Η απόσταξη είναι μια μέθοδος διαχωρισμού συστατικών από ένα υγρό μείγμα, εκμεταλλευόμενες τις διαφορές τους στο σημείο βρασμού. Είναι ένας διαχωρισμός υγρού-αερίου και περιλαμβάνει την εξάτμιση και την επακόλουθη συμπύκνωση κάθε υγρού. Υπάρχουν μερικά οφέλη της κλασματικής απόσταξης σε σχέση με την απλή απόσταξη.
Οι συνήθεις τύποι απόσταξης είναι απλή απόσταξη, κλασματική απόσταξη, απόσταξη κενού και απόσταξη ατμού. Διαφέρουν κυρίως στη ρύθμιση συσκευών και στις εφαρμογές τους.
Η κλασματική απόσταξη είναι πιο αποτελεσματική από την απλή απόσταξη στο διαχωρισμό λόγω του μεγάλου αριθμού θεωρητικών πλακών. Είναι μια σημαντική διαδικασία στη χημεία, τη βιομηχανία και την επιστήμη των τροφίμων. Οι χρήσεις κλασματικής απόσταξης περιλαμβάνουν διεργασίες όπως αφαλάτωση, διύλιση αργού πετρελαίου και χημικό καθαρισμό.
Τύποι απόσταξης
Η απλή απόσταξη είναι αποτελεσματική μόνο για υγρά των οποίων τα σημεία βρασμού διαφέρουν περισσότερο από 30 ° C. Αντίθετα, η κλασματική απόσταξη είναι κατάλληλη για πιο απαιτητικούς διαχωρισμούς, όπου η διαφορά σημείου βρασμού είναι μικρότερη από 30 ° C.
Θεωρία κλασματικής απόσταξης
Για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί η κλασματική απόσταξη, πρέπει να γνωρίζουμε Ο νόμος του Raoult, η οποία δηλώνει την τάση ατμών ενός διαλύματος εξαρτάται από την τάση ατμών κάθε συστατικού και το γραμμομοριακό κλάσμα του συστατικού στο διάλυμα. Κρατώντας την πίεση σταθερή, μπορεί κανείς να δημιουργήσει ένα διάγραμμα θερμοκρασίας-σύνθεσης.
•••Τροποποιήθηκε από την Laboratory Technique in Organic Chemistry (Fourth Edition, 2014): σελίδες 173-206
Για ένα μείγμα πεντανίου-εξανίου σε μία ατμοσφαιρική πίεση, ένα αρχικό υγρό μείγμα (L1) εξανίου (bp = 69 ° C) και πεντανίου (bp = 36 ° C) βράζει στους 48 ° C για την παραγωγή ατμών V1, που συμπυκνώνεται στο σχήμα L2. Μετά τον πρώτο κύκλο εξάτμισης-συμπύκνωσης, το ποσοστό πεντανίου αυξήθηκε από 48% σε 73%.
μεγάλο2 μετά εξατμίζεται σε V.2, με αποτέλεσμα περαιτέρω εμπλουτισμό στο πεντάνιο. μεγάλο5, το οποίο είναι το υγρό που λαμβάνεται μετά από τέσσερις κύκλους, είναι σχεδόν καθαρό πεντάνιο. Κάθε κύκλος εξάτμισης-συμπύκνωσης, ονομάζεται επίσης θεωρητική πλάκα, αποδίδει ένα καθαρότερο διάλυμα του πιο πτητικού συστατικού.
Πλεονεκτήματα της κλασματικής απόσταξης έναντι της απλής απόσταξης
Σε μια διάταξη κλασματικής απόσταξης, μια στήλη κλασμάτωσης τοποθετείται τυπικά μεταξύ της φιάλης απόσταξης και της κεφαλής για να αυξηθεί ο διαχωρισμός των υγρών από το μείγμα. Αυτές οι στήλες έχουν μεγαλύτερο εμβαδόν επιφανείας στο οποίο μπορεί να εμφανιστούν ισορροπίες υγρού-ατμού και έτσι περισσότερες θεωρητικές πλάκες. Παραδείγματα κλασματικών στηλών είναι στήλες Vigreux και γυάλινες χάντρες, οι οποίες έχουν έξι έως οκτώ θεωρητικές πλάκες.
Σε μια απλή απόσταξη, μια στήλη κλασμάτωσης δεν χρησιμοποιείται και οι ατμοί από τη φιάλη απόσταξης μεταφέρονται κατευθείαν σε συμπύκνωση. Έχει μόνο μία ή δύο θεωρητικές πλάκες, οπότε δεν θα ήταν αποτελεσματικό για τον διαχωρισμό μιγμάτων όπως το L1, που απαιτεί περισσότερους από τέσσερις κύκλους εξάτμισης-συμπύκνωσης για τον καθαρισμό.
Χρήσεις της κλασματικής απόσταξης
Η κλασματική απόσταξη χρησιμοποιείται σε διυλιστήρια πετρελαίου για να διαχωρίσετε το αργό πετρέλαιο σε υδρογονάνθρακες, οι οποίοι έχουν διαφορετικούς αριθμούς άνθρακα, σημεία βρασμού και εφαρμογές. Μερικά από τα απομονωμένα προϊόντα περιλαμβάνουν βενζίνη, ντίζελ, λάδια και κεριά. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται επίσης σε εργοστάσια χημικών, επεξεργασία φυσικού αερίου και μονάδες διαχωρισμού κρυογονικού αέρα.
Η κλασματική απόσταξη είναι επίσης α κοινή τεχνική σε εργαστήρια οργανικής χημείας. Για παράδειγμα, το κυκλοπενταδιένιο συνήθως πωλείται ως δικυκλοπενταδιένιο επειδή το κυκλοπενταδιένιο μπορεί να διμεριστεί αυθόρμητα για να σχηματίσει δικυκλοπενταδιένιο. Η κλασματική απόσταξη χρησιμοποιείται συχνά για την επαναφορά του δικυκλοπενταδιενίου στο κυκλοπενταδιένιο.
Περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κλασματικής απόσταξης
Η κλασματική απόσταξη από μόνη της δεν είναι επιβλαβής για το περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, η κλασματική απόσταξη μετατρέπει το αργό πετρέλαιο, αλλιώς άχρηστο, σε πιο πολύτιμα προϊόντα. Ωστόσο, τα διυλιστήρια πετρελαίου, όπου πραγματοποιείται κλασματική απόσταξη αργού πετρελαίου, μπορούν να αποτελέσουν πηγή ρύπανσης, εάν τα παράγωγα προϊόντα δεν υποστούν σωστή επεξεργασία σύμφωνα με τους κανονισμούς.
Τα διυλιστήρια είναι μια σημαντική πηγή ατμοσφαιρικών ρύπων όπως σωματιδιακή ύλη, οξείδια του αζώτου και μονοξείδιο του άνθρακα. Τα λύματα από τα διυλιστήρια προκαλούν επίσης ρύπανση του νερού και της γης καθώς καταλήγει σε υδροφορείς, έδαφος και υπόγεια ύδατα.