Πώς να εξηγήσετε τα απλά Vs. Κλασματική απόσταξη

Πολύτιμες φυσικές ουσίες εμφανίζονται συχνά ως μείγματα που περιέχουν τόσο επιθυμητά όσο και ανεπιθύμητα συστατικά. Για παράδειγμα, το αργό πετρέλαιο περιλαμβάνει διάφορους τύπους υδρογονανθράκων που είναι κατάλληλοι για διαφορετικά καύσιμα εφαρμογές, το νερό των ωκεανών έχει υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι και το σιδηρομετάλλευμα περιέχει ορυκτές ακαθαρσίες επιπλέον χρησιμοποιήσιμο σίδερο. Κατά τη διάρκεια των αιώνων, οι άνθρωποι έχουν αναπτύξει πολλούς τρόπους καθαρισμού ή καθαρισμού φυσικών υλικών. Η απλή απόσταξη και η κλασματική απόσταξη είναι δύο παραλλαγές σε μια βασική τεχνική για τον διαχωρισμό διαφορετικών συστατικών ενός υγρού.

Η σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και εξάτμισης είναι απαραίτητη για την κατανόηση τόσο της απλής όσο και της κλασματικής απόσταξης. Όταν ένα υγρό βρίσκεται σε ανοιχτό δοχείο, η ατμόσφαιρα ασκεί πίεση προς τα κάτω στην επιφάνεια του υγρού. Αυτή η ατμοσφαιρική πίεση εξουδετερώνει την πίεση ατμών του υγρού, η οποία δημιουργείται από την κινητική ενέργεια των μορίων που εξατμίζονται από την επιφάνεια του υγρού. Καθώς η θερμοκρασία του υγρού αυξάνεται, αυξάνεται επίσης η μέση μοριακή κινητική ενέργεια. περισσότερα μόρια εξατμίζονται, οδηγώντας σε υψηλότερη πίεση ατμών. Ο βρασμός συμβαίνει όταν τα μόρια μπορούν να εξατμιστούν ελεύθερα επειδή το υγρό έχει φτάσει σε θερμοκρασία στην οποία η πίεση ατμών ισούται με την ατμοσφαιρική πίεση.

Διαφορετικές ενώσεις έχουν διαφορετικές θερμοκρασίες βρασμού. Ομοίως, σε οποιαδήποτε δεδομένη θερμοκρασία, διαφορετικές ενώσεις θα έχουν διαφορετικές πιέσεις ατμών. Εάν ένα υγρό μείγμα διαφορετικών ενώσεων θερμαίνεται σε ένα κλειστό δοχείο, η σύνθεση του ατμού που παγιδεύεται πάνω από το υγρό θα αντικατοπτρίζει αυτές τις διαφορές. Ο ατμός θα περιέχει περισσότερα μόρια ενώσεων με υψηλότερη τάση ατμών και λιγότερα μόρια ενώσεων με χαμηλότερη πίεση ατμών. Μια ένωση με πολύ υψηλή θερμοκρασία βρασμού σε σχέση με τις άλλες ενώσεις στο μείγμα θα είναι σχεδόν απουσία από τον ατμό, και μη πτητικά διαλυμένα στερεά, όπως το αλάτι, θα παραμείνουν ως ίζημα στο θερμαινόμενο δοχείο. Η απλή απόσταξη είναι η διαδικασία συλλογής αυτού του ατμού και ψύξης του έτσι ώστε να συμπυκνώνεται ξανά σε υγρό. Η απλή απόσταξη διαχωρίζει τα συστατικά ενός υγρού μείγματος επειδή το συμπυκνωμένο υγρό περιέχει υψηλότερη αναλογία ενώσεις με υψηλότερη τάση ατμών και το αρχικό υγρό περιέχει υψηλότερη αναλογία ενώσεων με χαμηλότερο ατμό πίεση.

Μια απλή απόσταξη αλλάζει την αναλογία των ενώσεων στα δύο τελικά υγρά, αλλά δεν επιτυγχάνει τον πλήρη διαχωρισμό. Η διαδικασία μπορεί να επαναληφθεί για να επιτευχθούν σταδιακά υψηλότεροι βαθμοί διαχωρισμού, αλλά αυτό είναι επίσης σπατάλη επειδή κατά τη διάρκεια κάθε διαδικασία απόσταξης, μερικά μόρια διαφεύγουν στην ατμόσφαιρα και μερικά παραμένουν ως κατάλοιπα στην απόσταξη εξοπλισμός. Η κλασματική απόσταξη αντιμετωπίζει αυτό το δίλημμα - βελτιώνοντας την απλή απόσταξη επιτυγχάνοντας υψηλότερους βαθμούς διαχωρισμού σε μία μόνο διαδικασία απόσταξης.

Η κύρια διαφορά μεταξύ της κλασματικής απόσταξης και της απλής απόσταξης είναι η προσθήκη μιας στήλης κλασμάτωσης μεταξύ του θερμαινόμενου δοχείου και του τόπου όπου ο ατμός συμπυκνώνεται. Αυτή η στήλη είναι γεμάτη με υλικά, όπως σύρματα λεπτού μετάλλου ή γυάλινες χάντρες, που ενθαρρύνουν τη συμπύκνωση επειδή έχουν μεγάλη επιφάνεια. Καθώς οι ατμοί ανεβαίνουν μέσω της στήλης κλασμάτωσης, συμπυκνώνονται σε υγρό στις ψυχρότερες επιφάνειες αυτών των υλικών. Οι καυτοί ατμοί ανεβαίνουν από κάτω προκαλούν το υγρό να εξατμιστεί, στη συνέχεια συμπυκνώνεται ξανά, στη συνέχεια εξατμίζεται ξανά και ούτω καθεξής. Κάθε εξάτμιση οδηγεί σε ατμούς με υψηλότερη αναλογία μορίων με υψηλότερη τάση ατμών. Έτσι, η κλασματική απόσταξη επιτυγχάνει ανώτερο διαχωρισμό με λιγότερη απώλεια υλικού επειδή μία διαδικασία είναι ισοδύναμη με πολλαπλούς γύρους απλής απόσταξης.