貴重な天然物質は、多くの場合、望ましい成分と望ましくない成分の両方を含む混合物として発生します。 たとえば、原油には、さまざまな燃料に適したさまざまな種類の炭化水素が含まれています 用途では、海水は塩分が多く、鉄鉱石にはミネラル不純物が含まれています。 使用可能な鉄。 何世紀にもわたって、人々は天然素材を精製または精製する多くの方法を開発してきました。 単純蒸留と分別蒸留は、液体のさまざまな成分を分離するための基本的な手法の2つのバリエーションです。
蒸気と蒸発
温度と蒸発の関係は、単純蒸留と分別蒸留の両方を理解するために不可欠です。 液体が開いた容器に入っているとき、大気は液体の表面に下向きの圧力をかけます。 この大気圧は、液体の表面から蒸発している分子の運動エネルギーによって生成される液体の蒸気圧を打ち消します。 液体の温度が上昇すると、平均分子運動エネルギーも増加します。 より多くの分子が蒸発し、より高い蒸気圧につながります。 沸騰は、液体が蒸気圧が大気圧と等しくなる温度に達したために分子が自由に蒸発できるときに発生します。
単純な分離
化合物が異なれば、沸騰温度も異なります。 同様に、任意の温度で、異なる化合物は異なる蒸気圧を持ちます。 異なる化合物の液体混合物を密閉容器内で加熱すると、液体の上に閉じ込められた蒸気の組成がこれらの違いを反映します。 蒸気には、蒸気圧の高い化合物の分子が多く含まれ、蒸気圧の低い化合物の分子が少なくなります。 混合物中の他の化合物と比較して非常に高い沸点を持つ化合物は、ほぼ 蒸気がなく、塩などの非揮発性の溶解固形物は、加熱された状態で堆積物として残ります。 コンテナ。 単純蒸留とは、この蒸気を集めて冷却し、凝縮して液体に戻すプロセスです。 凝縮された液体はより高い割合を含むため、単純な蒸留は液体混合物の成分を分離します 蒸気圧が高く、元の液体に含まれる化合物の蒸気圧が低い化合物の割合が高い 圧力。
蒸留のジレンマ
1回の単純な蒸留で、2つの最終液体中の化合物の比率が変化しますが、完全な分離は達成されません。 このプロセスを繰り返して、徐々に高度な分離を実現できますが、これも無駄です。 各蒸留手順で、一部の分子は大気中に逃げ、一部は蒸留の残留物として残ります 装置。 分別蒸留は、このジレンマに対処します。1回の蒸留手順でより高度な分離を実現することにより、単純な蒸留を改善します。
1つのカラム、複数の蒸発
分留と単純蒸留の主な違いは、加熱された容器と蒸気が凝縮する場所の間に分留塔が追加されていることです。 このカラムには、細い金属線やガラスビーズなど、表面積が大きいために結露を促進する材料が充填されています。 蒸気が分留塔を通って上昇するとき、それらはこれらの材料のより冷たい表面上で液体に凝縮します。 下から上昇する高温の蒸気は、この液体を蒸発させ、次に再び凝縮し、次に再び蒸発します。 蒸発するたびに、蒸気圧の高い分子の割合が高くなる蒸気が発生します。 このように、分別蒸留は、1つの手順が複数回の単純な蒸留と同等であるため、材料の損失が少なく、優れた分離を実現します。