά τη διαδικασία απόσταξης, το υγρό μείγμα τοποθετείται σε φιάλη ζέσεως, η οποία συνδέεται με στήλη ψύξης που ονομάζεται συμπυκνωτής, το αντίθετο άκρο της οποίας συνδέεται με φιάλη υποδοχής. Ο συμπυκνωτής κάθεται οριζόντια με μια ελαφρά προς τα κάτω κλίση, έτσι ώστε οι ατμοί που φτάνουν στο συμπυκνωτή και μετατρέπονται πίσω σε υγρό να μπορούν να συλλέγονται στη φιάλη υποδοχής. Το τμήμα χημείας στο Wake Forest College παρέχει ένα διάγραμμα της εγκατάστασης. Με την ολοκλήρωση της απόσταξης, το χαμηλότερο βραστό υγρό καταλήγει στη φιάλη υποδοχής (και ονομάζεται «απόσταγμα») και το υψηλότερο βραστό υγρό παραμένει στη βρασμένη φιάλη.

Μια διάταξη κλασματικής απόσταξης περιλαμβάνει μια επιπλέον στήλη που βρίσκεται κάθετα πάνω από τη φιάλη ζέσεως και στην οποία συνδέεται ο συμπυκνωτής. Σκοπός του είναι να αυξήσει την απόσταση που πρέπει να διανύσει ο ατμός για να φτάσει στο συμπυκνωτή. Οι στήλες τυπικά είναι γεμάτες με γυάλινες χάντρες ή κομμάτια κεραμικών για να αυξήσουν την επιφάνεια του ατμού που πρέπει να έρθει σε επαφή με τον ατμό καθώς μεταφέρεται στον συμπυκνωτή.

Κατά τη διάρκεια της κανονικής απόσταξης, μια σημαντική ποσότητα του υγρού υψηλότερου βρασμού θα εξατμιστεί επίσης και θα μεταφερθεί στη φιάλη συλλογής, καθιστώντας ουσιαστικά μια ακαθαρσία στο αποσταγμένο προϊόν. Αυτό είναι ιδιαίτερα προβληματικό όταν τα υγρά που διαχωρίζονται έχουν παρόμοια σημεία βρασμού. Όσο περισσότερη επιφάνεια επιτυγχάνεται η επαφή του υγρού με υψηλότερο σημείο βρασμού, τόσο πιθανότερο είναι να συμπυκνωθεί πίσω σε υγρό και να επιστρέψει στη φιάλη ζέσεως. Η κλασματική απόσταξη χρησιμοποιεί αυτήν την αυξημένη επιφάνεια για να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της απόσταξης.

Οι δύο κύριες εφαρμογές της κλασματικής απόσταξης είναι η διύλιση αργού πετρελαίου και η παρασκευή αλκοολούχων ποτών (αλκοολούχα ποτά).

Το αργό πετρέλαιο περιέχει πολλές διαφορετικές χημικές ουσίες, πολλές από τις οποίες έχουν παρόμοια σημεία βρασμού. Τα διυλιστήρια διαχωρίζουν αυτές τις χημικές ουσίες με σημείο βρασμού σε διάφορα προϊόντα. Τα κλάσματα χαμηλότερου βρασμού γίνονται πετρέλαιο ή βενζίνη, τα κλάσματα ενδιάμεσου βρασμού γίνετε καύσιμο πετρέλαιο, καύσιμο ντίζελ ή κηροζίνη και τα κλάσματα με το υψηλότερο σημείο βρασμού γίνονται κερί παραφίνης ή ασφάλτος.

Η ζύμωση των σακχάρων στο αλκοόλ σταματά όταν η περιεκτικότητα σε αλκοόλ πλησιάζει το 13 τοις εκατό επειδή η μαγιά δεν μπορεί να επιβιώσει σε υψηλότερες συγκεντρώσεις αλκοόλ. Τα σημεία βρασμού του αλκοόλ (78,5 βαθμοί Κελσίου) και το νερό (100 βαθμοί Κελσίου) είναι αρκετά παρόμοια με αυτά Τα αποστακτήρια πρέπει να χρησιμοποιούν κλασματική απόσταξη για να συγκεντρώσουν το αλκοόλ σε περίπου 50 τοις εκατό (το οποίο στη συνέχεια ονομάζεται "οινοπνευματώδη").

Η διαδικασία απόσταξης σε διυλιστήριο πετρελαίου καταναλώνει 2 βαρέλια πετρελαίου σε ενέργεια για κάθε 100 βαρέλια εξευγενισμένου πετρελαίου.