A desztilláció egy módszer a komponensek és a folyékony keverék elválasztására a forráspont-különbségek kihasználásával. Ez folyadék-gáz elválasztás, és magában foglalja az egyes folyadékok elpárologtatását és az azt követő kondenzálását. A frakcionált desztillációnak van néhány előnye az egyszerű desztillációval szemben.
A lepárlás általános típusai az egyszerű desztilláció, a frakcionált desztilláció, a vákuum desztilláció és a gőz desztilláció. Főleg a készülék beállításában és alkalmazásában különböznek egymástól.
A frakcionált desztilláció hatékonyabb, mint az egyszerű desztillálás az elválasztásban, a nagy számú elméleti lemez miatt. Fontos folyamat a kémia, az ipar és az élelmiszer-tudomány területén. A frakcionált desztilláció olyan eljárásokat tartalmaz, mint a sótalanítás, a nyersolaj finomítása és a kémiai tisztítás.
A desztilláció típusai
Az egyszerű desztilláció csak olyan folyadékok esetében hatásos, amelyek forráspontja több mint 30 ° C-kal tér el. Éppen ellenkezőleg, a frakcionált desztilláció nagyobb kihívásokra alkalmas szétválasztásokra alkalmas, ahol a forráspont-különbség kevesebb, mint 30 ° C.
A frakcionált desztilláció elmélete
A frakcionált desztilláció működésének megértéséhez tudnia kell Raoult törvénye, amely azt állítja, hogy egy oldat gőznyomása függ az egyes komponensek gőznyomásától és az oldat komponensének mol frakciójától. A nyomás állandó szinten tartása mellett a hőmérséklet-összetétel diagram.
•••A szerves kémia laboratóriumi technikájából (negyedik kiadás, 2014) módosítva: 173-206. Oldal
Egy atmoszférikus nyomáson lévő pentán-hexán keverék esetén egy kezdeti folyadékelegy (L1) hexán (bp = 69 ° C) és pentán (bp = 36 ° C) forráspontja 48 ° C-on V gőz keletkezik1, amely kondenzálódik L formává2. Az első párolgási-kondenzációs ciklus után a pentán aránya 48 százalékról 73 százalékra nőtt.
L2 majd V-be párolog2, ami a pentán további dúsítását eredményezi. L5A négy ciklus után nyert folyadék szinte tiszta pentán. Minden párolgási-kondenzációs ciklust, más néven elméleti lemez, az illékonyabb komponens tisztább oldatát eredményezi.
A frakcionált desztilláció előnyei az egyszerű desztillációval szemben
A frakcionált desztillációs elrendezésben tipikusan frakcionáló oszlopot helyeznek a desztilláló lombik és a fej közé, hogy növeljék a folyadékok elválasztását a keveréktől. Ezeknek az oszlopoknak nagyobb a felülete, amelyen folyadék-gőz egyensúly alakulhat ki, és így több elméleti lemez. A frakcionáló oszlopokra példák a Vigreux és az üveggyöngy oszlopok, amelyek hat-nyolc elméleti lemezzel rendelkeznek.
Egyszerű desztillálásnál nem használnak frakcionáló oszlopot, és a desztilláló lombikból származó gőz egyenesen kondenzációba kerül. Csak egy vagy két elméleti lemeze van, így nem lenne hatékony az olyan keverékek elválasztására, mint az L1, amelynek tisztításához több mint négy párolgási-kondenzációs ciklus szükséges.
A frakcionált desztilláció felhasználása
A frakcionált desztillációt a olaj finomítók a kőolaj szénhidrogénekké történő szétválasztása, amelyeknek eltérő a szénatomja, forráspontja és alkalmazási területe. Néhány izolált termék tartalmaz benzint, dízelt, olajokat és viaszokat. Ezt a módszert vegyi üzemekben, földgázfeldolgozó és kriogén levegőszeparáló üzemekben is alkalmazzák.
A frakcionált desztilláció szintén a szerves kémiai laboratóriumokban általános technika. Például a ciklopentadiént általában diciklopentadiénként értékesítik, mivel a ciklopentadién spontán dimerizálódva diciklopentadiént képez. A diciklopentadién visszavezetésére ciklopentadiénre gyakran frakcionált desztillációt alkalmaznak.
A frakcionált desztilláció környezeti hatása
A frakcionált desztilláció önmagában nem káros a környezetre. Valójában a frakcionált desztilláció az egyébként használhatatlan kőolajat értékesebb termékekké alakítja. Azonban a kőolajfinomítók, ahol a nyersolaj frakcionált desztillálását végzik, szennyező forrást jelenthetnek, ha a melléktermékeket nem megfelelően kezelik az előírások szerint.
A finomítók olyan légszennyező anyagok, mint a részecskék, a nitrogén-oxidok és a szén-monoxid fő forrása. A finomítók szennyvize víz- és talajszennyezést is okoz, mivel a víztartókba, a talajba és a talajvízbe települ.